Slow Steaming & Re-Design

Schiffsneubauten müssen die EEDI bzw. EEOI Anforderungen erfüllen und vorhandene Schiffe werden häufig umgestaltet, um den ökologischen und wirtschaftlichen Anforderungen gerecht zu werden.

Bugwulst Retro-fit

Zu Minimierung der Kraftstoffkosten werden Schiffe heute bei niedrigeren Geschwindigkeiten betrieben als noch vor einigen Jahren. Während bei einem 5 Jahre alten Containerschiff die Froude-Zahl bezogen auf die Designgeschwindigkeit in einem Bereich von 0,21 bis 0,25 liegt, fahren diese Schiffe jetzt in einem Froude-Zahl Bereich von etwa 0,14 bis 0,16. Allein die Geschwindigkeitsreduzierung führt bereits zu deutlichen Kraftstoffeinsparungen. In den meisten Fällen ist dann jedoch der Bugwulst nicht für den neuen, reduzierten Geschwindigkeitsbereich optimal.

Der Originalbugwulst, der für eine Froude-Zahl von 0,21 optimiert worden ist, aber bei einer reduzierten Froude-Zahl von 0,145 fährt, erzeugt ein ungünstiges Wellensystem. Die Anwendung eines optimierten Bugwulstes für die neue, reduzierte Geschwindigkeit führte hier zu einer Leistungseinsparung von bis zu 8%.

Die SVA Potsdam nutzt für die Bugwulstoptimierung das FRIENDSHIP-Framework. Auf Basis der parametrisch beschriebenen Geometrie werden strukturierte und unstrukturierte Gitter-Topologien für CFD-Berechnungen generiert. Die numerischen Berechnungen werden mit dem Programm ANSYS CFX durchgeführt. In einer Mehrpunkt-Optimierung werden die Schiffslinien mit der erforderlichen Leistung und der Homogenität des Nachstromfeldes als Zielfunktion optimiert.

Propeller Re-Design

Auf Grund der geringeren Schubbelastung des Propellers beim Slow-Steaming ergeben sich größere Freiräume für den Propellerentwurf. Durch die Vergrößerung des Propellerdurchmessers, die Verringerung der Drehzahl, die Verringerung der Flügelzahl und des Flächenverhältnisses des Propellers sowie die Feinoptimierung der Propellerflügel können deutliche Wirkungsgradverbesserungen gegenüber dem vorhandenen, für hohe Schiffsgeschwindigkeiten entworfenen Propeller erreicht werden. Bei großen Containerschiffen werden z.B. beim Übergang zum Slow-Steaming die 6-flügeligen Propeller durch 5-flügelige Propeller ersetzt. Bei gleichzeitiger Vergrößerung des Propellerdurchmessers um bis zu 5% und Verringerung des Flächenverhältnisses um ein Drittel konnten Leistungseinsparungen von 9 bis 14% in Versuchen nachgewiesen werden.

Bei den deutlich langsameren Bulk Carriern werden zunehmend 4- und 3-flügelige Propeller sowohl für Re-Design Projekte wie auch für den Neubau des Schiffes entworfen und untersucht. Die Flächenverhältnisse dieser Propeller liegen im Bereich von AE/A0 = 0.35 bis 0.45. Systematische Untersuchungen haben gezeigt, dass die 3-flügeligen Propeller zumeist geringfügig höhere Druckschwankungsamplituden in der ersten Flügelzahlharmonischen erzeugen. Wenn der 3-flügeligen Propeller mit einem ausreichenden Skewwinkel entworfen wird, liegen die Druckschwankungsamplituden in den höheren Flügelzahlharmonischen in dem Bereich von Propellern mit höheren Flügelzahlen.