- Nederlands
- English
Pre-Swirl Stator (PSS)
Een Pre-Swirl Stator (PSS) is een Energy Saving Device (ESD) met vaste statorvinnen aan de achtersteven, voor de scheepsschroef. De vinnen geven de toestroming een gerichte draaicomponent, de pre-swirl, waarmee rotatieverliezen in de schroefstraal kunnen worden beperkt. Een passend ontwerp kan het benodigde schroefvermogen bij dezelfde vaarsnelheid verlagen en daarmee het brandstofverbruik en de bijbehorende CO2-uitstoot verminderen. Bij geschikte toepassingen is een brandstofbesparing in de orde van circa 3–5% een realistische indicatie; de werkelijke opbrengst wordt bepaald door onder meer het wakeveld, de schroefconfiguratie, bedrijfscondities en het vaarprofiel. De vorm en plaatsing van de statorvinnen worden daarom afgestemd op de stroming achter de romp en de wisselwerking tussen romp, stator, schroef en roer. In samenwerking met een gespecialiseerde internationale partner begeleiden wij reders, technisch managers en scheepswerven bij de selectie en projectafstemming van een PSS, van de eerste haalbaarheidsbeoordeling en hydrodynamische analyse tot en met het ontwerp en engineering, productie en levering en de voorbereiding van de implementatie aan boord.
Hoe pre-swirl de werking van de schroef beïnvloedt
De schroef versnelt het water en brengt het ook in rotatie. Een deel van de toegevoerde energie blijft daardoor als rotatie-energie in de schroefstraal achter. Een PSS geeft het water al voor de schroef een draaicomponent die de door de schroef opgewekte rotatie tegenwerkt. De schroefbladen worden hierdoor onder een andere hoek aangestroomd, waardoor hun belasting en de verhouding tussen stuwkracht en benodigd vermogen veranderen.
De statorvinnen kunnen ook de axiale snelheid beïnvloeden: de snelheid van het water in de lengterichting van het schip. Daarnaast veroorzaken zij eigen stromingsverliezen en veranderen zij de drukverdeling rond de achtersteven. Bij het ontwerp worden de benutting van pre-swirl en deze bijkomende effecten gezamenlijk beoordeeld. De gekozen stromingsaanpassing moet zo bijdragen aan een lager benodigd vermogen van de volledige voortstuwingsconfiguratie.
Het wakeveld bepaalt de plaatsing en vorm van de statorvinnen
De statorvinnen worden ontworpen voor de lokale stroming op hun montagepositie. De vorm van de achtersteven en aanwezige aanhangsels beïnvloeden hoe het water daar stroomt. Ook langs een afzonderlijke vin kunnen snelheid en stromingsrichting variëren. Aantal, lengte, profielvorm, instelhoek en positie worden daarom in samenhang gekozen. De geometrie kan per vin verschillen om op de plaatselijke aanstroming aan te sluiten.
De schroefgeometrie en draairichting bepalen hoe de gewijzigde instroom wordt benut. Bij behoud van de bestaande schroef wordt de PSS daarop afgestemd. Wanneer ook een nieuwe schroef wordt overwogen, worden beide samen ontwikkeld. Bij toepassing op een verstelbare schroef worden ook de gebruikte spoedstanden en combinaties van toerental en belasting in de afstemming betrokken.
Beladen vaart, ballastvaart en verschillen in snelheid en trim kunnen andere aanstromingscondities opleveren. De ontwerpkeuze wordt daarom gebaseerd op de bedrijfstoestanden die een belangrijk deel van de werkelijke inzet vormen. Gegevens van een vergelijkbaar schip kunnen de eerste verkenning ondersteunen. De uiteindelijke statorgeometrie en prestatieverwachting worden uitgewerkt voor het eigen wakeveld en de eigen schroef.
Wanneer biedt een PSS voldoende hydrodynamisch perspectief?
