Una guida pratica ai risparmiatori energetici delle eliche: caratteristiche, selezione e manutenzione

I. Funzioni principali: il duplice valore di "riduzione della resistenza" e "miglioramento dell'efficienza"

Il valore fondamentale di Dispositivi di risparmio energetico dell'elica sta nell'ottimizzare l'ambiente idrodinamico del sistema di propulsione della nave per raggiungere il duplice obiettivo di "riduzione della resistenza" e "miglioramento dell'efficienza". Le loro funzioni dirette si riflettono in tre aspetti:

Recuperare l'energia della scia: riutilizzare l'energia "sprecata"

Quando l'elica di una nave funziona, mentre le pale spingono l'acqua all'indietro, la rotazione delle pale genera una "scia rotazionale": l'acqua non solo scorre nella direzione di navigazione della nave, ma ruota anche attorno all'asse dell'elica. Questo movimento rotatorio fa sì che circa il 15%-20% dell'energia di propulsione non venga convertita in spinta effettiva. L'efficienza di recupero della scia dei diversi dispositivi di risparmio energetico dell'elica varia in modo significativo a seconda del tipo di nave. Ad esempio, il Propeller Boss Cap Fin (PBCF), un tipo di dispositivo di risparmio energetico dell'elica, ha un'efficienza di recupero del 40%-50% su una nave portarinfuse da 100.000 tonnellate (riducendo la velocità di rotazione della scia di oltre il 40%), mentre su una nave fluviale interna da 5.000 tonnellate, a causa della bassa velocità (≤12 nodi), l'efficienza di recupero scende al 25%-30%. Dopo aver installato il PBCF, una sorta di dispositivo di risparmio energetico dell'elica, su un VLCC da 300.000 tonnellate, i test su una nave reale hanno dimostrato che il consumo di carburante per viaggio è stato ridotto di 28 tonnellate, con un tasso di risparmio energetico del 7,3%; mentre lo stesso PBCF, in qualità di Propeller Energy Saving Device, su una nave portarinfuse costiera da 60.000 tonnellate ha risparmiato circa 8 tonnellate di carburante per viaggio, con un tasso di risparmio energetico del 5,1%. La differenza deriva principalmente dalla correlazione tra la stazza della nave e l'intensità della scia.

Ridurre la resistenza dello scafo: dalla "resistenza all'acqua" all'"assistenza all'acqua"

La resistenza che una nave incontra durante la navigazione si divide principalmente in due categorie: resistenza d'attrito (generata dall'attrito tra l'acqua e la superficie dello scafo, che rappresenta il 50%-70% della resistenza totale) e resistenza al moto ondoso (energia consumata dallo scafo che spinge l'acqua per generare onde, che rappresenta il 20%-30%). L’effetto dei dispositivi di risparmio energetico dell’elica che riducono la resistenza è correlato positivamente con la velocità: un’elica bionica, un tipo di dispositivo di risparmio energetico dell’elica, riduce la resistenza all’attrito del 30% su una nave portacontainer con una velocità di 18 nodi, ottenendo un tasso di risparmio energetico di sola andata del 5,8%; mentre su una nave metalmeccanica con una velocità di 10 nodi la resistenza all'attrito si riduce solo del 12%, con un risparmio energetico del 2,3%. Lo statore di pre-swirl, un altro dispositivo di risparmio energetico dell'elica, dipende maggiormente dalle linee dello scafo. Dopo l'applicazione su una nave portarinfuse da 180.000 tonnellate con linee di poppa relativamente lisce, la resistenza alla formazione delle onde è stata ridotta del 18%, con un tasso di risparmio energetico complessivo dell'8,1%; mentre su una nave ro-ro con linee di poppa complesse, la resistenza alle onde è stata ridotta solo del 9%, con un risparmio energetico del 4,5%.

Adattamento al sistema energetico: un "piano di aggiornamento a basso costo" per le navi che invecchiano

Per le navi in servizio da più di 10 anni, a causa dell'usura del motore principale e della corrosione delle pale dell'elica, l'efficienza di propulsione solitamente diminuisce dell'8%-12%. La sostituzione del motore principale richiede un investimento di decine di milioni di yuan e un tempo di inattività di 1-2 mesi. L'adattabilità dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica deve essere combinata con il grado di attenuazione della potenza: quando l'attenuazione della potenza del motore principale è ≤10%, un bulbo del timone o un PBCF, entrambi i tipi di dispositivi di risparmio energetico dell'elica, possono compensarla (ad esempio, su una nave da carico costiera costruita nel 2008 con un'attenuazione della potenza del motore principale dell'8%, la spinta è aumentata del 9% dopo l'installazione di un bulbo del timone); se l'attenuazione supera il 15%, è necessaria una combinazione di "condotti di risparmio energetico PBCF", che sono dispositivi di risparmio energetico dell'elica. Una petroliera costruita nel 2005 ha ripristinato la sua efficienza di propulsione al 97% del valore di progetto originale attraverso questa combinazione di dispositivi di risparmio energetico dell'elica, riducendo il costo mensile del carburante di 42.000 yuan e recuperando il costo del dispositivo in soli 3 mesi.

