Keulapotkurin tehokkuuteen vaikuttavat tekijät

Kun puhumme asiakkaillemme keulapotkurien koosta, meitä pyydetään usein tarjoamaan keulapotkurit sähkö- tai hydraulimoottorin tehon (kW) mukaan. Tärkeämpi tekija keulapotkurin valinnassa on todellinen työntövoima. Se, mikä työntää venettä sivuttain, on työntövoima, joka mitataan kilovoimana (kgf), eikä moottorin teho, joka mitataan watteina.

Moottori on vain yksi keulapotkurin komponenteista, joka vaikuttaa merkittävästi järjestelmän tehokkuuteen. Neljä päätekijää muuttaa moottorin tehon todelliseksi työntövoimaksi tietyllä tunnelin halkaisijalla:

• Moottorin ja järjestelmän tehokkuus
• Vaihteiston rakenne
• Potkurin suorituskyky
• Tunnelin asennuksen hydrodynaaminen tehokkuus

Moottorin ja järjestelmän tehokkuus

Hydraulimoottorit

Toisin kuin sähköiset keulapotkurit, hydrauliset keulapotkurijärjestelmät ovat monimutkaisempia tehokkuuden kannalta. Se riippuu loppujen lopuksi koko hydraulijärjestelmän kaikista yksittäisistä komponenteista ja siitä, miten ne toimivat yhdessä.

Esimerkiksi joidenkin valurautavaihdemoottoreiden, joiden tilavuushyötysuhde on alhainen (75-80 prosenttia), teho on huomattavasti suurempi kuin paljon tehokkaamman taivutetun akselin mäntämoottorin (92-97 prosenttia) teho samalla työntövoimatasolla. Yleisesti ottaen tehonkulutukseen vaikuttavat myös järjestelmän suunnittelu ja muut komponentit, kuten hydraulipumput, venttiilit ja putkistot. Jopa öljyn jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän suunnittelu voi vaikuttaa kokonaistehoon. Perinteisessä, matalan hyötysuhteen hydraulijärjestelmässä vain 25-50 prosenttia pumpun käyttämästä energiasta tekee varsinaista työtä eli tuottaa työntövoimaa. Veneessä käytettävissä olevan energian tehokas käyttö on aina ensisijainen tavoite. Siksi on ehdottoman tärkeää valita parhaat mahdolliset komponentit ja järjestelmäsuunnittelu, jotta järjestelmän häviöt olisivat mahdollisimman pienet. Hyvin suunnitellun hydraulijärjestelmän pitäisi yleensä tuottaa potkureille 70-75 prosenttia siitä energiasta, jonka pumppu imee lähteestään.

AC-moottorit

Vaihtovirtamoottoreita käytetään keulapotkureissa, joiden työntövoima on noin 240 kgf:stä ylöspäin. Vaihtovirtamoottorit millä tahansa jännitteellä, yhdessä taajuusmuuttajan (VFD) kanssa, ovat erittäin tehokas tapa käyttää keulapotkuria.

Sähkövirta syötetään generaattorista VFD:hen ja VFD:stä keulapotkurimoottoriin. Tällaisessa kokoonpanossa kokonaishyötysuhde on tyypillisesti noin 85-90 prosenttia. Useimmat vaihtovirtakeulapotkurit ovat saatavilla proportionaalisella nopeudensäädöllä. VFD ohjaa ramppiaikaa, kierroslukua ja suurinta virrankulutusta keulapotkurin joystickin antaman syötteen mukaan. Tällä tavoin huippukuormitukset ovat paljon paremmin hallinnassa eivätkä ylikuormita generaattoria, kun taas AC on/off -ratkaisut saattavat tuottaa 7 kertaa suuremman käynnistysvirran kuin nimellisvirta.

Sleipnerin jopa 700 kgf:n työntövoiman omaavissa keulapotkureissa käytetään suuritehoisia, kompakteja alumiinimoottoreita, joissa on optimoidut käämitykset pienen painon ja pienempien mittojen saavuttamiseksi. Lisäominaisuutena on moottorin käämityksiin asennettu lämpötila-anturi. Kylmäpalautteen avulla keulapotkuri voidaan optimoida parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi pienemmällä painolla ja pienemmillä mitoilla.

Tämän ansiosta Sleipner keulapotkurit voivat vähentää painoa jopa 45 prosenttia verrattuna perinteiseen valurautaiseen vaihtovirtamoottoriin. Kaikki Sleipner vaihtovirtakeulapotkurit voivat toimia jatkuvassa käytössä joko täydellä suorituskyvyllä versio "C" tai rajoitetulla suorituskyvyllä, kun moottorin lämpötila saavuttaa tietyn rajan versio "I".

