Single Screw Low Speed Machinery Alternatives for Modern Ice Class Aframax Tankers

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2004

Department

Konetekniikan osasto

Major/Subject

Laivanrakennusoppi

Mcode

Kul-24

Degree programme

Language

en

Pages

126 s. + liitt. 16

Series

Abstract

The main purpose of this study is to clarify the propulsion machinery alternatives for ice class crude oil Aframax tankers with low speed main engine and single screw. Demands derived from ice operation for the propulsion machinery are clarified and possible configurations to overcome the increased resistance are introduced. Economically interesting options are selected and both economic and technical comparisons are made for the typical ice class IA Aframax tanker. Requirements being caused by cold conditions and ice operation are also included. This study presents also the phenomenon of increased demand for ice class crude oil tankers from 2003 onwards. For the typical open water optimized machinery is peculiar the propulsion power remarkable decrease in increased resistance conditions like ice. This is a consequence of bollard pull effect and low speed diesel engine torque characteristics. The key question is, how to tune open water designed machinery to overcome the ice running requirements. Economically interesting alternatives to increase thrust on low vessel speeds are selected for the comparison: decreasing of FP-propeller pitch, using of controllable pitch propeller and extension of main engine operating area. An economical and technical comparison made for the typical route clarifies differences between alternatives. With decreased FP-propeller pitch, the larger bore engine turned out to be economically better than the one with the smaller bore. The common rail technology enables to extend the engine operating area, which proved to give the best economical result and significantly better ice going capability than the ice class rule requirement. Controllable pitch propeller alternative proved to have slightly worse economy than decreased FP-propeller pitch. The differences in economical results are mostly the consequence of varying open water service speeds. The improved ice operation capability for controllable pitch propeller or extended operating area engine alternatives has a positive influence on operating economy. As the ice operation includes many dependencies, the optimum result is sensitive too selections and assumptions adopted. For that reason the results of the study should be taken as guidance.

Tämän työn päätarkoituksena on esittää jääluokitetun Aframax-raakaöljytankkerin koneistovaihtoehtoja perinteisen propulsioratkaisun pohjalta. Työssä on esitelty jäissätoiminnan vaatimukset täyttäviä propulsiokoneistoratkaisuja, joista taloudellisesti mielenkiintoisiksi arvioituja vaihtoehtoja on vertailtu taloudellisesti ja teknisesti IA-jääluokan Aframax tankkerissa. Lisäksi on esitetty 2003 alkaneeseen jääluokkatankkerien suureen kysyntään liittyvää kuljetustarpeen kehittymistä ja kylmän ulkoilman sekä jäissätoiminnan vaikutuksia koneistoon. Avainkysymyksenä tässä työssä on avovesikäyttöön suunnitellun koneiston soveltuvuus ja sovellettavuus jäissätoimintaan (hidaskäyntinen päämoottori ja kiinteäsiipinen potkuri). Jäistä aiheutuvan lisääntyneen kulkuvastuksen seurauksena laivan nopeus sekä pääkoneen kierrosluku laskevat, jolloin myös potkurille tuotettu teho laskee moottorin rajamomenttikäyrän mukaisesti. Mahdollisten vaihtoehtojenjoukosta valittiin vertailtavaksi pieninousuinen kiinteäsiipinen potkuri, säätösiipipotkuri ja momenttioptimoitu moottori, jossa on kiinteäsiipinen potkuri. Taloudellinen ja tekninen vertailu tehtiin tyypillisellä reitillä ja tuloksena saatiin selvitettyä vaihtoehtojen väliset eroavaisuudet. Kahdesta pienennetyn potkurin nousun pääkonevaihtoehdosta suuremman sylinterihalkaisijan omaava osoittautui taloudellisemmaksi vaihtoehdoksi. Parhaaksi vaihtoehdoksi kaikista osoittautui yhteispaineruiskutuksella varustetun moottorin avulla saavutettava laajennettu vääntömomenttikäyrä (momenttioptimoitu) yhdistettynä kiinteäsiipiseen potkuriin. Ratkaisun jäissäkulkukyky on hieman huonompi kuin säätösiipipotkurivaihtoehdolla. mutta propulsiohyötysuhde avovedessä on parempi ja investointi alhaisempi. Säätösiipipotkuri osoittautui kokonaistaloudessa pieninousuista potkuria jonkin verran huonommaksi. Vaihtoehtojen väliset erot kokonaistaloudessa johtuvat pääasiassa avovesinopeuksien eroista. Säätösiipipotkurin ja momenttioptimoidun moottorin talous on todellisuudessa esitettyä parempi, koska vertailussa ei ole huomioitu parempien jäissäkulkuominaisuuksien vaikutusta. Jäissätoiminnan monien riippuvuuksien takia eri valinnat ja oletukset saattavat johtaa eri lopputuloksiin, joten tämän tutkimuksen tuloksia tuke käyttää suuntaa-antavina eikä niinkään absoluuttisina totuuksina.

Description

Supervisor

Häkkinen, Pentti

Thesis advisor

Mökkönen, Kari
Aeberli, Kaspar

Keywords

ice class, jääluokka, Aframax, tankkeri, tanker, hidaskäyntinen dieselmoottori, low speed diesel engine

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120451041

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK