Αναλυτική εκτίμηση των απαιτήσεων ισχύος ενός Bulk Carrier σε κυματισμούς. Η επίδραση της πρόσθετης αντίστασης

Παπαγιαννίδης, Χρυσόστομος; Papagiannidis, Chrysostomos

dc.contributor.author	Παπαγιαννίδης, Χρυσόστομος	el
dc.contributor.author	Papagiannidis, Chrysostomos	en
dc.date.accessioned	2022-09-27T08:01:24Z
dc.date.available	2022-09-27T08:01:24Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55765
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23463
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Bulk Carrier	en
dc.subject	Added resistance due to waves	en
dc.subject	Πρόσθετη Αντίσταση Κυματισμού	el
dc.subject	FRANK	en
dc.subject	SWAN 2	en
dc.subject	Εκτίμηση Ισχύος	el
dc.subject	Power assessment	en
dc.subject	SEEMP	en
dc.subject	Πλοίο μεταφοράς χύδην φορτίων	el
dc.title	Αναλυτική εκτίμηση των απαιτήσεων ισχύος ενός Bulk Carrier σε κυματισμούς. Η επίδραση της πρόσθετης αντίστασης	el
dc.title	DETAILED ASSESSMENT OF THE POWER REQUIREMENTS OF A BULK CARRIER IN WAVES. THE EFFECT OF THE ADDED RESISTANCE	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ναυτική και Θαλάσσια Υδροδυναμική	el
heal.classification	Ship and Marine Hydrodynamics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-04-12
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στην εκτίμηση της απαιτούμενης ισχύος πρόωσης ενός bulk carrier προκειμένου να συγκριθεί με την αντίστοιχη μετρούμενη πραγματική και έτσι να αξιολογηθεί η κατάσταση του εν λόγω πλοίου κατά την περίοδο που αφορούν τα δοθέντα λειτουργικά δεδομένα από τη διαχειρίστρια εταιρεία. Με αυτόν τον τρόπο δύναται, εκτός της αξιολόγησης της κατάστασης της γάστρας και της έλικας (αν συνηγορούν και τα δεδομένα), να προσδιοριστούν οι αιτίες των όποιων αποκλίσεων, που έχουν αντίκτυπο στην κατανάλωση καυσίμου, στη διακύμανση της ταχύτητας άρα και στην απόδοση του πλοίου. Έτσι, καθίσταται δυνατή η πρόταση μέτρων, που μπορούν να περιληφθούν στο SEEMP (Ship Energy Efficiency Management Plan) του υπό ανάλυση πλοίου. Μέτρων που σχετίζονται όχι μόνο με τη λειτουργία του πλοίου, αλλά και με τη διαδικασία συλλογής δεδομένων (ειδικά του σημαντικού ύψους κύματος), ίσως και με αύξηση των μετρούμενων παραμέτρων (που δε λαμβάνονταν υπ’ όψιν από την εταιρεία). Οποιαδήποτε βελτίωση του επιπέδου της αποδοτικότητας του πλοίου επιδρά στη μείωση του λειτουργικού κόστους, των καταναλώσεων, καθώς και στις εκπομπές του πλοίου. Αρχικά, υπολογίζεται ο δείκτης ΕΕΧΙ (που αναλύεται στην έκθεση), ο οποίος θα είναι υποχρεωτικός για το εν λόγω bulk carrier από 1η Ιανουαρίου 2023. Καθ’ αυτό τον τρόπο, εξετάζεται σε γενικό πλαίσιο (και όχι βάσει λειτουργικών δεδομένων, παρά περιγραφικά) το επίπεδο ενεργειακής αποδοτικότητας του υπό ανάλυση πλοίου, αλλά και προτείνονται μέτρα με τα οποία θα μειωθεί το επίπεδο εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, κατά τέτοιον τρόπο που να συμβαδίζει το πλοίο με τους νέους κανονισμούς. Μέτρα, όμως που μπορεί να σχετίζονται με εγκατάσταση καινοτόμων τεχνολογιών (πχ σύστημα ανάκτησης θερμότητας), σχεδιαστικά (πχ προσθήκη βολβού πηδαλίου), ίσως και εγκατάσταση απλών συσκευών περιορισμού ισχύος άξονα (πχ Engine Power Limitation). Στη συνέχεια, πραγματοποιείται εκτίμηση της αντίστασης ρυμούλκησης για ήρεμο νερό, χωρίς άνεμο, (απουσία ρευμάτων) για το υπό ανάλυση bulk carrier. Πιο συγκεκριμένα, προσδιορίζεται η αντίσταση κυματισμού με χρήση του προγράμματος Swan 2 (σε full scale), αναγωγή της στη συνολική με χρήση της μεθόδου Hughes, αλλά και λαμβάνοντας υπ’ όψιν την αντίσταση του αέρα και προσαύξηση λόγω παρελκομένων. Η χρήση του προγράμματος Swan 2 πραγματοποιείται ελλείψει model tests. Έτσι, κρίνεται αναγκαίος, για την εν