Bilgiseller / Gemi makineleri ve enerji
Hava yağlama sistemleri: gövde altı hava dağılımı ve net güç kazancı
Sürtünme azalmasını toplam dirençten ayırın, su çekimine bağlı hava basıncını hesaplayın ve sevk kazancını kompresör tüketimiyle ortak yakıt-enerji temelinde karşılaştırın.
Bu sayfada
Hava yağlama, gövdenin altına hava vererek duvar yakınındaki akışı değiştirir ve sürtünme direncinin bir bölümünü azaltır. Kompresör veya blower bu dağılımı oluşturup korumak için enerji tüketir. Yararlı değerlendirme iki soruyu birlikte sorar: ne kadar sevk ihtiyacı önleniyor ve havayı etkili olduğu yerde tutmak için ne kadar ek enerji gerekiyor?
Hedef toplam direncin bir bileşenidir
Geminin toplam direnci yüzey sürtünmesinden fazlasını içerir. Dalga yapma, biçim etkileri, çıkıntılar ve diğer katkılar, etkilenen sürtünme bileşeniyle aynı oranda otomatik azalmaz. Dip yüzeyinin bir bölümündeki yerel kayma gerilimi azalması doğrudan bütün geminin yakıt tasarrufu yüzdesi değildir.
MHI, sevk direncini azaltmak için dip altına hava verilmesini açıklar. Kaplanan alanın büyüklüğü ve sürekliliği önemlidir. Kabarcık, hava tabakası ve hava boşluğu düzenleri aynı tasarım değildir; geometrileri, hava ihtiyaçları ve çevre akışla etkileşimleri farklıdır. Bir gövde ve koşuldan alınan sonuç diğerine doğrudan taşınamaz.
Dağılım, hidrolik ve gaz besleme problemidir
Hava amaçlanan çıkışlara yeterli basınçla ve branşlar arasında uygun paylaşımla ulaşmalıdır. Eşit olmayan kayıplar, yerel su basıncı değişimi veya bozulmuş çıkış, toplam kompresör debisi normal görünürken dağılımı değiştirebilir. Gövde geometrisi, trim, hız ve hareketler havanın altta nasıl ilerleyip kaçtığını etkiler.
Silverstream sistem açıklamasında kompresör havasını çıkış birimi branşlarına dağıtan hava dengeleme modülü bulunur. Bu yalnız toplam hava sayısının değil fiziksel dağılımın önemini gösterir. Daha çok hava her zaman daha iyi değildir; ek debi azalan sürtünme yararıyla birlikte kompresör tüketimini artırabilir veya aşağı akım etkileşimini değiştirebilir.
Sayısal örnek: su çekimi basınç ihtiyacı oluşturur
Basit hidrostatik ön hesapta deniz suyu yoğunluğu 1025 kg/m³, atmosfer basıncı 101,325 kPa mutlak, enjeksiyon derinliği 7 m olsun. Atmosfer üstündeki statik su basıncı ρgz = 1025 × 9,81 × 7 = 70386,75 Pa ≈ 70,387 kPa olur. Hava yolu ve çıkış payı için varsayılan 20 kPa eklenirse gereken besleme yaklaşık 191,712 kPa mutlaktır.
12 m derinlikte statik katkı 120663 Pa = 120,663 kPa, aynı basit payla besleme 241,988 kPa mutlak olur. Hareketli gövdedeki yerel basınç hidrostatik değerden farklı olabilir; gerçek kompresör seçimi debi, kayıplar ve çalışma payları ister. Hesap su çekimi etkisini açıklar, elektrik gücünü öngörmez. MHI de su çekimini blower basıncının ana belirleyicilerinden biri olarak gösterir.
Hava debisinin referans koşullarını belirtin
Kompresör giriş hacmi veya serbest hava debisi, sıkıştırılmış çıkış hacmi ya da gövde altındaki kabarcık hacmiyle aynı değildir. Sabit kütle debisinde gaz hacmi mutlak basınç ve sıcaklıkla değişir. Yalnız “m³/h” yazmak iki sistemi veya noktayı gerçekte aynı değilken karşılaştırılabilir gösterebilir.
Gereken basınç ve giriş koşulundaki gerçek kompresör performansı, motor ve kontrol kayıplarıyla kullanılmalıdır. Aşağıdaki 180 kW kompresör girdisi ayrı bir örnek varsayımıdır; önceki derinlik hesabından türetilmez. Su çekimi, debi veya basınç değişirse tüketim alışkanlıkla sabit tutulmamalı, yeniden değerlendirilmelidir.