Een PSS kan vooral interessant zijn wanneer in de toestroming naar de schroef voldoende hydrodynamisch verbeterpotentieel aanwezig is. Dat kan bijvoorbeeld het geval zijn wanneer de achtersteven een ongelijkmatige verdeling van watersnelheid en stromingsrichting veroorzaakt en een gerichte pre-swirl de schroef gunstiger kan laten werken. Ook moet rond de achtersteven voldoende ruimte beschikbaar zijn om de statorvinnen op technisch geschikte posities te plaatsen.
De geschiktheid wordt daardoor sterker bepaald door het wakeveld, de schroefbelasting en de beschikbare inbouwruimte dan door het scheepstype alleen. Twee schepen binnen hetzelfde marktsegment kunnen door verschillen in achtersteven, schroef, diepgang en vaarprofiel een heel ander verbeterpotentieel hebben.
Een eerste hydrodynamische beoordeling brengt daarom in kaart hoe de bestaande toestroming zich over het schroefvlak verdeelt, welke verliesmechanismen daarin relevant zijn en of statorvinnen daar gericht op kunnen ingrijpen. Ook de bedrijfspunten waarin het schip de meeste uren maakt, wegen mee. Zo kan vroeg worden bepaald of verdere ontwikkeling van een PSS voldoende perspectief biedt of dat een andere voortstuwingsmaatregel beter aansluit op de aangetroffen verliezen.
PSS, Pre-Duct en optimalisatie rond de schroefnaaf afwegen
Bij een PSS beïnvloeden de statorvinnen vooral de instroomrichting. Een Pre-Duct gebruikt de ductgeometrie om de toestroming naar de schroef te veranderen en kan die werking combineren met vinnen die pre-swirl opwekken. De werkingsprincipes kunnen elkaar daardoor overlappen. Ook een PSS kan de axiale snelheidsverdeling beïnvloeden. De vergelijking richt zich op de benodigde stromingsaanpassing, de schroefbelasting en het vermogenseffect van het complete ontwerp.
Een Propeller Boss Cap Fin (PBCF) richt zich op de stroming rond de schroefnaaf en de naafwervel, ook wel hub vortex genoemd. Een Rudder Bulb beïnvloedt de interactie tussen die naafstroming en het roer. De PSS verandert de stroming die deze onderdelen bereikt en kan daarmee hun werking beïnvloeden. Bij een combinatie wordt daarom het gezamenlijke vermogenseffect berekend, rekening houdend met de onderlinge wisselwerking.
De conditie van de bestaande installatie vormt het vertrekpunt. Bij een beschadigde schroef, sterke aangroei of een schroef die minder goed bij het vaarprofiel past, wordt eerst bepaald welk herstel of welke aanpassing nodig is. Die keuze legt de basis voor de beoordeling van de aanvullende waarde van een PSS.
Het PSS-ontwerp beoordelen met romp, schroef en roer
Computational Fluid Dynamics (CFD) kan de stroming rond de achtersteven en de wisselwerking tussen stator en draaiende schroef in beeld brengen. Verschillende vinvormen, instelhoeken en posities worden vergeleken op hun invloed op de lokale stroming en het benodigde voortstuwingsvermogen. Ook de krachten op de stator en de veranderde aanstroming van het roer tellen mee. Zo worden de verbetering bij de schroef en eventuele extra weerstand elders in dezelfde configuratie gezamenlijk beoordeeld.
Voor de vermogensvergelijking wordt het zelfvoortstuwingspunt bepaald, internationaal aangeduid als self-propulsion. Daarbij zijn de voortstuwende en tegenwerkende krachten bij de onderzochte vaarsnelheid in evenwicht. De uitvoeringen met en zonder PSS worden vergeleken bij dezelfde snelheid en overeenkomstige diepgang, trim en scheepsconditie. Het benodigde toerental kan daarbij verschillen. Koppel en toerental bepalen samen hoeveel vermogen aan de schroef wordt geleverd. Bij een verstelbare schroef wordt ook de toegepaste spoedstand vastgelegd.
