流力技术在SEEMP的应用.doc

流力技术在SEEMP的应用The development and application ofenergy saving technologies in SEEMPTMSLIKE内容l 节能小组介绍l l1700 TEU货柜轮变化俯仰船况的船模试验l l根据营运模式分析最适化船艏设计（ES弓）l l螺桨入流迹流均匀化导罩（ES WED）l l速度优化（燃油经济航速）l l台船公司节能技术应用实例l 1,000标准箱C / Vl 1800 TEU C / Vl 8000标箱C / Vl 203,000 DWT B / Cl 165,000 DWT B / C改装案l 35,000 DWT B / Cl 货柜轮变化俯仰船况的CFD研究情形l l结论 节能小组介绍l l轻船重量减重（船壳与舣品）l l天气例程l l轮机系统节能l l流力设计节能（ES解决方案） 提供船东最佳设计的船舶 以ES节能知识与经验协助船东规划最佳能源利用效能的新船 交船后协助船东发挥船舶性能的极致性能，包括适时的加改装 提供船东旗下船舶性能升级，如最省油的船舶航行俯仰姿势，加装ES Rudder Bulb, ES Rudder Skeg, ES pre-swirl generator, ES WED, ES Pre-Rotational Flow Fin, ES cap等省油装置 提供船东感兴趣的技术资讯与服务1,700 TEU货柜轮变化俯仰船况的船模试验Study target: CSBC 1,700 TEU C/VLOA/ LBP 174.1M/164.9MB/D27.9M/13.8 M ds/dd8.5 M/9.5 MDeadweight (ds)21,700 MTContainer 1,713 TEUDeck craneTwo setsM/E type MCR B&W 7S60MC-C7 21490 PS x 105 RPM Vs(NOR,15% S.M.,Td,BF0)20.1 knots1700 TEU货柜轮变化俯仰船况的试验范围l l船速l 18.0节l 20.1节（设计船速）l 21.0节l l吃水l 7.5米（66DWT，最大吃水的79）l 8.5米（设计吃水）l 9.5米（寸法吃水）l l俯仰姿势l 修剪的弓0.5米l 即使龙骨l 修剪斯特恩1.0米l l自推试验为主，阻力取自平稳的阻力试验，变化俯仰船况时维持同一l 排水量7.5米吃水下为何船速18节艏俯较好？By Bow 0.5 mBy Stern 1.0 m吃水(Fore/Aft)7.75/7.25 7.0/8.0俯仰By bow 0.5m By stern 1.0m18节的马力100%106.8%好处省油6.8% 7.5米吃水下船速21节为何不艏俯？By Bow 0.5 mBy Stern 1.0 m吃水(Fore/Aft)7.75/7.25 7.0/8.0俯仰By bow 0.5m By stern 1.0m21节的马力100%98.5%好处省油-1.5%7.5米吃水三种俯仰姿势的马力曲线最大吃水（9.5米）下船速20.1节为何艉俯较好？By Bow 0.5 m Even keelBy Stern 1.0 m9.5米吃水三种俯仰姿势的马力曲线l 主机NOR出力与15的海况余裕下Trim by bow：19.6节Even keel：19.71节Trim by stern：19.84节l l最大吃水时NOR航行时最好将船舶俯仰调节成尾俯1米l l如果计画以19.5节在9.5米吃水航行时艏俯会比零俯仰多耗油2.5，艉俯则会比零俯仰更省油2.7俯仰19.5节的马力损益By bow 0.5 m 102.5% 多耗油2.5% Even keel 100% 比较基准By stern 1.0 m 97.3% 更省油2.7%维持主机NOR出力在三吃水所能达到的船速l8.5米吃水的船速变化最小，显示线形设计时有照顾到俯仰变化对船速的影响l8.5米吃水艉俯1.0米的船速还是比零俯仰快上0.06节l7.5米吃水航行时尽量维持艏俯l9.5米吃水俯仰姿势与船速关系变化量最大最轻与最大吃水下不同俯仰姿势的马力曲线7.5 m draft最省油的航行姿势与船速关系变化大，要随时注意调整。7.5m draft在各船速下Trim by Stern最省油，因此航行姿势只要维持在Even keel与Trim by stern间自然就省油。变化俯仰船况的马力资讯可提供马力资讯的速度范围：18.0节18.5节19.0节19.5节20.0节20.1节20.5节21.0节Summary for trim variation test变化俯仰船况对于不同吃水，不同船速皆有不同程度的影响，也可以提供船东省油航行的操作资讯。l对于吃水变化与兴波阻力较敏感的船型，可以考虑变化俯仰船况的研究。l由1700 TEU货柜轮的研究结果来看，吃水浅时因为球艏形状与其相关水线设计艉俯未必有利，但是在最大吃水时艉俯是否有利，在该轮是这样的现象，但是仍应该要看船艉线形设计，如果横梁船尾没水增加阻力过多就可能不是这样的趋势，因此还是要靠船模试验等研究才可以掌握的较精确。根据营运模式分析最适化船艏设计(ES Bow)货柜轮营运模式分析（使用时间机率图）选订ES Bow设计点C / V船速性能设计检查点% draft of design draft % speed of design speed Design point 1 100% 100% Design point 2 100% 80% Design point 3 85% 80% Design point 4 Scantling draft 80% ES Bow (For Partial LoadConditions ) 主要尺寸：设计吃水：11.8米设计速度：VS KTS部分满载吃水：85的设计草案部分速度：80VSl针对实际装载吃水（部分负载）与实际常用船速（部分速度）来设计新一代节能球艏l尽可能维持设计吃水所能达到的设计船速（属于合约保证项目）CFD模拟分析的精度验证跟船模试验结果相比较在船模尺寸下的CFD计算值仅偏差1.5Design Point 1100% Draft, 100% SpeedOriginal Bow在设计吃水与设计船速时球艏消减艏波的干涉相当良好，兴波很小ES Bow因为球艏效应较弱，艏波（黄绿色）较高，其后方散波系统也有明显的波谷（蓝色）发生Design Point 2100% Draft, 80% SpeedOriginal Bow在设计吃水减速航行时球艏抬起一波峰，FP后方也有明显波谷生成，造成兴波的能量损失。