Sayısal örnek: sabit hızda brüt sürtünme yararı
Sabit gemi hızında başlangıç şaft gücü 8000 kW, modelde ele alınan sürtünme bileşeni toplam direncin %60’ı olsun. Hava yağlama bu bileşeni %10 azaltsın; diğer dirençler ve toplam sevk verimi değişmesin. Toplam direnç azalması 0,60 × 0,10 = %6 olur.
Açıkça belirtilen varsayımlarla gereken şaft gücü 8000 × 0,06 = 480 kW düşüp 7520 kW olur. Bu, hava sistemi tüketimi öncesi brüt şaft kazancıdır. %10 sürtünme azalması örnek varsayımıdır; üretici iddiası veya ölçülmüş gemi sonucu değildir. İz akımı, pervane etkileşimi veya trim değişirse daha kapsamlı sevk modeli gerekir.
Şaft kazancını ve elektriği ortak yakıt temeline çevirin
Kompresör elektrik girdisi 180 kW, diğer hava sistemi yükleri 20 kW, toplam 200 kW olsun. Ana makine yakıttan şafta verimi 0,45, jeneratör yakıttan elektriğe verimi 0,40; ortak yakıt alt ısıl değeri 42700 kJ/kg alınsın. Verimler bu örnekte sabit marjinal değerlerdir. Geminin diğer elektrik yükleri değişmez.
Brüt ana yakıt kazancı 480 × 3600/(0,45 × 42700) = 89,930 kg/h; ek üretim yakıtı 200 × 3600/(0,40 × 42700) = 42,155 kg/h olur. Net yakıt kazancı 47,775 kg/h’tır. Başlangıç ana makine yakıtı 8000 × 3600/(0,45 × 42700) = 1498,829 kg/h olduğundan net kazanç bu tanımlı temelin %3,1875’idir; %6 değildir.
Net güç sayısı da tanımlı referans ister
Ana şaft eşdeğerinde 200 kW elektrik yükü, aynı yakıt girdisinde 200 × 0,45/0,40 = 225 kW ana şaft çıkışına karşılık gelir. Net eşdeğer yarar 480 − 225 = 255 kW olur. 480 şaft kW’tan doğrudan 200 elektrik kW çıkarmak 280 kW verir; fakat eşit olmayan verimlerde bu karışık sınır farkı yakıt tasarrufunu temsil etmez.
Dizel-elektrik sevkte başka bir ortak bara sınırı daha doğal olabilir. Jeneratör yük paylaşımı değişiyorsa ek yükün neden olduğu artımsal yakıt kullanılmalıdır; sabit verim yetmeyebilir. Payda başlangıç ana yakıtı yerine bütün gemi yakıtıysa değişmeyen yardımcı tüketimler de eklenerek yüzde yeniden hesaplanır.
Doğrulamada karşılaştırma koşulu korunmalıdır
Sabit hızda düşük direnç azalan şaft gücü olarak; sabit şaft gücünde artan hız olarak görünebilir. İkisini ayrı tasarruf saymak aynı hidrodinamik yararı iki kez sayar. Karşılaştırma, eşleştirilmiş veya düzeltilmiş deplasman, su çekimi, trim, hava, akıntı, gövde durumu ve kontrol modu; ayrıca eşzamanlı şaft ve hava sistemi gücü ölçümü ister.
ITTC komite raporu ALS değerlendirmesi ve hava enjeksiyonu ölçeklemesinde dikkat gereğini belirler. Tek kısa ekran ortalaması değişimi yerine tekrarlı kontrollü karşılaştırma ve belirsizlik değerlendirmesi daha bilgilendiricidir. Brüt şaft azalması gösteren deneme, bildirilen net sonuca kompresör ve yardımcıların dahil olup olmadığını açıklamalıdır.
Tek uygun nokta yerine işletme profili için iyileştirin
Net yarar hız, su çekimi, hava ve yükleme koşuluyla değişebilir. Sistemin devre dışı olduğu veya enerji maliyetinin yararı aştığı dönemler sefer sonucunu etkiler. Hava çıkışları, dağıtım cihazları ve kompresör durumu bu nedenle tek tasarım hızı yüzdesi yerine beklenen işletme profiliyle değerlendirilmelidir.
Mühendislik hesabı hava kütle/hacim referansını, besleme basıncını, branş dağılımını, kaplama kanıtını, brüt sevk değişimini ve ek enerji üretimini ilişkilendirmelidir. Amaç en fazla hava vermek değil, tanımlı enerji ve hizmet sınırında doğrulanmış net azalmadır. Ne tek bileşenin sürtünme azalması ne kompresör etiketi bu sonucu tek başına kurar.