Een berekening van de schroef in uniforme instroom kan inzicht geven in de afzonderlijke schroefkarakteristieken. Voor de prestatie van het schip wordt die informatie verbonden met de wisselwerking tussen romp, stator, schroef en roer. De gekozen berekenings- of testmethode moet deze samenhang voldoende weergeven om het vermogensverschil bij dezelfde vaarsnelheid te onderbouwen.
Cavitatie en wisselende belastingen meenemen in de ontwerpkeuze
De gewijzigde instroom beïnvloedt hoe de schroefbladen tijdens iedere omwenteling worden belast. Naast het gemiddelde vermogen worden daarom relevante veranderingen in cavitatie, drukpulsen en trillingsopwekking onderzocht. Waar de omstandigheden daartoe aanleiding geven, worden ook cavitatie en wisselende belastingen rond de statorvinnen beoordeeld.
Schroefbelasting, onderdompeling en bedrijfscondities bepalen welke situaties aandacht vragen. Ballastvaart kan bijvoorbeeld een andere cavitatiebeoordeling vragen dan beladen vaart. De ontwerpkeuze verbindt het verwachte vermogensvoordeel daarom met aanvaardbaar cavitatiegedrag en passende hydrodynamische en constructieve belastingen. De benodigde berekeningen en beproevingen worden afgestemd op deze aandachtspunten en de prestatie die moet worden onderbouwd.
Van berekening naar prestaties op ware grootte
Het wakeveld op modelschaal verschilt van dat van het werkelijke schip. Onder meer de dikte van de grenslaag langs de romp en de lokale snelheidsverdeling veranderen met de schaal. Omdat iedere statorvin op de plaatselijke aanstroming wordt afgestemd, kunnen deze verschillen doorwerken in het voorspelde voordeel. Bij extrapolatie worden de axiale stroming en de opgewekte pre-swirl daarom beoordeeld met aandacht voor hun verschillende schaalgedrag.
Berekeningen op ware grootte kunnen een deel van de schaalvertaling beperken. Hun uitkomst hangt onder meer af van het turbulentiemodel, de fijnheid van het rekenrooster, de schroefmodellering en de aangenomen oppervlakteruwheid. Vergelijking met geschikte modelproeven of andere meetgegevens helpt om de berekening te toetsen. De onzekerheid wordt daarbij afgezet tegen het voorspelde vermogensverschil en meegewogen in de ontwerpbeslissing.
Na installatie kan het gerealiseerde effect met proefvaart- of operationele gegevens worden beoordeeld. Metingen van snelheid, vermogen en toerental worden gekoppeld aan belading, diepgang, trim en relevante weers- en vaaromstandigheden. Bij retrofit worden ook werkzaamheden tijdens dezelfde dokbeurt vastgelegd. Rompreiniging, een nieuwe coating of schroefonderhoud kan eveneens het benodigde vermogen verlagen. De referentie en meetopzet worden daarop afgestemd, zodat de bijdrage van de PSS zo goed mogelijk afzonderlijk kan worden beoordeeld. Berekende verwachtingen en gemeten resultaten blijven herkenbaar gekoppeld aan hun eigen omstandigheden en beoordelingsmethode.
Statorvinnen constructief inpassen bij retrofit en nieuwbouw
De statorvinnen dragen hun hydrodynamische krachten en momenten via de bevestigingen over op de achtersteven. Vorm en montagepositie worden daarom samen met de aansluitende scheepsconstructie uitgewerkt. De beoordeling omvat sterkte, stijfheid, vermoeiing en mogelijke resonantie bij de relevante bedrijfsbelastingen.
Waar nodig worden spanningen en vervormingen onderzocht met de eindige-elementenmethode, internationaal Finite Element Method (FEM). Daarbij worden passende belastinggevallen voor de vinnen, verbindingen en omliggende constructie gebruikt. Ook de vrije ruimte tot de schroef en de bereikbaarheid voor inspectie en onderhoud maken deel uit van de inpassing.