DC-moottorit

DC-moottoreita käytetään 20-300 kgf:n keulapotkureissa. Keulapotkureiden potkureihin saavutettu teho riippuu järjestelmän jännitetasosta. Laadukkaat komponentit, kuten oikein mitoitetut virtajohdot, pääkytkimet, sulakkeet ja sulakkeenpitimet, aiheuttavat minimaalisen jännitehäviön akun ja sähkömoottorin välillä. Meidän on kuitenkin otettava huomioon väistämätön häviö. Tällaisen sopivan 12 voltin (tai 24 voltin) kokoonpanon, joka saa virtansa hyväkuntoisista akuista, joiden CCA-luokitus on korkea, pitäisi antaa vähintään 10,5 volttia tai 24 voltin järjestelmässä 21 volttia keulapotkuri-moottorille. Tämän vuoksi vakavasti otettavat valmistajat laskevat työntövoiman 10,5 voltin (21 voltin) jännitteellä veneen todellisen suorituskyvyn perusteella eikä teoreettisten arvojen perusteella akun nimellisjännitteellä. On tärkeää olla tietoinen siitä, miten keulapotkurin suorituskykytiedot mitataan, jotta järjestelmä ei päätyisi alimitoitetuksi laskemalla epärealististen suorituskykyarvojen perusteella.

Johtavat valmistajat käyttävät räätälöityjä moottoreita, joissa on korkealaatuisia materiaaleja ja komponentteja, joilla varmistetaan ylivoimainen virranjohtavuus ja mekaaninen suorituskyky, mikä johtaa harjattuun tasavirtatekniikkaan perustuvaan maksimaaliseen hyötysuhteeseen.

Vaihteiston muotoilu

Vaihteiston rakennelaatu, hydrodynaamiset ominaisuudet ja sen tunnelissa viemä tila vaikuttavat myös merkittävästi työntövoimaan. Karkaistujen spiraalileikattujen hammaspyörien käyttö on yksi ratkaisu, jolla voidaan minimoida tilantarve ja saavuttaa kompakti hammaspyöränjalan rakenne. Suunnittelun on oltava hydrodynaamisesti optimoitu ja sen on käytettävä mahdollisimman vähän tilaa tunnelissa, mikä mahdollistaa paremman ja tasaisemman veden virtauksen. Kompakti, virtaviivainen vaihteisto minimoi vedenvastuksen ja vähentää kavitaatiota, mikä vaikuttaa myös äänitasoon. Tehokkaampi veden virtaus ja pienempi kavitaatio merkitsevät suurempaa työntövoimaa jokaisesta kilowatin syöttötehosta.

Potkurin suorituskyky

Markkinoilla on erilaisia potkurimalleja. Esimerkkinä siitä, miten muotoilu voi vaikuttaa suorituskykyyn, käytän Sleipnerin Q-proppia.

Aiemmin Sleipner käytti nelilapaista potkuria, joka oli erittäin tehokas. Kun ostajat kiinnittivät yhä enemmän huomiota melutasoon, insinööritiimimme alkoi testata monenlaisia uusia malleja, joilla pyrittiin säilyttämään korkea hyötysuhde ja samalla vähentämään melutasoa. Kaksi vuotta ja tuhat testiä myöhemmin tuloksena oli viisilapainen ainutlaatuinen vinopotkuri.

Q-prop on suunniteltu vähentämään melutasoa ja säilyttämään samalla nelisiipisen potkurin poikkeuksellinen hyötysuhde.

• Q-prop antaa jopa 75 prosentin melunvaimennuksen valvotuissa ympäristöissä mitattuna.
• Q-prop vähentää melua keskimäärin jopa 40 prosenttia todellisissa asennuksissa.

Q-prop-rakenne on osoittautunut niin tehokkaaksi, että työntövoima on jopa kasvanut (noin viisi prosenttia) joissakin keulapotkurimalleissa.

Tunnelin asennuksen hydrodynaaminen tehokkuus

Veneen rakentajana tai asentajana tieto optimaalisesta tunneliasennuksesta on ratkaisevan tärkeää hyvin toimivan ohjauspotkurijärjestelmän aikaansaamiseksi.

Tunnelin asennuksella on merkittävä vaikutus keulapotkurin kokonaistehokkuuteen ja melutasoon. Epäasianmukainen tunneliasennus vähentää merkittävästi työntövoimaa ja aiheuttaa tunnelissa paljon kavitaatiota, mikä johtaa paljon korkeampiin melutasoihin.

Vaikka tämä on kuvattu yksityiskohtaisesti asennusoppaissa, olemme kehittäneet tunneliasennusten suunnitteluoppaan, joka antaa ammattimaisille asentajille erinomaisen teoreettisen perustan siitä, miten tunnelit olisi asennettava, jotta saavutetaan mahdollisimman suuri työntövoimaa ja minimoidaan melutaso. Tiedot tunnelin sijainnista, tunnelin pituudesta ja tunnelin aukoista ovat olennainen osa asennusta, jotta käytettävissä olevasta moottoritehosta saadaan mahdollisimman tehokas työntövoima.

Päätelmä

Kuten olet oppinut tämän artikkelin kautta, voi olla harhaanjohtavaa käyttää teoreettista moottorin nimellisarvoa päättäessäsi, mikä keulapotkurimalli on paras valinta tiettyyn veneeseen. Eri valmistajien välillä on huomattavia eroja siinä, kuinka tehokkaasti ne pystyvät muuntamaan syötetyn tehon todelliseksi hyödylliseksi työntövoimaksi.

Kun vertaat muita yksityiskohtia kuin moottorin teholuokitusta markkinoilla saatavilla oleviin erilaisiin keulapotkureihin, huomaat, että voit usein säästää tilaa ja kustannuksia käyttämällä pienempiä, mutta yhtä suorituskykyisiä keulapotkureita, kun valitset mallit korkealla hyötysuhteella ja nautit paremmasta työntövoimasta.