II. Caratteristiche tecniche: "Etichette di personalità" di tre tipi principali di dispositivi di risparmio energetico ad elica

Attualmente, i dispositivi di risparmio energetico dell'elica sono principalmente classificati in tre tipi in base alle loro funzioni: "tipo di recupero della scia", "tipo di riduzione della resistenza e miglioramento dell'efficienza" e "tipo di regolazione intelligente". Le loro differenze caratteristiche determinano direttamente gli scenari applicabili e ci sono anche differenze significative nei requisiti di manutenzione dopo l'installazione di questi dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Tipo di recupero della scia: adattato in modo efficiente alle navi a motore convenzionali

Rappresentati da Propeller Boss Cap Fin (PBCF), Rudder Bulb e Twisted Rudder, questi dispositivi di risparmio energetico dell'elica hanno lo scopo principale di "correggere la scia" attraverso una struttura fissa. Il numero di pale del PBCF è solitamente 4-6 e la progettazione dell'angolo deve corrispondere alla velocità dell'elica (maggiore è la velocità, maggiore è l'angolo della pala, generalmente 15°-30°). Durante l'installazione, questi dispositivi di risparmio energetico dell'elica devono essere coassiali con il mozzo dell'elica (deviazione ≤1 mm), altrimenti verranno generate correnti parassite inverse. La soglia di manutenzione per tali dispositivi di risparmio energetico dell'elica è bassa: PBCF deve solo pulire mensilmente gli attacchi di superficie e controllare annualmente il serraggio dei bulloni delle pale, con un costo di manutenzione medio annuo di circa 2.000 yuan per nave; il bulbo del timone non ha parti mobili e il costo medio di manutenzione annuale è di soli 1.000 yuan circa. Dopo aver installato un bulbo del timone, un tipo di dispositivo di risparmio energetico dell'elica, su una petroliera da 50.000 tonnellate, la differenza di pressione dell'acqua attorno alla pala del timone è stata ridotta del 22%, l'efficienza di propulsione dell'elica è stata aumentata del 4,5% e non si sono verificati guasti durante 5 anni di funzionamento continuo.

Tipologia di riduzione della resistenza aerodinamica e miglioramento dell'efficienza: "Soluzioni personalizzate" per navi speciali

Comprese le eliche a rivestimento bionico, gli statori di pre-turbolenza, gli ugelli a risparmio energetico, ecc., questi dispositivi di risparmio energetico dell'elica devono essere "personalizzati per la nave". La pelle bionica è realizzata in materiale composito a base di poliuretano e la superficie è realizzata con scanalature diamantate larghe 0,1 mm mediante stampa 3D. La manutenzione di questi dispositivi di risparmio energetico dell'elica deve evitare graffi dovuti a oggetti duri: se la pelle presenta graffi più grandi di 2 cm, l'effetto di riduzione della resistenza diminuirà del 15%. La riparazione richiede una colla speciale (circa 500 yuan per tubo) e il costo di ogni riparazione è di circa 3.000 yuan. L'angolo della pala dello statore di pre-swirl, un dispositivo di risparmio energetico dell'elica, deve essere misurato nuovamente ogni 2 anni (perché una leggera deformazione dello scafo può causare una deviazione dell'angolo). Su una nave portacontainer, a causa della mancata rimisurazione in tempo, l'angolo della pala di questo dispositivo di risparmio energetico dell'elica ha deviato di 2° e il tasso di risparmio energetico è sceso dal 9,2% al 7,5%, per tornare all'effetto originale dopo la regolazione. Tali dispositivi di risparmio energetico dell'elica hanno un costo più elevato (i modelli personalizzati costano 500.000-2.000.000 di yuan) ma sono adatti per navi speciali di grandi dimensioni - VLCC, navi portacontainer ultra-grandi (oltre 18.000 TEU), ecc.

Tipo di regolazione intelligente: "Ottimizzazione dinamica" nell'era digitale

Come il PBCF a lama regolabile intelligente (iPBCF), il sistema di guida del flusso adattivo alle condizioni (CAS), ecc., questi dispositivi di risparmio energetico dell'elica hanno lo scopo principale di "rispondere ai cambiamenti delle condizioni di lavoro in tempo reale". iPBCF ha un micro attuatore idraulico integrato nella radice della pala, che può regolare l'angolo della lama attraverso la console del pozzetto (intervallo di regolazione 0°-40°). Il sensore di questi dispositivi di risparmio energetico dell'elica raccoglie dati su velocità, carico e densità dell'acqua di mare ogni 10 secondi: il sensore deve essere calibrato trimestralmente (il costo di calibrazione è di circa 5.000 yuan alla volta). Se la calibrazione viene ritardata, l'errore di regolazione dell'angolo può superare i 3° e la fluttuazione del tasso di risparmio energetico raggiunge l'1,2%. Il sistema di guida del flusso adattivo, un dispositivo di risparmio energetico dell'elica, deve aggiornare l'algoritmo una volta all'anno (il costo di aggiornamento è di circa 20.000 yuan). Su una nave mercantile d'alto mare, a causa del mancato aggiornamento dell'algoritmo di questo dispositivo di risparmio energetico dell'elica, la fluttuazione del tasso di risparmio energetico è aumentata da ≤0,5% a 2,3% in condizioni marine complesse. L'investimento iniziale di tali dispositivi per il risparmio energetico dell'elica è 1,5-2 volte quello dei dispositivi fissi, ma la loro durata di servizio è di 15 anni (i dispositivi fissi sono circa 10 anni), rendendoli adatti a navi di nuova costruzione o grandi flotte che operano per un lungo periodo (>15 anni).

III. Tabella comparativa dei tre tipi principali di dispositivi per il risparmio energetico dell'elica (con tabella di riferimento rapido per l'adattamento della selezione)

Tabella di riferimento rapido della logica fondamentale dell'adattamento:

Budget < 500.000 yuan tempi di inattività < 1 settimana → Dispositivi di risparmio energetico con elica di tipo recupero scia;

Velocità > 20 nodi tipo di nave > 100.000 tonnellate → Tipo di riduzione della resistenza aerodinamica e miglioramento dell'efficienza Dispositivi di risparmio energetico dell'elica;

Periodo di funzionamento > 15 anni necessario per l'adattamento dinamico alle condizioni di lavoro → Dispositivi di risparmio energetico con elica a regolazione intelligente;

Attenuazione della potenza del motore principale > 15% → Priorità alla combinazione "Tipo di recupero della scia con riduzione della resistenza e miglioramento dell'efficienza" dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica.