Bij retrofit liggen schroefpositie, achterstevenconstructie en bestaande aanhangsels grotendeels vast. De benodigde versterkingen, montagewerkzaamheden en toegang worden afgestemd op de beschikbare dokperiode. Bij nieuwbouw kunnen romp, stator, schroef en roer eerder gezamenlijk worden ontworpen. In beide gevallen worden de technische documentatie en constructieve uitwerking afgestemd op de scheepsspecifieke beoordeling en toepasselijke classificatie-eisen.
Van schroefvermogen naar jaarlijkse brandstofbesparing
De jaarlijkse bijdrage van een PSS volgt uit het vermogensverschil bij de snelheden en beladingstoestanden waarin het schip daadwerkelijk vaart. De berekende of gemeten verschillen worden gewogen naar de bijbehorende bedrijfsuren. Daarbij tellen zowel gunstige als minder gunstige bedrijfspunten mee. Zo wordt duidelijk hoeveel van het ontwerpvoordeel tijdens de werkelijke inzet kan worden benut.
Voor de vertaling naar brandstofverbruik worden de verliezen in de aandrijflijn en het specifieke brandstofverbruik van de motor bij de gewijzigde belasting meegenomen. Daarmee wordt het verschil in schroefvermogen gekoppeld aan het brandstofverbruik van de voortstuwingsinstallatie. De verwachte CO2-reductie volgt uit het berekende verschil in brandstofverbruik en de gebruikte brandstofsoort.
De economische beoordeling zet de verwachte jaarlijkse besparing af tegen ontwerp, engineering, productie, scheepsaanpassingen, installatie en eventuele aanvullende doktijd. Ook onderhoud en de resterende inzetduur van het schip tellen mee. Verschillende scenario's voor vaarprofiel en gerealiseerde besparing laten zien onder welke omstandigheden de investering voldoende perspectief biedt.
Bij een latere wijziging van schroef, roer of vaarprofiel wordt opnieuw beoordeeld hoe de stator aansluit op de gewijzigde instroom en schroefbelasting. Daarmee wordt ook vastgesteld welke eerdere prestatieverwachtingen bruikbaar blijven en welke aanvullende uitwerking nodig is.
Pre-Swirl Stator (PSS)
In samenwerking met een gespecialiseerde internationale partner begeleiden wij reders, technisch managers en scheepswerven bij de selectie en projectafstemming van een PSS, van de eerste haalbaarheidsbeoordeling en hydrodynamische analyse tot en met het ontwerp en engineering, productie en levering en de voorbereiding van de implementatie aan boord.
Wat is een Pre-Swirl Stator (PSS)?
Een Pre-Swirl Stator (PSS) is een Energy Saving Device (ESD) met vaste statorvinnen aan de achtersteven, voor de scheepsschroef. De vinnen geven de toestroming een gerichte draaicomponent, de pre-swirl, waarmee rotatieverliezen in de schroefstraal kunnen worden beperkt.
Een passend ontwerp kan het benodigde schroefvermogen bij dezelfde vaarsnelheid verlagen en daarmee het brandstofverbruik en de bijbehorende CO2-uitstoot verminderen.
Bij geschikte toepassingen is een brandstofbesparing in de orde van circa 3–5% een realistische indicatie; de werkelijke opbrengst wordt bepaald door onder meer het wakeveld, de schroefconfiguratie, bedrijfscondities en het vaarprofiel.
De vorm en plaatsing van de statorvinnen worden daarom afgestemd op de stroming achter de romp en de wisselwerking tussen romp, stator, schroef en roer.
Hoe pre-swirl de werking van de schroef beïnvloedt
De schroef versnelt het water en brengt het ook in rotatie. Een deel van de toegevoerde energie blijft daardoor als rotatie-energie in de schroefstraal achter. Een PSS geeft het water al voor de schroef een draaicomponent die de door de schroef opgewekte rotatie tegenwerkt. De schroefbladen worden hierdoor onder een andere hoek aangestroomd, waardoor hun belasting en de verhouding tussen stuwkracht en benodigd vermogen veranderen.
