프로펠러 에너지 절약장치란?

A 프로펠러 에너지 절약 장치 (ESD)는 선박의 프로펠러 근처에 설치된 보조 유체역학적 부속물 - 앞, 뒤 또는 바로 위에 - 물 흐름 분포를 최적화하고 프로펠러 후류의 회전 에너지 손실을 줄이거나 난류로 소실될 에너지를 회수하여 추진 효율을 향상시킵니다. 이 장치는 프로펠러를 대체하지 않습니다. 이 장치는 동일한 축 출력에서 ​​더 많은 추력을 추출하기 위해 결합되어 작동하므로 주 엔진이나 프로펠러 자체를 변경하지 않고도 연료 소비와 배기 가스 배출을 줄입니다.

유조선, 벌크선, 컨테이너선 등 대형 상선에서는 에너지 절감 장치를 적절히 활용하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다. 3~10%의 연료 절감 이는 선박의 작동 수명 동안 수백만 달러에 달하는 금액입니다. 국제해사기구(IMO)의 EEXI(에너지 효율 기존 선박 지수) 및 CII(탄소 집약도 지표) 요구 사항에 대한 규제 압력을 고려할 때 ESD는 선주가 사용할 수 있는 가장 비용 효율적인 규정 준수 도구 중 하나가 되었습니다.

프로펠러 후류 손실이 존재하는 이유와 ESD가 이를 해결하는 방법

기존의 프로펠러는 변위된 물에 축방향(전진) 및 회전(소용돌이) 속도를 모두 전달합니다. 프로펠러 뒤의 "후류 회전"인 회전 구성 요소는 엔진에 의해 소비되었지만 전방 추력에 기여하지 않은 에너지를 나타냅니다. 프로펠러의 여파로 소용돌이치는 난기류로 인해 손실됩니다. 또한, 프로펠러 디스크로 들어가는 선박 후류의 불균일한 속도 분포는 효율성을 감소시키고 캐비테이션에 기여하는 압력 변동을 생성합니다.

에너지 절약 장치는 다음 세 가지 메커니즘을 통해 이러한 손실을 해결합니다.

• 흐름 사전 조정: 프로펠러 앞에 설치된 사전 소용돌이 장치는 들어오는 물을 프로펠러 회전과 반대 방향으로 회전시켜 각 블레이드의 상대적 받음각을 효과적으로 증가시키고 회전당 추력 생성을 향상시킵니다.
• 웨이크 에너지 회수: 포스트 소용돌이 장치(방향타 벌브, 프로펠러 캡 핀)는 소용돌이 후류를 고정 핀 또는 가이드 표면을 통해 추가적인 전방 추력으로 변환하여 프로펠러 후류의 회전 에너지를 회수합니다.
• 웨이크 균등화: 고정자 핀 또는 후류 균등화 덕트는 프로펠러 디스크로 유입되는 불균일한 속도 장을 재분배하여 효율성과 블레이드 수명을 저하시키는 변동하는 블레이드 하중과 캐비테이션을 줄입니다.

프로펠러 에너지 절감 장치의 주요 유형

사전 소용돌이 고정자(PSS)

사전 소용돌이 고정자는 프로펠러 앞의 선미 보스 또는 프로펠러 샤프트 보스에 장착된 고정 핀 세트입니다. 핀은 프로펠러 디스크로 유입되는 물에 역회전 소용돌이를 전달하도록 각도가 지정되어 프로펠러 블레이드에 물이 입사하는 유효 각도를 늘리고 추력 출력을 향상시킵니다. 일반적인 연료 절감은 다음과 같습니다. 3~6% 단일 나사 선박에서. PSS는 구조적 단순성과 다양한 작동 초안 및 속도에 걸쳐 안정적인 성능으로 인해 가장 널리 설치되는 ESD 유형 중 하나입니다.

웨이크 균등 덕트(WED)

후류 평형 덕트는 선박 후류의 불균일한 영역에서 프로펠러 앞쪽에 장착된 부분 또는 전체 환형 덕트입니다. 덕트는 상부 후류 지역에서 천천히 움직이는 물을 가속하고 빠르게 움직이는 하부 물을 감속하여 프로펠러 디스크 전체의 속도 분포를 동일하게 만듭니다. 이는 캐비테이션, 진동 및 소음을 감소시키는 동시에 추진 효율을 향상시킵니다. 3~5% . WED는 설계 속도가 느리고 후류가 매우 불균일한 완전한 형태의 선박(탱커, 벌크선)에 특히 효과적입니다.

프로펠러 캡 핀(스러스트 핀 허브 캡)

프로펠러 캡 핀은 기존 프로펠러 보스 캡을 허브 소용돌이(프로펠러 보스 뒤에 형성되고 순수한 에너지 손실을 나타내는 집중 회전 흐름)의 방향을 바꾸는 고정 핀을 운반하는 장치로 대체합니다. 이 소용돌이를 깨고 회전 에너지를 추가 추력으로 회수함으로써 캡 핀 장치는 1~4% 최소한의 구조적 변형으로. 기존 프로펠러 캡만 교체하면 되므로 가장 쉽게 개조할 수 있는 ESD 유형 중 하나입니다.

방향타 전구 및 핀

프로펠러 중심선 높이에서 방향타 앞쪽 가장자리에 장착된 유선형 타원체인 방향타 벌브는 방향타 표면 위의 프로펠러 허브 소용돌이의 흐름을 부드럽게 하여 항력을 줄입니다. 꼬인 방향타 핀과 결합된 이 장치는 회전 후류 에너지도 복구합니다. 이 결합 시스템은 다음과 같은 연료 절감 효과를 제공합니다. 4~6% 방향타 양력을 향상시키는 추가 이점이 있어 방향타 영역 요구 사항을 줄이거나 기동성을 향상시킬 수 있습니다.

사전 소용돌이 조합이 포함된 프로펠러 보스 캡 핀

많은 최신 ESD 설치에서는 여러 장치(예: 프로펠러 앞에 있는 사전 소용돌이 고정자와 그 뒤에 있는 캡 핀 쌍)를 결합하여 들어오는 흐름 품질과 후류 에너지 회수를 동시에 해결합니다. 결합된 설치로 총 연료 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 5~10% , 각 개별 선체 및 프로펠러 구성에 대한 전산유체역학(CFD) 분석을 통해 선택된 특정 조합을 사용합니다.

ESD 유형, 위치 및 일반적인 연료 절감

에너지 절약 장치로 가장 많은 혜택을 받는 선박

에너지 절약의 이점 ESD 모든 선박 유형에 걸쳐 균일하지 않습니다. 선체 형태, 설계 속도, 프로펠러 하중 및 후류 특성에 따라 다릅니다. 가장 높은 이득은 일반적으로 다음에서 달성됩니다.

• 대형 유조선 및 벌크선(VLCC, Capesize): 완전한 형태의 선체는 높은 회전 에너지 손실로 매우 불균일하고 느리게 움직이는 후류를 생성합니다. 이러한 조건은 ESD가 해결하는 데 가장 효과적입니다.
• 컨테이너선 및 대형 화물선: 높은 샤프트 출력 수준은 3~5%의 효율성 향상만으로도 매우 큰 절대 연료 절감 효과를 의미하며 상업적 인센티브가 강력합니다.
• 장거리 항해를 위해 안정적인 설계 속도로 운항되는 선박: ESD는 특정 속도 및 흘수에 최적화되어 있습니다. 즉, 설계 지점 근처에서 일관되게 작동하는 선박은 가변 속도 프로필을 갖춘 선박과 달리 전체 정격 이점을 실현합니다.