Faktorer der påvirker thrusterens ydeevne

Når vi taler med kunderne om thrusterstørrelsen, bliver vi ofte bedt om at tilbyde thrustere i henhold til den elektriske eller hydrauliske motoreffekt (kW). Men der er en grund til at thrustere kaldes thrustere. Det, der bevæger båden sidelæns, er en trykkraft målt i kilogram-kraft (kgf) og ikke motoreffektten målt i watt. 

Motoren er kun én af thrusterens komponenter, som påvirker systemets ydeevne betydeligt. Fire hovedfaktorer omdanner motoreffekten til trykkraft ved en bestemt tunneldiameter:

• Motor- og systemydeevne
• Gearbensdesign
• Propellens ydeevne
• Hydrodynamisk effektivitet af tunnelinstallationen

Motor- og systemydeevne

Hydrauliske motorer

I modsætning til elektriske thrustere er hydrauliske thrustersystemer mere komplekse med henblik på effektiviteten. Det afhænger i sidste ende af alle de enkelte komponenter i hele det hydrauliske system, og hvordan disse arbejder sammen. 

Nogle tandhjulsmotorer i støbejern med lav volumetrisk effektivitet (75-80 procent) har eksempelvis en betydeligt højere nominel effekt end en meget mere effektiv stempelmotor med bøjet akse (92-97 procent) ved samme kraftniveau. Strømforbruget påvirkes også af systemets design og andre komponenter såsom hydraulikpumper, ventiler og rør. Selv designet af oliekøling og filtrering kan påvirke den samlede ydeevne. I et traditionelt hydrauliksystem med lav effektivitet er det kun 25-50 procent af energien, som pumpen får fra kilden, der rent faktisk generer trykkraft. Effektiv brug af energien i båden har altid høj prioritet. Og derfor er det vigtigt at vælge de bedst mulige komponenter og den bedste systemteknik for at opnå et minimalt systemtab. Et godt designet hydrauliksystem bør typisk levere 70-75 procent af energien, som pumpen får fra kilden, til thrusterens propeller.  

Vekselstrømsmotorer

Vekselstrømsmotorer bruges med thrustere fra ca. 240 kgf og derover. Vekselstrømsløsninger med forskellig spænding og i kombination med en variabel frekvensomformer er en meget effektiv måde at forsyne en thruster med strøm. 

Strømmen leveres af generatoren til den variable frekvensomformer og fra den variable frekvensomformer til thrusterens motor. I en sådan konfiguration er den samlede effektivitet på omkring 85-90 procent. De fleste vekselstrømspropeller fås med proportionel hastighedskontrol. Den variable frekvensomformer styrer rampingtiden, omdrejningshastigheden og det maksimale strømforbrug i henhold til inputtet fra thrusterens joystick. På den måde kontrolleres spidsbelastningerne meget bedre og overbelaster ikke generatoren, hvorimod tænd/sluk-vekselstrømsløsninger kan generere en 7x højere opstartsstrøm end den nominelle strøm. 

Til sammenligning bruger thrustere fra Sleipner op til 700 kgf trykkraft kompakte aluminiummotorer med optimerede viklinger og et højt output for at opnå en lav vægt og reducerede dimensioner. En ekstra funktion er en temperatursensor, der er installeret i motorviklingerne. Med kold feedback kan thrusteren optimere for at opnå den bedste ydeevne med lavere vægt og reducerede dimensioner. 

Dermed kan thrustere fra Sleipner opnå en vægtreduktion på op til 45 procent sammenlignet med en traditionel vekselstrømsmotor i støbejern. Alle vekselstrømspropeller fra Side-Power kan anvendes uafbrudt enten med fuld ydeevne version "C" eller begrænset ydeevne, når motorens temperatur når en specifik grænse version "I".  