De statorvinnen kunnen ook de axiale snelheid beïnvloeden: de snelheid van het water in de lengterichting van het schip. Daarnaast veroorzaken zij eigen stromingsverliezen en veranderen zij de drukverdeling rond de achtersteven. Bij het ontwerp worden de benutting van pre-swirl en deze bijkomende effecten gezamenlijk beoordeeld. De gekozen stromingsaanpassing moet zo bijdragen aan een lager benodigd vermogen van de volledige voortstuwingsconfiguratie.
Het wakeveld bepaalt de plaatsing en vorm van de statorvinnen
De statorvinnen worden ontworpen voor de lokale stroming op hun montagepositie. De vorm van de achtersteven en aanwezige aanhangsels beïnvloeden hoe het water daar stroomt. Ook langs een afzonderlijke vin kunnen snelheid en stromingsrichting variëren. Aantal, lengte, profielvorm, instelhoek en positie worden daarom in samenhang gekozen. De geometrie kan per vin verschillen om op de plaatselijke aanstroming aan te sluiten.
De schroefgeometrie en draairichting bepalen hoe de gewijzigde instroom wordt benut. Bij behoud van de bestaande schroef wordt de PSS daarop afgestemd. Wanneer ook een nieuwe schroef wordt overwogen, worden beide samen ontwikkeld. Bij toepassing op een verstelbare schroef worden ook de gebruikte spoedstanden en combinaties van toerental en belasting in de afstemming betrokken.
Beladen vaart, ballastvaart en verschillen in snelheid en trim kunnen andere aanstromingscondities opleveren. De ontwerpkeuze wordt daarom gebaseerd op de bedrijfstoestanden die een belangrijk deel van de werkelijke inzet vormen. Gegevens van een vergelijkbaar schip kunnen de eerste verkenning ondersteunen. De uiteindelijke statorgeometrie en prestatieverwachting worden uitgewerkt voor het eigen wakeveld en de eigen schroef.
Wanneer biedt een PSS voldoende hydrodynamisch perspectief?
Een PSS kan vooral interessant zijn wanneer in de toestroming naar de schroef voldoende hydrodynamisch verbeterpotentieel aanwezig is. Dat kan bijvoorbeeld het geval zijn wanneer de achtersteven een ongelijkmatige verdeling van watersnelheid en stromingsrichting veroorzaakt en een gerichte pre-swirl de schroef gunstiger kan laten werken. Ook moet rond de achtersteven voldoende ruimte beschikbaar zijn om de statorvinnen op technisch geschikte posities te plaatsen.
De geschiktheid wordt daardoor sterker bepaald door het wakeveld, de schroefbelasting en de beschikbare inbouwruimte dan door het scheepstype alleen. Twee schepen binnen hetzelfde marktsegment kunnen door verschillen in achtersteven, schroef, diepgang en vaarprofiel een heel ander verbeterpotentieel hebben.
Een eerste hydrodynamische beoordeling brengt daarom in kaart hoe de bestaande toestroming zich over het schroefvlak verdeelt, welke verliesmechanismen daarin relevant zijn en of statorvinnen daar gericht op kunnen ingrijpen. Ook de bedrijfspunten waarin het schip de meeste uren maakt, wegen mee. Zo kan vroeg worden bepaald of verdere ontwikkeling van een PSS voldoende perspectief biedt of dat een andere voortstuwingsmaatregel beter aansluit op de aangetroffen verliezen.
PSS, Pre-Duct en optimalisatie rond de schroefnaaf afwegen
Bij een PSS beïnvloeden de statorvinnen vooral de instroomrichting. Een Pre-Duct gebruikt de ductgeometrie om de toestroming naar de schroef te veranderen en kan die werking combineren met vinnen die pre-swirl opwekken. De werkingsprincipes kunnen elkaar daardoor overlappen. Ook een PSS kan de axiale snelheidsverdeling beïnvloeden. De vergelijking richt zich op de benodigde stromingsaanpassing, de schroefbelasting en het vermogenseffect van het complete ontwerp.