ES Bow仅FP附近有局部高压（小艏波）生成，其他区域兴波和缓，阻力自然较低。Design Point 385% Draft, 80% SpeedOriginal Bow球艏已跑出水面，并在FP后方产生非常深的波谷，形成双波峰现象，兴波阻力明显恶化。ES Bow在实际装载之低吃水与减速航行时，ES弓与原球艏设计相比兴波相对和缓。Design Point 4Max. Draft, 80% SpeedOriginal Bow虽然是最大吃水的船况但在减速航行时由于球艏与艏波非在最佳消波干涉作用点，产生双波峰，兴波阻力较高。ES BowES在最大吃水减速航行时ESBow比原球艏的兴波阻力上载者。CFD评估总阻力可以改善的值根据实船营运模式计算新设计的ES BOW可以节省燃油约89，不到半年即可回收投资成本。Summary for ES Bowl 新一代节能球艏（ES BoW）是针对实际装载吃水（Partialload）与实际常用船速（Partial speed）来设计。根据实船营运模式计算新设计的ES Bowl 可以节省燃油约89，不到半年即可回收投资operating revenue，。l ES Bow会尽可能维持设计吃水所能达到的设计船速l ES Bow在最大吃水与实际常用船速时还是有减低阻力节能效果l ES BOW是小投资大收益，在所遭遇的营运条件下做最适化设计，可以省下船舶全寿期的巨额燃油费用螺桨入流迹流均匀化导罩(ES WED)Wake EqualizingDuct/WEDSchneekluth WEDMore axial flow and more uniform velocitydistribution improve propeller efficiencyReduction of flow separationForward force component of thegenerated lift未加装WED的船尾流场CFD模拟35,000 DWT B/C加装ES WED(旧)之流线需改善位置WED下缘因为流离产生额外的阻力由流线观测配置Spoiler希望用Spoiler改善WED下方流场流离现象下图constrained streamline为只加裝WED现象设计Spoiler加裝于流体较集中处 上方spoiler希望导正流体至WED 下方spoiler希望导正流体至WED下方流离处两型WED在螺桨前方的轴向速度分布（螺桨作动中）左：Old ES WED右：New ES WEDSummary for ES WED螺桨入流迹流均匀化导罩（ES WED）已成功开发，35,000 DWT散装材货轮可望成为第一个应用的新船设计。ES WED可以改善船舶螺桨入流，船模试验显示有节能4以上的效能，可以列入船舶加改装的选项。新版ES WED不但没有增加阻力还改善船壳阻力，这在HSVA也是前所未有的成功经历。试验结果显示ES WED的rpm约降低1，旧船改装时要注意RPM margin，必要时可配合营运船速修改螺桨Pitch (Trial edge cutting)。Speed optimizationran(燃油经济航速)IMO Resolution MEPC.213(63) 2012 guidelines for the development of a ship energy efficiency management plan (SEEMP)Appendix: A sample form of a ship efficiencyenergy management plan在Speed Optimization項目中提到While the design speed (85% MCR) is19.0 kt, the maximum speed is set at 17.0 kt as of 1 July 2012.1,000 TEU C/V (Pre-Swirl VG)设计挑战浅吃水长宽比（L/ B）短小高船速FN0.266大主机（6S50MC-C8），轴心线提高机舱限制点影响螺桨入流l成果降低螺桨激振力一阶降低46，二阶降低22节省主机马力1.2本轮试车结果船速比预期快0.18节1,800 TEU C/V (ES rudder)减少主机马力7S60MC-C6S60MC-C8.115,806 kW14,280 kW设计与开发四型节能舵开发ES Rudder fin开发ES Pre-Rotational Flow Fin采用ES-10技术设计的台船新一代1800 TEU货柜轮经济效益评估节省一缸主机：7S60MC-C6（21,490匹马力）6S60MC-C7（19,380匹马力）节省燃油费：每日燃油效量节省5.9公吨/天每年270航行天数781注1美金/每吨燃油（油价）=1336291美金（每年每船所能节省的燃油费）。节省CO2碳税：5,133吨CO215美元/吨（IMO CO2碳税）=76,995美金（每船每年能节省的碳税）。如果以6艘船组成一条航线，则该船队共可节省燃油费与碳税：14132866=8479716美金/年。节省船公司巨额然operating revenue，与提高营运竞争力。此外，因为主机减一缸，则还能省下该汽缸的备品与润滑油费。备注1：根据中油公司2012年4月1日生效之MF-380海运燃油价格8,000 TEU C/V(Best ship in HSVA Data Bank)比德国汉堡船模水槽（HSVA）同级船帄均船速快0.85节。比EEDI指标低23，超越2020年要生效的EEDI第二期油耗标准。8,000 TEU C/V(8型ES Rudders的试验)设计与试验型ES舵ES舵鳍试验5型高效能设计螺桨试验HSVA资料库中最佳推进效率的船舶8,000 TEU C/V（抗舵空蚀性能优良的ES rudder）节省主机马力l跟全动舵（fullspade rudder）一样好的抗舵空蚀性能l良好的操纵性能203,000 DWT散装材货轮所采用的节能装置本轮装有：1. 高效能螺桨2. ES Rudder bulb