Jævnstrømsmotorer 

Jævnstrømsmotorer bruges til thrustere på mellem 20 og 300 kgf. Strømmen, der leveres til thrusterens propeller, afhænger af systemets spændingsniveau. Komponenter af høj kvalitet såsom korrekt dimensionerede strømkabler, hovedafbrydere, sikringer og sikringsholdere forårsager et minimalt spændingstab mellem batteriet og elmotoren. Alligevel skal man gå ud fra et uundgåeligt tab. En egnet konfiguration med 12 volt (24 volt) med strømforsyning fra batterier med en høj CCA-klassificering i god tilstand bør give minimum 10,5 volt eller 21 volt i et 24 volt-system i en thrustermotor. Og derfor beregner seriøse producenter trykkraften til 10,5 volt (21 volt), baserende på den faktiske ydeevne i båden, i stedet for teoretiske værdier ved nominel batterispænding. Det er vigtigt at være klar over, hvordan thrusterens ydelsesdata måles, så systemet ikke ender med at bliver underforsynet på grund af beregning ud fra urealistiske tal.

Førende producenter bruger skræddersyede motorer med materialer og komponenter af høj kvalitet for at sikre en uovertruffen ledningsevne og mekanisk ydeevne, hvilket kan resulterer i maksimal effektivitet med børstet jævnstrømsteknologi. 

Gearbensdesign

Kvaliteten af gearbenets konstruktion, dets hydrodynamiske egenskaber, og den plads, det kræver i tunnelen, påvirker også thrusterens ydeevne. Brug af hærdede spiralskårne tandhjul er én løsning til minimering af fodaftrykket og opnå et kompakt gearbensdesign. Designet skal være hydrodynamisk optimeret og kræve minimal plads i tunnelen for dermed at opnå en bedre og mere jævn vandgennemstrømning. Et kompakt, strømlinet gearben minimerer vandmodstanden og reducerer kavitation, hvilket også påvirker støjniveauet. En mere effektiv vandgennemstrømning og mindre kavitation medfører en større trykkraft fra hver kW indgangseffekt.

Propellens ydeevne

Der findes forskellige propeldesign på markedet. Et eksempel på hvordan designet kan påvirke ydeevnen er Sleipner's Q-prop.

Tidligere brugte Sleipner en firebladet propel, der var meget effektiv. Da købernes fokus på støjniveauet voksede, begyndte vores ingeniører at teste et bredt udvalg af nye design, der havde til formål at bevare den høje effektivitet og samtidigt sænke støjniveauet. To år og tusindvis af tests senere var resultatet en fembladet propel med et unikt skråt design. 

Q-prop er designet til at reducere støjniveauet, samtidig med at den exceptionelle effektivitet af den firebladede propel bevares. 

• Q-prop reducerer støjniveauet med op til 75 % målt i kontrollerede miljøer
• Q-prop giver i gennemsnit en støjreduktion på op til 40 procent på udførte installationer

Q-prop designet har vist sig at være så effektivt, at trykkraftniveauet endda steg (med omkring fem procent) på nogle thrustermodeller

Hydrodynamisk effektivitet af tunnelinstallationen

Som bådebygger eller installatør er viden om optimal tunnelinstallation af afgørende betydning for at opnå et højtydende thrustersystem. 

Tunnelinstallationen har en betydelig indflydelse på den samlede effektivitet af thrusteren og på støjniveauet. En utilstrækkelig tunnelinstallation reducerer den reelle trykkraft betydeligt og forårsager megen kavitation i tunnelen, hvilket fører til et meget højere støjniveau. 

Selvom dette er beskrevet i detaljer i installationsvejledningen, har vi udviklet en designvejledning til tunnelinstallationer, der giver professionelle installatører et godt teoretisk grundlag, omkring hvordan tunneler skal bygges for at opnå maksimal ydeevne af thrusteren og for at minimere støjniveauet. Oplysninger om tunnelens placering, tunnellængden og tunnelåbningerne er en vigtig del af installationen, for at opnå den mest effektive trykkraft ud fra den tilgængelige motoreffekt.

Konklusion

Som du lært i denne artikel, kan det være direkte misvisende at bruge den teoretiske motorklassificering til at beslutte, hvilken thrustermodel, der er den bedste til en bestemt båd. Der er betydelige forskelle mellem forskellige producenters måder at omdanne indgangseffekten til reel trykkraft. 

Når man sammenligner andre detaljer udover motorklassificeringen for forskellige thrustere på markedet, vil man se, at der ofte kan spares plads og omkostninger ved at bruge mindre men lige så højtydende thruster, når der vælges modeller med høj effektivitet.