Een Propeller Boss Cap Fin (PBCF) richt zich op de stroming rond de schroefnaaf en de naafwervel, ook wel hub vortex genoemd. Een Rudder Bulb beïnvloedt de interactie tussen die naafstroming en het roer. De PSS verandert de stroming die deze onderdelen bereikt en kan daarmee hun werking beïnvloeden. Bij een combinatie wordt daarom het gezamenlijke vermogenseffect berekend, rekening houdend met de onderlinge wisselwerking.
De conditie van de bestaande installatie vormt het vertrekpunt. Bij een beschadigde schroef, sterke aangroei of een schroef die minder goed bij het vaarprofiel past, wordt eerst bepaald welk herstel of welke aanpassing nodig is. Die keuze legt de basis voor de beoordeling van de aanvullende waarde van een PSS.
Het PSS-ontwerp beoordelen met romp, schroef en roer
Computational Fluid Dynamics (CFD) kan de stroming rond de achtersteven en de wisselwerking tussen stator en draaiende schroef in beeld brengen. Verschillende vinvormen, instelhoeken en posities worden vergeleken op hun invloed op de lokale stroming en het benodigde voortstuwingsvermogen. Ook de krachten op de stator en de veranderde aanstroming van het roer tellen mee. Zo worden de verbetering bij de schroef en eventuele extra weerstand elders in dezelfde configuratie gezamenlijk beoordeeld.
Voor de vermogensvergelijking wordt het zelfvoortstuwingspunt bepaald, internationaal aangeduid als self-propulsion. Daarbij zijn de voortstuwende en tegenwerkende krachten bij de onderzochte vaarsnelheid in evenwicht. De uitvoeringen met en zonder PSS worden vergeleken bij dezelfde snelheid en overeenkomstige diepgang, trim en scheepsconditie. Het benodigde toerental kan daarbij verschillen. Koppel en toerental bepalen samen hoeveel vermogen aan de schroef wordt geleverd. Bij een verstelbare schroef wordt ook de toegepaste spoedstand vastgelegd.
Een berekening van de schroef in uniforme instroom kan inzicht geven in de afzonderlijke schroefkarakteristieken. Voor de prestatie van het schip wordt die informatie verbonden met de wisselwerking tussen romp, stator, schroef en roer. De gekozen berekenings- of testmethode moet deze samenhang voldoende weergeven om het vermogensverschil bij dezelfde vaarsnelheid te onderbouwen.
Cavitatie en wisselende belastingen meenemen in de ontwerpkeuze
De gewijzigde instroom beïnvloedt hoe de schroefbladen tijdens iedere omwenteling worden belast. Naast het gemiddelde vermogen worden daarom relevante veranderingen in cavitatie, drukpulsen en trillingsopwekking onderzocht. Waar de omstandigheden daartoe aanleiding geven, worden ook cavitatie en wisselende belastingen rond de statorvinnen beoordeeld.
Schroefbelasting, onderdompeling en bedrijfscondities bepalen welke situaties aandacht vragen. Ballastvaart kan bijvoorbeeld een andere cavitatiebeoordeling vragen dan beladen vaart. De ontwerpkeuze verbindt het verwachte vermogensvoordeel daarom met aanvaardbaar cavitatiegedrag en passende hydrodynamische en constructieve belastingen. De benodigde berekeningen en beproevingen worden afgestemd op deze aandachtspunten en de prestatie die moet worden onderbouwd.
Van berekening naar prestaties op ware grootte
Het wakeveld op modelschaal verschilt van dat van het werkelijke schip. Onder meer de dikte van de grenslaag langs de romp en de lokale snelheidsverdeling veranderen met de schaal. Omdat iedere statorvin op de plaatselijke aanstroming wordt afgestemd, kunnen deze verschillen doorwerken in het voorspelde voordeel. Bij extrapolatie worden de axiale stroming en de opgewekte pre-swirl daarom beoordeeld met aandacht voor hun verschillende schaalgedrag.
