プロペラ省エネ装置とは何ですか？

A プロペラ省エネ装置 (ESD) は、 船のプロペラの近くに設置される補助的な流体力学的付属物 前、後ろ、または直接上で、水流の分布を最適化し、プロペラ後流での回転エネルギー損失を減らし、乱流として散逸されるエネルギーを回収することにより、推進効率を向上させます。これらのデバイスはプロペラに代わるものではありません。これらは、同じシャフト出力からより多くの推力を引き出すためにそれと組み合わせて動作し、それによってメインエンジンやプロペラ自体に変更を加えることなく燃料消費量と排気ガスを削減します。

タンカー、ばら積み貨物船、コンテナ船などの大型商船では、適切に適合した省エネ機器により、 燃料を 3 ～ 10% 節約 、これは船舶の運用寿命に換算すると数百万ドルに相当します。国際海事機関 (IMO) のエネルギー効率既存船指数 (EEXI) および炭素強度指標 (CII) 要件による規制の圧力を考慮すると、ESD は船主が利用できる最もコスト効率の高いコンプライアンス ツールの 1 つとなっています。

プロペラ航跡損失が存在する理由 — および ESD がそれらにどのように対処するか

従来のプロペラは、押しのける水に軸方向 (前方へ押す) 速度と回転 (旋回する) 速度の両方を与えます。回転成分、つまりプロペラの後ろの「スリップストリーム回転」は、エンジンによって消費されたものの、前進推力には寄与しなかったエネルギーを表します。それはプロペラの後流で渦を巻く乱気流として単に失われるだけです。さらに、プロペラディスクに入る船の後流の不均一な速度分布により圧力変動が生じ、効率が低下し、キャビテーションの原因となります。

省エネデバイスは、次の 3 つのメカニズムを通じてこれらの損失に対処します。

• フローの事前調整: プロペラの前に設置されたプレスワール装置は、入ってくる水をプロペラの回転とは逆方向に回転させ、各ブレードの相対迎え角を効果的に増加させ、回転あたりの推力生成を向上させます。
• 覚醒時のエネルギー回復: ポストスワールデバイス (ラダーバルブ、プロペラキャップフィン) は、固定フィンまたはガイド面を介して旋回後流を追加の前方推力に変換することにより、プロペラ後流の回転エネルギーを回収します。
• ウェイクイコライゼーション: ステーターフィンまたは後流均等化ダクトは、プロペラディスクに入る不均一な速度場を再分配し、効率とブレード寿命の両方を低下させる変動するブレード負荷とキャビテーションを低減します。

プロペラ省エネ装置の主な種類

プレスワールステータ (PSS)

プレスワールステータは、スターンボスまたはプロペラの前のプロペラシャフトボスに取り付けられた一連の固定フィンです。フィンは、プロペラディスクに入る水に逆回転の渦を与えるように角度が付けられており、プロペラブレードへの水の有効入射角が増加し、推力出力が向上します。一般的な燃料節約効果は次のとおりです。 3～6% 単軸スクリュー船の場合。 PSS は、構造が単純であり、さまざまな運転風量と速度にわたって信頼性の高い性能を発揮するため、最も広く導入されている ESD タイプの 1 つです。

ウェイクイコライジングダクト (WED)

後流均等化ダクトは、船の後流の不均一領域のプロペラの前に取り付けられた部分的または完全な環状ダクトです。ダクトは、上部後流領域からのゆっくりと流れる水を加速し、下部のより速く流れる水を減速させ、プロペラ ディスク全体の速度分布を均等化します。これにより、キャビテーション、振動、騒音が低減され、推進効率が向上します。 3～5% 。 WED は、設計速度が遅く、非常に不均一な後流を持つフルフォーム船舶 (タンカー、ばら積み貨物船) に特に効果的です。

プロペラキャップフィン（スラストフィンハブキャップ）

プロペラ キャップ フィンは、従来のプロペラ ボス キャップを、ハブ渦の方向を変える固定フィンを備えたユニットに置き換えます。ハブ渦は、プロペラ ボスの背後に形成され、純粋なエネルギー損失を表す集中回転流です。この渦を破壊し、その回転エネルギーを追加の推力として回収することにより、キャップ フィン デバイスは燃料の節約を実現します。 1～4% 最小限の構造変更で。これらは、既存のプロペラ キャップを交換するだけで済むため、最も簡単に改造可能な ESD タイプの 1 つです。

ラダーバルブとフィン

ラダー バルブ (プロペラの中心線の高さでラダーの前縁に取り付けられた流線型の楕円体) は、プロペラ ハブの渦からラダー表面を流れる流れを滑らかにし、抗力を低減します。ツイストラダーフィンと組み合わせることで、この装置は回転後流エネルギーも回収します。この複合システムにより、 4～6% さらに、舵揚力が向上するという追加の利点もあり、舵面積の要件を軽減したり、操縦性を向上させることができます。

プレスワール組み合わせを備えたプロペラ ボス キャップ フィン

最新の ESD 設備の多くは、流入する流れの質と伴流エネルギー回収の両方に同時に対処するために、複数のデバイス (たとえば、プロペラの前方にあるプレスワール ステーターとその後ろのキャップ フィンを組み合わせたもの) を組み合わせています。組み合わせて設置すると、合計で次の燃料節減を達成できます。 5～10％ 、個々の船体とプロペラの構成ごとに数値流体力学 (CFD) 解析を通じて選択された特定の組み合わせを使用します。

ESD の種類、位置、および一般的な燃料節約量

省エネ装置の恩恵を最も受けられる船舶はどれか

省エネのメリット ESD はすべての船舶タイプで均一ではなく、船体の形状、設計速度、プロペラの荷重、後流特性によって異なります。通常、最高のゲインは次の場合に達成されます。

• 大型タンカーおよびばら積み貨物船（VLCC、ケープサイズ）： 完全な形の船体は、回転エネルギー損失が大きく、非常に不均一でゆっくりとした後流を生成します。これは、ESD が最も効果的に対処できる条件です。
• コンテナ船および大型貨物船： シャフト出力レベルが高いということは、たとえ 3 ～ 5% の効率改善であっても、絶対的に大幅な燃料節減に相当することを意味しており、商業的インセンティブは強力です。
• 長期航海でも安定した設計速度で運航する船舶: ESD は特定の速度と喫水に合わせて最適化されています。速度プロファイルが大きく変化する船舶とは異なり、設計点付近で一貫して動作する船舶は、定格の利点を最大限に実現します。