IV. Guida alla selezione: 4 passaggi per individuare il "modello adatto" dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica

La selezione dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica dovrebbe evitare il "seguimento cieco" e richiede quattro fasi di screening basate sulle condizioni proprie della nave, tra le quali la raccolta dei parametri e la verifica dei test possono essere ulteriormente perfezionate:

Passo 1: Chiarire i "Parametri di base" della nave (con elenco di raccolta parametri e fonti)

I dati principali da selezionare e le loro fonti:

Tipo e scopo della nave: confermare il tipo di nave tramite il certificato della nave (Ship Nationality Certificate); la capacità della stiva del carico, l'altezza di accatastamento dei container sul ponte, ecc. devono fare riferimento ai disegni di progetto della nave (può essere richiesto al cantiere navale o alla società di classificazione);

Parametri di potenza e propulsione: il modello del motore principale, la potenza nominale, ecc. sono indicati sulla targa del motore principale o nel certificato della centrale elettrica della nave; i parametri dell'elica (diametro, numero di pale, materiale) devono essere misurati o fare riferimento al rapporto di fabbrica dell'elica (in caso di smarrimento, può essere ottenuto tramite test della società di classificazione);

Condizioni di navigazione: il chilometraggio di navigazione annuale e la velocità comune possono essere esportati dal sistema di gestione della nave (come ECDIS) per l'anno trascorso; La salinità dell’acqua di mare delle rotte principali deve interrogare i dati idrologici dei porti (come 3,2%-3,5% nella Cina costiera, 3,0%-3,1% in alcuni porti del sud-est asiatico).

Esempio di funzione del parametro: Se la velocità dell'elica è > 150 giri/min (elica ad alta velocità), l'intensità della rotazione della scia è elevata, quindi scegliere un PBCF, una sorta di dispositivo di risparmio energetico dell'elica, con angolo della pala regolabile (l'angolo fisso è soggetto a risonanza a causa dell'alta velocità); se il percorso è prevalentemente fluviale interno (profondità dell'acqua < 10 m), è necessario escludere i dispositivi di risparmio energetico per eliche con diametro > 2 m (per evitare incagli) e si dovrebbe dare priorità ai bulbi del timone (solitamente con diametro < 1,5 m), che sono dispositivi di risparmio energetico per eliche.

Passaggio 2: abbinare i "Requisiti di efficienza energetica" con il "Budget" (con tabella di calcolo costi-benefici)

Dividere in tre scenari in base alle esigenze prioritarie e il calcolo deve includere i "costi nascosti" (come le perdite per tempi di inattività) relativi ai dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Tipo di conformità di emergenza: è necessario soddisfare i requisiti dell'indice IMO di efficienza energetica delle navi esistenti (EEXI) entro 3 mesi, scegliere tipi di dispositivi di risparmio energetico per eliche pronti all'uso: bulbo del timone (periodo di installazione 3 giorni, perdita di tempi di inattività di circa 50.000 yuan), semplice PBCF (prezzo 350.000 yuan). Dopo aver installato questi dispositivi di risparmio energetico per eliche su una nave da 10.000 tonnellate, il risparmio annuo di carburante è di 120 tonnellate (sulla base del prezzo del petrolio 7.000 yuan/tonnellata, risparmio annuo di 840.000 yuan) e il costo viene recuperato in 3 mesi.

Tipo bilanciato costi-prestazioni: progettato per funzionare per 5-10 anni, scegliere "personalizzazione parziale fissa" Dispositivi di risparmio energetico dell'elica: come la combinazione di pelle bionica PBCF standard (prezzo 800.000 yuan, periodo di installazione 15 giorni). Il test effettivo di una nave mostra un tasso di risparmio energetico dell'8,5%, un risparmio annuo di carburante di 300 tonnellate. Dopo aver detratto 15 giorni di inattività (circa 200.000 yuan), il periodo di recupero dei costi è di 1,2 anni.

Tipo di vantaggio a lungo termine: navi di nuova costruzione o in funzione da > 15 anni, scegli il tipo di regolazione intelligente Dispositivi di risparmio energetico dell'elica: iPBCF (prezzo 1,5 milioni di yuan, periodo di installazione 10 giorni), che consente di risparmiare il 3% in più di energia rispetto ai dispositivi fissi. Una nave da 200.000 tonnellate risparmia 90 tonnellate in più di carburante all’anno, con un ulteriore vantaggio in 10 anni di 6,3 milioni di yuan. Il periodo di recupero totale dei costi è di 0,5 anni più breve rispetto a quello dei dispositivi fissi per il risparmio energetico dell'elica.

Fase 3: verificare le "certificazioni e i dati reali della nave" dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica (con l'elenco degli indicatori chiave)

Certificazioni necessarie per verificare i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Certificazione della società di classificazione: CCS (Cina), LR (Regno Unito), DNV (Norvegia) e altre certificazioni tradizionali (è necessario fornire il numero del certificato, che può essere verificato sul sito ufficiale), evitare le "certificazioni regionali" (come ottenere solo la certificazione da un piccolo paese, che potrebbe non essere riconosciuto per le rotte internazionali);

Certificazione di conformità IMO: necessità di conformarsi allo "Standard di valutazione dell'efficienza energetica dei dispositivi di risparmio energetico" nella risoluzione MEPC.334(76) e fornire un rapporto di test di efficienza energetica di terze parti (come un rapporto di test su una nave reale rilasciato da un'agenzia di test di terze parti).