Berekeningen op ware grootte kunnen een deel van de schaalvertaling beperken. Hun uitkomst hangt onder meer af van het turbulentiemodel, de fijnheid van het rekenrooster, de schroefmodellering en de aangenomen oppervlakteruwheid. Vergelijking met geschikte modelproeven of andere meetgegevens helpt om de berekening te toetsen. De onzekerheid wordt daarbij afgezet tegen het voorspelde vermogensverschil en meegewogen in de ontwerpbeslissing.
Na installatie kan het gerealiseerde effect met proefvaart- of operationele gegevens worden beoordeeld. Metingen van snelheid, vermogen en toerental worden gekoppeld aan belading, diepgang, trim en relevante weers- en vaaromstandigheden. Bij retrofit worden ook werkzaamheden tijdens dezelfde dokbeurt vastgelegd. Rompreiniging, een nieuwe coating of schroefonderhoud kan eveneens het benodigde vermogen verlagen. De referentie en meetopzet worden daarop afgestemd, zodat de bijdrage van de PSS zo goed mogelijk afzonderlijk kan worden beoordeeld. Berekende verwachtingen en gemeten resultaten blijven herkenbaar gekoppeld aan hun eigen omstandigheden en beoordelingsmethode.
Statorvinnen constructief inpassen bij retrofit en nieuwbouw
De statorvinnen dragen hun hydrodynamische krachten en momenten via de bevestigingen over op de achtersteven. Vorm en montagepositie worden daarom samen met de aansluitende scheepsconstructie uitgewerkt. De beoordeling omvat sterkte, stijfheid, vermoeiing en mogelijke resonantie bij de relevante bedrijfsbelastingen.
Waar nodig worden spanningen en vervormingen onderzocht met de eindige-elementenmethode, internationaal Finite Element Method (FEM). Daarbij worden passende belastinggevallen voor de vinnen, verbindingen en omliggende constructie gebruikt. Ook de vrije ruimte tot de schroef en de bereikbaarheid voor inspectie en onderhoud maken deel uit van de inpassing.
Bij retrofit liggen schroefpositie, achterstevenconstructie en bestaande aanhangsels grotendeels vast. De benodigde versterkingen, montagewerkzaamheden en toegang worden afgestemd op de beschikbare dokperiode. Bij nieuwbouw kunnen romp, stator, schroef en roer eerder gezamenlijk worden ontworpen. In beide gevallen worden de technische documentatie en constructieve uitwerking afgestemd op de scheepsspecifieke beoordeling en toepasselijke classificatie-eisen.
Van schroefvermogen naar jaarlijkse brandstofbesparing
De jaarlijkse bijdrage van een PSS volgt uit het vermogensverschil bij de snelheden en beladingstoestanden waarin het schip daadwerkelijk vaart. De berekende of gemeten verschillen worden gewogen naar de bijbehorende bedrijfsuren. Daarbij tellen zowel gunstige als minder gunstige bedrijfspunten mee. Zo wordt duidelijk hoeveel van het ontwerpvoordeel tijdens de werkelijke inzet kan worden benut.
Voor de vertaling naar brandstofverbruik worden de verliezen in de aandrijflijn en het specifieke brandstofverbruik van de motor bij de gewijzigde belasting meegenomen. Daarmee wordt het verschil in schroefvermogen gekoppeld aan het brandstofverbruik van de voortstuwingsinstallatie. De verwachte CO2-reductie volgt uit het berekende verschil in brandstofverbruik en de gebruikte brandstofsoort.
De economische beoordeling zet de verwachte jaarlijkse besparing af tegen ontwerp, engineering, productie, scheepsaanpassingen, installatie en eventuele aanvullende doktijd. Ook onderhoud en de resterende inzetduur van het schip tellen mee. Verschillende scenario's voor vaarprofiel en gerealiseerde besparing laten zien onder welke omstandigheden de investering voldoende perspectief biedt.
Bij een latere wijziging van schroef, roer of vaarprofiel wordt opnieuw beoordeeld hoe de stator aansluit op de gewijzigde instroom en schroefbelasting. Daarmee wordt ook vastgesteld welke eerdere prestatieverwachtingen bruikbaar blijven en welke aanvullende uitwerking nodig is.
