Jäissäkulkevan aluksen keulahuuhtelujärjestelmän kehittäminen
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2012
Department
Major/Subject
Laivanrakennusoppi
Mcode
Kul-24
Degree programme
Language
fi
Pages
81 + [30]
Series
Abstract
Vessel's channel resistance has become an important factor in determining vessel's ice class after the year 2003, when the propulsion power requirement of Finnish-Swedish ice class rules started to be defined by the channel resistance. Due to the present day high fuel oil costs and due to the emission restrictions in near future, it is important to try to improve the fuel economy of ships. The aim of this master's thesis is to research the technical-and economic feasibility of a bow wash system concept for an ice going vessel. The system has been patented by Aker Arctic. The technical feasibility is determined by researching the suitability of different commercial solutions for the requirements of the bow wash system. The second objective for the technical feasibility study is to determine the required power for the bow wash system through model tests. The economic feasibility of the system is evaluated by the repayment time, which is determined by assessing the difference of purchase prices and achievable fuel oil cost savings. The system is applied to an Aframax class tanker. From the executed model tests it can be seen, that the required power for the system is 1500 kW. With this amount of power a 15 % reduction of channel resistance for the applied vessel type in 1,4 m thick channel has been observed. Even larger reduction could be achieved, if a more powerful system was used, but this phenomenon could not be verified with the model tests. From the results of the model tests, it can also be seen, that the efficiency of the system improves, if the diameter of the water stream outlet is enlarged. The benefits in fuel oil costs vary between 10 000 and 300 000 Euros, according to variations in severity of the winter and route of the vessel. Therefore the calculated repayment times for the initial investment vary between two and five years. The severity of the winter is the factor, which defines the length of the repayment time. The effect of the two studied route alternatives is considerably lesser, even though the length of route travelled in ice conditions is noticeably longer in the other route alternative. As a result, the most suitable system configuration for the bow wash system is presented by implementing a commonly used product development method, where the important functional sections are valued and a score is given according to their characteristics. The valued sections include repayment time, operative functionality and usability in modernization cases. Additionally the needs for further development of the system, which have arisen during this thesis project, are presented.Laivan rännivastus on muodostunut tärkeäksi seikaksi määritettäessä laivan jääluokkaa vuoden 2003 jälkeen, jolloin suomalais-ruotsalaisten jääsääntöjen tehovaatimus alettiin määrittää rännivastuksen kautta. Nykyisten korkeiden polttoainekustannusten aikana ja tulevien päästörajoitusten myötä, on tärkeää pyrkiä parantamaan laivojen polttoainetaloudellisuutta. Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia Aker Arcticin patentoiman jäissäkulkevan aluksen keulahuuhtelujärjestelmän teknisiä ja taloudellisia toteutusmahdollisuuksia. Teknisten toteutusmahdollisuuksien tutkimisella pyritään ensin selvittämään erilaisten kaupallisten pohjaratkaisujen soveltuminen keulahuuhtelujärjestelmän tarpeisiin. Toisena teknisen tarkastelun tavoitteena on määrittää mallikokeiden avulla laitteiston tarvitsema teho, jolla saavutetaan riittävä hyöty rännivastuksen vähenemisen muodossa. Järjestelmän taloudellista puolta arvioidaan laitteistoratkaisujen hankintahinnoista ja laitteiston käytöllä saavutettavasta polttoainekustannusten vuotuisesta vähentymisestä määritettävällä investoinnin takaisinmaksuajalla. Laitteiston sovelluskohteeksi on valittu Aframax -luokan tankkeri. Suoritettujen mallikokeiden perusteella voidaan todeta, että riittävä teho laitteistolle on 1500 kW. Tällä teholla saadaan 1,4 metrin paksuisessa rännissä aikaan 15 prosentin vähennys sovelluskohteen jäävastukseen. Suurempitehoisella laitteistolla voitaisiin saavuttaa vielä merkittävämpää vähennystä, mutta tätä ilmiota ei onnistuttu mallikokeilla todentamaan. Kokeista ilmeni myös, että laitteiston hyötysuhde paranee, mikäli vesisuihkun ulostuloaukon halkaisijaa suurennetaan. Polttoainekustannusten väheneminen vaihtelee leudon ja ankaran talven olosuhteissa tarkasteltuna, reitistä riippuen, 10 000 ja 300 000 euron välillä. Tutkittujen laitteistoratkaisujen takaisinmaksuajat vaihtelevat näin ollen kahden ja viiden vuoden välillä. Talven ankaruus on vertailussa merkitsevä tekijä, joka määrittää takaisinmaksuajan pituuden. Tutkituilla kaksilla reittivaihtoehdoilla on havaittavissa huomattavasti pienempi vaikutus takaisinmaksuaikaan, vaikka jäissä kuljettu matka onkin toisella reitillä huomattavasti pidempi. Työn tuloksena esitetään sopivin laitteistoratkaisu keulahuuhtelujärjestelmälle tuotekehityksessä yleisesti käytettävällä, laitteiston toiminnan kannalta tärkeiden osa-alueiden, arvotus- ja pisteytysmenetelmällä arvioituna. Arvostellut pääosa-alueet ovat takaisinmaksuaika, operatiivinen toimivuus ja laitteistoratkaisun hyödyntämismahdollisuudet modernisaatiotapauksissa. Lisaksi esitetään kehitystyön aikana ilmenneet keulahuuhtelujärjestelmän jatkokehitystarpeet, joita ei tämän diplomityön puitteissa ehditty tutkia.Description
Supervisor
Kujala, PenttiThesis advisor
Laukia, KariKeywords
bow wash, keulahuuhtelu, bow thruster, työntölaite, channel resistance, rännivastus, model test, mallikoe, tanker, tankkeri, power estimation, tehonarviointi, feasibility, toteutettavuus