Punti chiave per i dati reali dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Casi di tipi di navi simili: ad esempio, quando si acquistano dispositivi di risparmio energetico a elica per una nave portarinfuse da 120.000 tonnellate, è necessario fornire almeno 3 serie di dati misurati di navi portarinfuse dello stesso tonnellaggio (non "tonnellaggio simile"), concentrandosi sul "valore di fluttuazione del tasso di risparmio energetico" (come un caso con un tasso di risparmio energetico del 6,8% ± 0,3%, che è più stabile rispetto ai prodotti con ± 1%);

Dati sull'affidabilità a lungo termine: il tasso di guasto del dispositivo di risparmio energetico dell'elica dopo aver funzionato per più di 1 anno (come un PBCF con un tasso di guasto < 0,5%, che è migliore della media del settore del 2%) e se esiste una clausola di "sostituzione gratuita per danni non umani".

Fase 4: valutare la "capacità di servizio del fornitore" per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica (con elenco dei servizi)

Il servizio completo del processo per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica deve coprire:

Prevendita: scansione in loco della struttura di poppa della nave (è necessario utilizzare uno scanner 3D con precisione ≤0,1 mm), fornendo un rapporto di simulazione CFD (verificando l'adattabilità del dispositivo di risparmio energetico dell'elica e della nave);

Durante le vendite: supervisione dell'installazione (invio di ingegneri per guidare sul posto per garantire la precisione) e contemporaneamente presentazione di un rapporto di accettazione dell'installazione (compresi parametri chiave come concentricità e angolo del dispositivo di risparmio energetico dell'elica);

Post-vendita: 1 anno di garanzia gratuita (inclusa la sostituzione delle parti del dispositivo di risparmio energetico dell'elica), monitoraggio regolare delle condizioni di lavoro (come la fornitura di un rapporto trimestrale sull'analisi del tasso di risparmio energetico), punti vendita post-vendita globali (le navi d'alto mare devono confermare che esistono stazioni di manutenzione in almeno 3 continenti per il dispositivo di risparmio energetico dell'elica, con un tempo di risposta ≤72 ore).

Diffidate del "prezzo basso senza servizio" per i dispositivi di risparmio energetico ad elica: un armatore una volta scelse un dispositivo di risparmio energetico ad elica con un prezzo inferiore di 100.000 yuan. A causa della mancanza di indicazioni di installazione da parte del fornitore, la deviazione angolare causata dall'autoinstallazione è stata di 3° e il tasso di risparmio energetico è stato solo del 2% (molto inferiore al 6% promesso). La rielaborazione è costata 200.000 yuan, il che è stata una perdita.

V. Metodi di prova di corrispondenza per dispositivi di risparmio energetico delle eliche e sistemi di alimentazione della nave

Prima di installare i dispositivi di risparmio energetico dell’elica, verificarne l’adattabilità attraverso test su piccola scala può ridurre i rischi. I test devono essere eseguiti in più fasi in base alle caratteristiche di potenza della nave e ai parametri tecnici del dispositivo di risparmio energetico dell'elica. Per ciascun collegamento è necessario chiarire gli obiettivi del test, i requisiti delle apparecchiature e i criteri dei dati. Le modalità ed i dettagli specifici sono i seguenti:

Preparazione pre-test: dati di base e calibrazione dell'attrezzatura

Prima del test è necessario completare tre attività fondamentali per evitare deviazioni dei dati dovute a una preparazione insufficiente per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Archiviazione dei parametri del sistema di alimentazione: raccolta di parametri fondamentali come la potenza nominale del motore principale, la velocità nominale e il rapporto numero di pale/diametro/passo dell'elica (disponibile nel manuale della centrale elettrica della nave). Concentrarsi sulla registrazione della coppia di uscita effettiva del motore principale a diverse velocità (ad esempio, 8000 N·m a 120 giri al minuto, 12000 N·m a 150 giri al minuto), che servono come parametri di riferimento per il test dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica.

Selezione e calibrazione delle apparecchiature di prova per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

1. Per il test sul modello in scala, sono necessari un serbatoio dell'acqua ad alta precisione (lunghezza ≥ 50 m, profondità dell'acqua ≥ 3 m, intervallo di velocità del flusso regolabile 0-25 nodi), un sensore di forza 3D (precisione ≤ 0,1 N) e un velocimetro laser (errore di misurazione della velocità di scia ≤ 0,05 m/s);

2. Per il test su una nave reale sono necessari un flussometro di carburante antideflagrante (precisione ≤0,5%) e un sensore di coppia wireless (frequenza di campionamento ≥100 Hz). Prima del test devono essere calibrati da un istituto terzo (il periodo di validità del certificato di calibrazione deve essere ≤1 anno).

Pianificazione delle condizioni di lavoro di prova per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica: determinare in anticipo 3-5 condizioni di lavoro tipiche (ad esempio, pieno carico a 16 nodi, carico vuoto a 18 nodi, mezzo carico a 14 nodi), che coprono più dell'80% delle condizioni di navigazione giornaliere della nave per evitare risultati di test unilaterali dovuti a un'unica condizione di lavoro per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica.

Fase 1: test su modello in scala (approfondimento dettagliato) per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica

Viene realizzato un modello in scala 1:20 della poppa della nave (compresa l'elica, la pala del timone e la sezione di poppa dello scafo). Il materiale del modello deve corrispondere alla nave reale (ad esempio, lega di rame per l'elica, vetro organico per lo scafo) per garantire caratteristiche idrodinamiche coerenti durante il test dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica. La prova è divisa in tre fasi:

Raccolta dei dati di base: nello stato senza il dispositivo di risparmio energetico dell'elica, simulare velocità da 0 a 20 nodi (con una pendenza di 2 nodi per passo), registrare la spinta del motore principale (tramite il sensore di forza), la resistenza dello scafo (tramite il dinamometro del serbatoio dell'acqua) e la velocità dell'elica a velocità diverse e tracciare una curva di relazione "velocità-spinta-resistenza" come successivo punto di riferimento di confronto per il dispositivo di risparmio energetico dell'elica.

Test comparativo di più dispositivi di risparmio energetico dell'elica: installare rispettivamente il dispositivo di destinazione (ad es. PBCF) e il dispositivo alternativo (ad es. bulbo del timone), ripetere i test di velocità di cui sopra e concentrarsi sulla raccolta:

1. Distribuzione del campo della scia: utilizzare un velocimetro laser per scansionare la velocità del flusso d'acqua entro 1-3 volte l'intervallo di diametro dietro l'elica e registrare il "tasso di correzione" di PBCF, un dispositivo di risparmio energetico dell'elica, sulla scia di rotazione (ad esempio, dopo l'installazione, la velocità di rotazione della scia diminuisce da 1,2 m/s a 0,5 m/s, con un tasso di correzione del 58%);

2.Ampiezza del miglioramento della spinta: confrontare i valori della spinta con e senza il dispositivo di risparmio energetico dell'elica alla stessa velocità. Ad esempio, a 15 nodi, la spinta del PBCF aumenta del 6,2% e quella del bulbo del timone del 4,1%, chiarendo la differenza di efficienza del dispositivo.

Correzione e verifica dei dati: a causa dell '"effetto scala" del modello in scala (la viscosità dell'acqua del modello in piccola scala è diversa da quella della nave reale), i dati devono essere corretti utilizzando il numero di Froude (Fr). Convertire il tasso di risparmio energetico del test del modello nel valore previsto della nave reale attraverso una formula (l'errore dopo la correzione può essere ridotto da ±3% a ±1%), garantendo il valore di riferimento per la selezione del modello di dispositivi di risparmio energetico dell'elica.

Fase 2: Operazione di prova a breve termine su una nave reale (perfezionamento del processo) per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica

Selezionare 1-2 viaggi tipici (preferibilmente viaggi di andata e ritorno per ridurre l'impatto delle differenze delle condizioni del mare), installare temporaneamente una versione semplificata del dispositivo di risparmio energetico dell'elica (il dispositivo di prova deve avere la stessa struttura della versione finale prodotta in serie, con solo il metodo di fissaggio semplificato per la connessione a bullone). Il periodo di prova deve coprire almeno 2 condizioni di lavoro complete (ad esempio, viaggio di andata a pieno carico, viaggio di ritorno a carico vuoto) per il dispositivo di risparmio energetico dell'elica. Punti operativi specifici:

Specifiche per il fissaggio temporaneo del dispositivo di risparmio energetico dell'elica:

1.La distanza dall'elica deve essere impostata in base ai requisiti della versione prodotta in serie (ad esempio, la distanza tra PBCF e la pala è 50-80 mm) e l'uniformità della distanza è confermata con uno spessimetro (deviazione ≤2 mm);

2.I bulloni di fissaggio devono utilizzare dadi di bloccaggio (ad es. dadi Spirax) e la coppia di pre-serraggio è implementata in base ai requisiti del fornitore (ad es. 200 N·m per bulloni M16). Dopo l'installazione, contrassegnarli per evitare che si allentino durante la navigazione del dispositivo di risparmio energetico dell'elica.

Monitoraggio sincronizzato del consumo di carburante e dei parametri di potenza per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

1. Il flussometro del carburante deve essere installato nella tubazione di ingresso dell'olio del motore principale (a ≥ 1 m di distanza dal motore principale per evitare l'impatto delle vibrazioni), registrare i dati sul consumo di carburante ogni 10 minuti e registrare contemporaneamente la velocità, la velocità del motore principale, la direzione e le condizioni del mare (i dati sono validi quando la velocità del vento ≤ 10 m/s) attraverso il sistema ECDIS della nave per il dispositivo di risparmio energetico dell'elica;

2. Monitorare inoltre la potenza dell'albero dell'elica: raccogliere in tempo reale la coppia e la velocità dell'albero tramite un sensore di coppia wireless, calcolare la potenza dell'albero (potenza dell'albero = coppia × velocità / 9550), evitando di fare affidamento esclusivamente sui dati di consumo di carburante (il consumo di carburante potrebbe essere influenzato dallo stato del motore principale) durante il test del dispositivo di risparmio energetico dell'elica.

Esclusione e analisi dei dati per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

1. Eliminare i dati anomali: quando la velocità del vento > 12 m/s e l'altezza delle onde > 1,5 m, l'impatto delle condizioni del mare sul consumo di carburante supera il 5% e i dati corrispondenti per il dispositivo di risparmio energetico dell'elica devono essere esclusi;

2.Calcolo del tasso di risparmio energetico: calcolare in base a "(consumo di carburante prima dell'installazione - consumo di carburante dopo l'installazione) / consumo di carburante prima dell'installazione × 100%". Ad esempio, il consumo di carburante di una petroliera prima dell'installazione del dispositivo di risparmio energetico dell'elica durante un viaggio di andata a pieno carico è di 25 tonnellate al giorno e dopo l'installazione è di 23,7 tonnellate al giorno, con un tasso di risparmio energetico del 5,2%, che è sostanzialmente coerente con il 5,1% corretto del modello in scala, confermando l'adattabilità del dispositivo di risparmio energetico dell'elica.