Van eerste hydrodynamische analyse naar een PSS-project
Voor de bestaande kustvaartschepen Marit en Myrte is met een CFD-gebaseerde Express-analyse onderzocht hoeveel hydrodynamisch verbeterpotentieel in de voortstuwingsconfiguratie aanwezig was. Voor beide schepen werd een verwachte verbetering van de voortstuwingsefficiëntie van meer dan 4% berekend.
Deze uitkomst bood voldoende technische en economische basis om de Pre-Swirl Stator voor beide schepen verder uit te werken en uiteindelijk te installeren.
Werkwijze voor de selectie en uitwerking van een Pre-Swirl Stator
In de eerste projectfase wordt bepaald of de PSS wordt afgestemd op de bestaande schroef of onderdeel wordt van een gezamenlijke voortstuwingsaanpassing. De referentieconfiguratie, relevante bedrijfspunten en benodigde onderbouwing worden vastgelegd. Op basis daarvan worden de hydrodynamische analyse en het statorontwerp verder uitgewerkt.
Voor een kansrijke vinnengeometrie worden de hydrodynamische vorm en constructieve inpassing samengebracht. De technische aanbieding beschrijft welke onderdelen en werkzaamheden zijn inbegrepen, op welke bedrijfscondities de prestatieverwachting is gebaseerd en welke aanvullende beoordelingen of beproevingen nodig zijn. Ook de bevestiging en benodigde aanpassingen aan de achtersteven worden daarin afgebakend.
Na het projectbesluit worden productie, levering en voorbereiding van de werkzaamheden aan boord op elkaar afgestemd. Bij retrofit sluit de uitvoering aan op de beschikbare dokperiode en andere geplande werkzaamheden. Wanneer prestatieverificatie onderdeel van het project is, worden de referentiegegevens, meetmethode en acceptatieafspraken vooraf vastgelegd. Het resultaat kan na installatie dan op de overeengekomen basis worden beoordeeld.
Uw Pre-Swirl Stator-project laten beoordelen
Overweegt u een PSS voor een bestaand schip of nieuwbouwproject? Wij bespreken graag met u welke mogelijkheden de achtersteven en schroefconfiguratie bieden voor gerichte hydrodynamische verbetering. Voor een inhoudelijke beoordeling ontvangen wij graag romplijnen of bruikbare driedimensionale rompgeometrie, tekeningen van de achtersteven en gegevens over schroef en roer.
Bij de schroef zijn onder meer diameter, bladgeometrie, draairichting en gebruikelijke toerentallen van belang. Voor een verstelbare schroef ontvangen wij ook graag de gebruikte spoedstanden en belastingscondities. Snelheids- en vermogensgegevens worden gekoppeld aan de bijbehorende diepgang, trim en belading. De bedrijfsuren per vaarconditie maken duidelijk welke omstandigheden het zwaarst moeten wegen. Beschikbare wakemetingen, modelproeven of eerdere CFD-resultaten kunnen de beoordeling ondersteunen.
Bij retrofit zijn constructietekeningen rond de mogelijke bevestigingspunten, geplande wijzigingen aan schroef of roer en de beoogde dokperiode relevant voor de inbouw. Tijdens de projectbespreking stemmen we af welke aanvullende gegevens nodig zijn en hoe de hydrodynamische en constructieve uitwerking op uw scheepsplanning kan aansluiten.
Van eerste hydrodynamische analyse naar een PSS-project
Voor de bestaande kustvaartschepen Marit en Myrte is met een CFD-gebaseerde Express-analyse onderzocht hoeveel hydrodynamisch verbeterpotentieel in de voortstuwingsconfiguratie aanwezig was. Voor beide schepen werd een verwachte verbetering van de voortstuwingsefficiëntie van meer dan 4% berekend.
Deze uitkomst bood voldoende technische en economische basis om de Pre-Swirl Stator voor beide schepen verder uit te werken en uiteindelijk te installeren.