Flettner rotors used as auxiliary propulsion for ships

Abstract

Tuulen käyttö apupropulsiona on aika ajoin ollut tutkimuksen kohteena, yleensä silloin, kun raakaöljyn hinta nousee. Varsinkin nyt, kun päästörajoja tiukennetaan laivaliikenteessä, erilaisia polttoainetta säästäviä ja päästöjä vähentäviä teknologioita tutkitaan. Tuulivoiman hyödyntäminen propulsiona laivassa tuo edellä mainitut edut käyttöön. Perinteiset purjeet vaativat suhteessa suuremman pinta-alan kehittääkseen saman työntövoiman kuin Flettner roottori. Tästä syystä Flettner roottori on mielenkiintoinen vaihtoehto tuulipropulsion tehokkaaseen käyttöön.

Tässä opinnäytteessä laaditaan laskentamenetelmä, jolla Flettner roottorin tuomaa hyötyä voidaan arvioida. Laskentamenetelmän avulla arvioidaan tuulitilastoihin perustuen roottorin pitkällä ajanjaksolla aikaansaamat voimat, ja niiden perusteella laivan kulkutilanne. Roottoreista saatu työntö vähennetään potkurin kehittämästä työnnöstä, jolloin potkurin vaatima teho pienenee. Roottorien aiheuttamaa sivuttaisvoimaa kompensoidaan käyttämällä peräsintä. Peräsimen käytöstä lisääntynyt kulkuvastus huomioidaan laskennassa.

Opinnäytteessä sovelletaan laskentamallia konseptilaivaan. Alus on tyypiltään 40000 dwt tuotetankkeri, joka operoi reitillä Rotterdam - New York. Aluksen koneisto on hidaskäyntinen 2-tahti dieselmoottori kiinteäsiipisellä potkurilla. Roottoreita on konseptialuksessa yhteensä kolme. Tuulitilastona laskennassa käytetään United Kingdom Hydrographic Officen Routeing -merikorttia Pohjois-Atlantin alueelta.

Laskennan tulos, eli roottorien tuoma työntövoima konseptilaivalle ehdotetulla reitillä ja roottorijärjestelmällä esitetään opinnäytteen tulososiossa. Lisäksi esitetään laskennasta saadut muut voimat kuten roottorien aiheuttama sivuttaisvoima ja tämän vaatima peräsimen käyttö, nämä on myös huomioitu tuloksissa. Rotterdam - New York menopaluu-reitillä, ehdotettua roottorijärjestelmää käyttäen, roottorien tuoma työntö on konseptialukselle keskimäärin 13 prosenttia vaaditusta työnnöstä matkanopeuden ylläpitämiseksi. Konseptialuksen potkurin työntötarpeen vähennys aikaansaa ehdotetulla koneistolla keskimäärin noin 15 prosentin polttoaineensäästön. Keskimääräinen sortokulma aluksella roottorikäytössä kyseisellä reitillä on 0,41 astetta.