Fase 3: Test di collegamento del sistema di alimentazione (per dispositivi di risparmio energetico con elica intelligente)

Regolazione intelligente I dispositivi di risparmio energetico dell'elica devono testare la risposta del collegamento con il motore principale e il sistema di carico per garantire che il dispositivo possa adattarsi dinamicamente quando cambiano le condizioni di lavoro. Il test deve essere eseguito in acque calme (altezza delle onde ≤0,5 m) e in dimensioni sia statiche che dinamiche per questi dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Test di collegamento statico per dispositivi intelligenti di risparmio energetico dell'elica: simula i cambiamenti nelle condizioni di lavoro fisse per verificare la precisione di regolazione del dispositivo:

1. Test di velocità: aumentare gradualmente la velocità del motore principale da 100 giri/min a 180 giri/min (rimanere per 5 minuti ogni 20 giri/min) e registrare il ritardo di regolazione dell'angolo del dispositivo (ad esempio, quando la velocità aumenta da 120 giri/min a 150 giri/min, il ritardo per la regolazione dell'angolo della lama iPBCF da 20° a 28° deve essere ≤5 secondi);

2. Test di simulazione del carico: regolare il pescaggio della nave mediante l'acqua di zavorra (da 10 m a pieno carico a 6 m a carico vuoto) e registrare la fluttuazione del tasso di risparmio energetico (ad esempio, 10,2% a pieno carico, 10,0% a carico vuoto, con una fluttuazione ≤0,5% in fase di qualificazione) per il dispositivo intelligente di risparmio energetico dell'elica.

Test di collegamento dinamico per dispositivi intelligenti di risparmio energetico dell'elica: simula il passaggio di condizioni di lavoro complesse per verificare la stabilità del dispositivo:

1. Test di cambio rapido del carico: completare lo zavorramento "mezzo carico → pieno carico" entro 10 minuti (il pescaggio aumenta da 7 ma 10 m), osservare se il dispositivo di risparmio energetico dell'elica ha una "regolazione eccessiva" (ad esempio, l'angolo supera istantaneamente di oltre 3°). Lo standard qualificato prevede che la fluttuazione del tasso di risparmio energetico durante la regolazione sia ≤1%;

2. Test di aumento improvviso del carico del motore principale: aumentare improvvisamente il carico del motore principale dal 50% all'80% (la velocità aumenta improvvisamente da 120 giri/min a 140 giri/min), registrare il tempo di risposta del dispositivo (dovrebbe essere ≤3 secondi) ed evitare la cavitazione dell'elica causata da una risposta ritardata (la cavitazione può causare un calo dell'efficienza di propulsione di oltre il 15%) per il dispositivo intelligente di risparmio energetico dell'elica.

Ottimizzazione post-test per dispositivi intelligenti di risparmio energetico dell'elica: se il test non soddisfa lo standard (ad esempio, ritardo di regolazione dell'angolo di 8 secondi), è necessaria l'ottimizzazione congiunta con il fornitore:

1.Ottimizzazione del sistema idraulico: ad esempio, aumentare la portata della pompa idraulica (da 10 L/min a 15 L/min) per ridurre il tempo di azione dell'attuatore del dispositivo di risparmio energetico dell'elica;

2.Regolazione dei parametri dell'algoritmo: ad esempio, ridurre il "coefficiente di livellamento" della regolazione dell'angolo (da 0,8 a 0,6) per migliorare la sensibilità di risposta del dispositivo di risparmio energetico dell'elica. Dopo l'ottimizzazione, il ritardo di una determinata nave è stato ridotto a 3 secondi, soddisfacendo i requisiti di utilizzo.

Regolazioni di prova per scenari speciali dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica

Per tipi di navi speciali o sistemi di alimentazione complessi, il piano di test per i dispositivi di risparmio energetico delle eliche deve essere adattato di conseguenza:

1. Navi a doppia elica: è necessario testare in modo sincrono la simmetria dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica sui lati di babordo e tribordo (ad esempio, la deviazione angolare del PBCF sinistro e destro deve essere ≤ 1°) per evitare vibrazioni dello scafo dovute a sollecitazioni irregolari;

2. Navi ibride (generatore all'albero del motore principale): è necessario testare l'efficienza del dispositivo di risparmio energetico dell'elica in entrambe le modalità "funzionamento con solo motore principale" e "funzionamento combinato con generatore del motore principale" per garantire che il tasso di risparmio energetico rimanga stabile (fluttuazione ≤1,5%) quando il generatore è in funzione (il 20% della potenza dell'albero viene deviata);

3. Navi invecchiate (attenuazione della potenza del motore principale >10%): durante il test del dispositivo di risparmio energetico dell'elica, il limite superiore della velocità del motore principale deve essere ridotto (ad esempio, dalla velocità nominale originale di 160 giri al minuto a 140 giri al minuto) per evitare la distorsione dei dati di prova dovuta al funzionamento sovraccarico del motore principale.

VI. Considerazioni sulla manutenzione dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica: 3 "I dettagli determinano l'efficacia"

Prima dell'installazione: condurre "test di adattabilità della nave" per i dispositivi di risparmio energetico delle eliche (con processo di test)

Il processo è diviso in tre fasi per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

1.Scansione della struttura della poppa: utilizzare uno scanner laser 3D portatile per scansionare un raggio di 3 m attorno all'elica (compresi lo scafo, la pala del timone e l'elica) per ottenere un modello di nuvola di punti (precisione ≤ 0,5 mm). Concentrarsi sul controllo se il mozzo dell'elica è usurato (se la profondità di usura > 2 mm, deve essere prima riparato, altrimenti ciò influenzerà la precisione di installazione del dispositivo di risparmio energetico dell'elica);

2. Revisione della simulazione del flusso d'acqua: inviare i dati scansionati al fornitore e richiedere loro di utilizzare il software CFD per simulare le "condizioni di navigazione effettive della nave" (piuttosto che le condizioni standard) per il dispositivo di risparmio energetico dell'elica. Ad esempio, a causa di una leggera deformazione della poppa (modifica delle linee di progettazione originali) di una nave, la simulazione ha mostrato che la posizione di installazione del Propeller Energy Saving Device doveva essere spostata indietro di 100 mm, altrimenti il ​​tasso di risparmio energetico diminuirebbe del 3,2%;

3. Test di compatibilità dei materiali: se l'elica della nave è realizzata in lega di rame, è necessario confermare la compatibilità elettrochimica tra il materiale del dispositivo di risparmio energetico dell'elica (come l'acciaio inossidabile) e la lega di rame (effettuare un test di contatto di 72 ore con una camera di prova in nebbia salina e non è consentita alcuna reazione di corrosione) per evitare che il dispositivo di risparmio energetico dell'elica cada a causa della corrosione elettrochimica.

Durante l'installazione: controllare rigorosamente gli "errori di precisione" dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica (con la tabella di controllo della precisione)

Parametri e standard chiave per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Verifica del test: dopo l'installazione, condurre un "test dinamico" per il dispositivo di risparmio energetico dell'elica: far navigare la nave alla velocità comune (ad esempio 16 nodi), misurare la velocità di scia con un profilatore di corrente Doppler acustico subacqueo (ADCP) e confrontarla con i dati prima dell'installazione. Se il rapporto di riduzione della velocità di rotazione della scia è < 30% (ad esempio, la velocità della scia prima dell'installazione è 100 giri/min, ed è ancora ≥70 giri/min dopo l'installazione del dispositivo di risparmio energetico dell'elica), è necessario fermarsi per la regolazione.

Manutenzione giornaliera: focus su "Usura e pulizia" dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica (con tabella dei cicli di manutenzione e differenze dell'area di mare)

Mantenere i dispositivi di risparmio energetico dell'elica mensilmente, trimestralmente e annualmente e regolare l'attenzione in base alle diverse aree marine:

Aree marine tropicali (come il Sud-Est asiatico): gli organismi marini si attaccano rapidamente (i cirripedi possono crescere 5 mm in un mese), quindi la pulizia mensile dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica deve essere aumentata di 1 volta; la temperatura dell'acqua di mare è elevata (30-35°C), quindi la vernice anticorrosione per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica deve essere di tipo resistente alle alte temperature (resistenza alla temperatura ≥ 60°C) e lo spessore del film secco deve essere aumentato a 100μm durante il rivestimento trimestrale.

Aree marittime temperate (come la Cina costiera): l'attaccamento biologico è moderato e la manutenzione dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica viene eseguita secondo il ciclo convenzionale; la temperatura dell'acqua di mare è bassa in inverno (5-10°C) e i sensori dei dispositivi intelligenti di risparmio energetico dell'elica necessitano di un trattamento antigelo (applicare grasso antigelo) per evitare guasti a bassa temperatura.

Aree marine ad alta salinità (come il Mar Rosso): salinità > 4%, la corrosione dei metalli è rapida, quindi il rilevamento dei difetti a ultrasuoni (per rilevare la corrosione interna delle pale) deve essere aggiunto alla manutenzione annuale dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica e la pelle bionica di questi dispositivi deve essere sostituita ogni 2 anni (1 anno in meno rispetto al ciclo convenzionale).

Manutenzione mensile per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Pulizia: sciacquare la superficie del dispositivo di risparmio energetico dell'elica con una pistola ad acqua ad alta pressione (pressione ≤20MPa). Per gli accessori duri come i cirripedi, utilizzare una pala di plastica per rimuoverli (non utilizzare una pala di metallo per evitare di graffiare la superficie); se la pelle bionica è installata sul dispositivo di risparmio energetico dell'elica, controllare se sono presenti bolle sulla pelle (se le bolle sono > 5 mm, devono essere sostituite, altrimenti l'effetto di riduzione della resistenza scomparirà dopo l'ingresso dell'acqua);

Ispezione visiva: controllare se le pale del dispositivo di risparmio energetico dell'elica presentano graffi (se la profondità è >1 mm, devono essere saldate) e se i bulloni sono allentati (nessuno spostamento se tirati a mano).

Manutenzione trimestrale per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Misurazione dello spazio: utilizzare uno spessimetro per misurare lo spazio tra il dispositivo di risparmio energetico dell'elica e l'elica (ad esempio, lo spazio tra PBCF e le pale deve essere mantenuto a 50-80 mm; se è troppo piccolo, la collisione è facile, mentre se è troppo grande, l'effetto di recupero della scia è scarso);

Ispezione anticorrosione: applicare vernice anticorrosione sulla parte metallica del dispositivo di risparmio energetico dell'elica (una volta al trimestre, utilizzare primer giallo epossidico allo zinco, con uno spessore della pellicola secca ≥ 80 μm).

Manutenzione annuale per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica:

Nuovo test di precisione: dopo l'attracco, testare nuovamente l'angolo e la concentricità del dispositivo di risparmio energetico dell'elica con un localizzatore laser e regolare se la deviazione supera 1 mm;

Calibrazione del dispositivo intelligente: per la regolazione intelligente dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica, contattare il fornitore per aggiornare l'algoritmo (ottimizzare in base ai dati di navigazione annuali) e calibrare i sensori (ad esempio, l'errore del sensore di velocità deve essere ≤0,1 giri/min).