λόγω κατάσταση (ήρεμο νερό, χωρίς άνεμο) προσδιορισμός της αντίστοιχης αντίστασης πρόωσης κυρίως για την ταχύτητα υπηρεσίας, άρα και ισχύος πρόωσης. Η εν λόγω υπολογισθείσα ισχύς συγκρίνεται με την αντίστοιχη που περιέχεται στο sea trials report, προκειμένου να διαπιστωθεί κατά πόσον η ακολουθούμενη διαδικασία είναι αξιόπιστη. Επιπλέον, πραγματοποιείται εκτίμηση της αντίστασης του ανέμου (ομοίως και για αντίσταση αέρα) με χρήση των συντελεστών από το report του Blendermann (1996), που προέκυψαν έπειτα από πραγματοποίηση πειραμάτων μοντέλων σε αεροδυναμική σήραγγα για διάφορες γεωμετρίες προβεβλημένων επιφανειών. Έπειτα, πραγματοποιείται εκτίμηση της πρόσθετης αντίστασης κυματισμού. Αυτή γίνεται με χρήση του προγράμματος FRANK. Ωστόσο, τα αποτελέσματα του εν λόγω προγράμματος συγκρίνονται με την εκτίμηση της εν λόγω συνιστώσας της αντίστασης με εμπειρικές, περιγραφικές μεθόδους. Αυτές είναι η μέθοδος Kreitner, η προτεινόμενη μέθοδος του προτύπου ISO15016 (Stawave 2), η μέθοδος των Liu- Papanikolaou, που βασίστηκε σε regression analysis. Επισημαίνεται, ότι οι προαναφερθείσες εκτιμήσεις της αντίστασης πραγματοποιούνται για μια επιλεχθείσα έμφορτη κατάσταση και για μια ερματισμένη κατάσταση. Οι εν λόγω καταστάσεις φόρτωσης αντλούνται από το Loading Manual και είναι παραπλήσιων των καταστάσεων δοκιμών. Για κάθε κατάσταση φόρτωσης καθορίζεται, βάσει των δοθέντων σχεδίων, η γεωμετρία του πλοίου, που θα αποτελέσει και είσοδο για τα χρησιμοποιούμενα προγράμματα. Τονίζεται, ακόμη, ότι προκειμένου να πραγματοποιηθεί αναγωγή της αντίστασης ρυμούλκησης σε αντίσταση πρόωσης επιλέγεται έλικα σειράς Wageningen-B, με παραπλήσια γεωμετρικά χαρακτηριστικά (ίδια διάμετρο, βήμα, λόγο εκτεταμένης επιφάνεια, αριθμό πτερυγίων) με την πραγματική, δεδομένου ότι δεν υπάρχουν διαθέσιμα αποτελέσματα από το πείραμα έλικας σε ελεύθερη ροή. Τα λειτουργικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται αποτελούν ως επί το πλείστον ενδείξεις μέτρησης οργάνων υψηλής συχνότητας, που είναι εγκατεστημένα στο πλοίο. Τα εν λόγω δεδομένα κοινοποιούνται απευθείας online στα κεντρικά γραφεία της διαχειρίστριας εταιρείας. Βάσει αυτών υπολογίζονται ορισμένοι KPIs, όποιοι είναι δυνατόν βάσει των μετρούμενων μεγεθών. Μάλιστα, παρατίθενται σε διαγραμματική μορφή, προκειμένου τα αποτελέσματα να είναι περισσότερο κατανοητά και να μπορούν ευκολότερα να αχθούν τα όποια συμπεράσματα. Τέλος, πραγματοποιείται σχολιασμός της ακρίβειας των χρησιμοποιούμενων μεθόδων, αλλά και επεξήγηση των όποιων αποκλίσεων.	el
heal.abstract	This diploma thesis aims to estimate the required propulsion power of a bulk carrier in order to compare it with the corresponding measured actual power and thus to evaluate the condition of the ship during the period covered by the given operational data from the managing company. In this way, in addition to assessing the condition of the hull and the propeller (if the data is available), the causes of any deviations, (which have an impact on fuel consumption, speed variation and therefore on the performance of the ship), can be identified. This makes it possible to propose measures that can be included in the SEEMP (Ship Energy Efficiency Management Plan) of the ship which is under analysis. Measures related not only to the operation of the ship, but also to the data collection process (especially for the significant wave height), perhaps by increasing the measured parameters (which were not taken into account by the company). Any improvement in the level of efficiency of the ship has an impact on the reduction of operating costs, consumption, as well as on the ship's emissions. Initially, the EEXI index (discussed in the report) is calculated, which will be mandatory for this bulk carrier from 1 January 2023. In this way, the level of energy efficiency of the under analysis ship is examined in a general context (rather than on the basis of operational data, rather than descriptive data) and measures are proposed to reduce the level of carbon dioxide emissions in such a way that the ship complies with the new regulations. Measures, however, may relate to the installation of innovative technologies (e.g. heat recovery system), design (e.g. addition of rudder bulbs), perhaps even the installation of simple power limitation devices (e.g. Engine Power Limitation). Consequently, an estimation of the towing resistance for calm water, without wind, (in the absence of currents) is carried out for this bulk carrier. In particular, the wave resistance is determined using the Swan 2 program (full scale), reaching the total one using the Hughes method, but also taking into account the wind resistance and increase due to appendages. Swan 2 is used in the absence of model tests. It is therefore necessary, for the situation in question (calm water, no wind), to determine the corresponding propulsion resistance, in particular for the service speed and hence the propulsion power. This calculated power shall be compared with that contained in the sea trials report in order to establish whether the procedure followed is reliable. In addition, the wind resistance (and similarly for air resistance) is estimated by using the coefficients from the Blendermann (1996) report, obtained from model experiments in an aerodynamic tunnel for various projected surface geometries. Then, an estimation of the additional wave resistance is carried out. This is done by using the FRANK program. However, the results of this program are compared with the estimation of this drag component by empirical, descriptive methods. These are the Kreitner method, the recommended method of ISO15016 (Stawave 2), the Liu- Papanikolaou’s method, which is based on regression analysis. It should be noted that the aforementioned estimates of resistance are carried out for a selected loaded condition and for a loaded condition. These loading conditions are taken from the Loading Manual and are similar to the test conditions. For each loading condition the ship geometry is determined, based on the given drawings, which will be the input for the programs used. It is also emphasised that, in order to carry out the transformation of the towing resistance to the propulsion resistance, a Wageningen-B series’ propeller with similar geometrical characteristics (same diameter, pitch, aspect ratio, number of blades) as the real one is selected, since no results are available from the free-flow propeller test. The operational data used are mostly readings from high-frequency instruments installed on board. This data is communicated directly online to the headquarters of the management company. On the basis of this data, certain KPIs are calculated, which are possible on the basis of the measured values. They are even presented in a graphical form in order to make the results more comprehensible and to come to a conclusion. Finally, the accuracy of the methods used is commented on and any discrepancies explained.	en
heal.advisorName	Γρηγορόπουλος, Γρηγόριος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδάκης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Θεμελής, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής. Εργαστήριο Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	151 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false