Manutenzione delle condizioni speciali per i dispositivi di risparmio energetico dell'elica: dopo aver incontrato condizioni marine severe (come i tifoni) durante la navigazione, utilizzare immediatamente un robot subacqueo (ROV) per verificare se il dispositivo di risparmio energetico dell'elica è deformato (concentrarsi su se le pale sono piegate). Una nave non ha effettuato controlli dopo un tifone e il tasso di risparmio energetico è diminuito del 4% a causa della leggera deformazione delle pale del dispositivo di risparmio energetico dell'elica, con un conseguente consumo di carburante di 50 tonnellate in più in 2 mesi.

VII. Guasti comuni e soluzioni di emergenza dei dispositivi di risparmio energetico delle eliche

VIII. Malintesi comuni: evitare queste insidie ​​di "inefficacia del risparmio energetico" relative ai dispositivi di risparmio energetico dell'elica

Malinteso 1: "Lo stesso dispositivo di risparmio energetico dell'elica può essere installato su tutte le navi"

L'adattabilità dei diversi tipi di navi ai dispositivi di risparmio energetico ad elica varia in modo significativo: le navi fluviali interne (pescaggio < 5 m) devono scegliere dispositivi di risparmio energetico ad elica di piccole dimensioni (bulbi del timone, semplici PBCF) per evitare incagli dovuti a dispositivi eccessivamente grandi; le navi costiere (velocità 12-16 nodi) sono adatte per i tipi di recupero della scia fissa dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica; le navi d'alto mare (velocità > 18 nodi) necessitano di tipi di riduzione della resistenza aerodinamica e di miglioramento dell'efficienza o tipi intelligenti di dispositivi di risparmio energetico dell'elica. È necessario selezionare in modo completo i modelli di dispositivi di risparmio energetico per eliche in base a rotte, tipi di navi e velocità per evitare l'applicazione cieca.

Malinteso 2: "Non è necessario preoccuparsi delle condizioni di lavoro dopo aver installato i dispositivi di risparmio energetico dell'elica"

I dispositivi fissi di risparmio energetico dell'elica devono essere regolati in base alla "velocità di carico": ad esempio, l'angolo del timone corrispondente a una velocità a pieno carico di 16 nodi è 0° e l'angolo del timone può essere regolato su 2°-3° per una velocità a vuoto di 18 nodi per guidare il flusso dell'acqua per adattarsi meglio al dispositivo di risparmio energetico dell'elica; I dispositivi intelligenti per il risparmio energetico dell'elica devono pulire regolarmente i sensori (una volta ogni 2 settimane) per evitare che la deviazione dei dati influisca sulla precisione della regolazione. Ignorare i cambiamenti nelle condizioni di lavoro porterà a fluttuazioni del tasso di risparmio energetico dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica superiori al 2%.

Malinteso 3: "Concentrarsi solo sul tasso di risparmio energetico, non sulla durata dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica"

La selezione dei materiali influisce direttamente sulla durata dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica: dare priorità all'acciaio inossidabile 316L (resistenza alla nebbia salina ≥10.000 ore) o ai materiali in bronzo al nichel-alluminio; per la pelle bionica dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica, confermare la resistenza agli agenti atmosferici (da -30°C a 70°C senza crepe) e richiedere al fornitore di fornire una garanzia di 5 anni. I dispositivi di risparmio energetico a elica a basso costo che utilizzano acciaio inossidabile ordinario (tipo 304) sono soggetti a corrosione, portando a un tasso di risparmio energetico pari a zero entro 1-2 anni, con un conseguente aumento dei costi.

Malinteso 4: "I dati dei test equivalgono all'effetto reale dei dispositivi di risparmio energetico dell'elica sulla nave"

I test di laboratorio dei dispositivi di risparmio energetico per eliche vengono effettuati in condizioni ideali di flusso dell'acqua (nessuna interferenza con lo scafo, velocità costante), che sono diverse dal flusso d'acqua di poppa di una nave reale (disturbato dalle pale del timone e dallo scafo). Quando si acquistano dispositivi per il risparmio energetico dell'elica, richiedere al fornitore di fornire i dati reali della nave "stesso tipo di nave, stessa rotta". Se non è possibile fornirlo, è possibile condurre prima un'operazione di prova a breve termine di 1 mese (stabilire le tariffe in base al consumo effettivo di carburante) e confermare l'effetto prima dell'acquisto formale del dispositivo di risparmio energetico dell'elica.

L'"effetto risparmio energetico" dei dispositivi di risparmio energetico Propeller non si esaurisce mai con la "scelta del prodotto giusto", ma è il risultato dell'intero processo di "scelta della giusta installazione, del giusto utilizzo e del buon utilizzo". Dalla precisione millimetrica nella raccolta dei parametri, al controllo dell'errore angolare durante l'installazione, fino al controllo dettagliato nella manutenzione quotidiana dei Propeller Energy Saving Devices, ogni passaggio influisce direttamente sull'efficienza energetica finale. Per gli armatori, tali dispositivi per il risparmio energetico dell'elica non sono solo "strumenti per la riduzione dei costi", ma anche "configurazioni di base" per far fronte alla trasformazione verde del settore marittimo: solo selezionando accuratamente i modelli di dispositivi per il risparmio energetico dell'elica in base alle caratteristiche della nave e conducendo operazioni e manutenzioni scientifiche, questo "piccolo dispositivo" può rilasciare continuamente "grande valore".