Gate Rudder im Test

Gate Rudder bietet Kraftstoffeinsparungen

Die Betriebsdaten für das weltweit erste Schiff, das mit einem Gate Rudder ausgestattet wurde, zeigen Kraftstoffeinsparungen von bis zu 30 Prozent im Vergleich zu einem Schwesterschiff ohne diese Ruder-Neuentwicklung, was deutlich über den 14 Prozent Einsparungen bei den Probefahrten liegt.

Auf dem Containerschiff SHIGENOBU, das 2018 in Dienst gestellt wurde, wurde das weltweit erste Gate Rudder System installiert. Die Betriebsdaten aus den ersten neun Betriebsmonaten des Schiffes zeigen, dass dieses kürzlich patentierte System im Vergleich zu den Betriebsdaten eines identischen Containerschiffes SAKURA, das mit einem konventionellen Ruder ausgestattet ist, bis zu 30 Prozent Energie einsparen kann. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die innovative Gate Ruderanordnung ein erhebliches Potenzial hat, die herkömmlichen Propeller-Ruder-Systeme zu ersetzen, um eine deutliche Änderung der EEDI-Konformität zu erreichen.

Sadatomo Kuribayashi, Vorsitzender der Kuribayashi Steam Co. sagte zu den Ergebnissen: “Dies ist ein Ruder für das Propellerzeitalter”. Kuribayashi entwickelte zusammen mit Noriyuki Sasaki, einem Gastprofessor an der Universität Strathclyde (und früher Senior Research Director des NMRI Japan), die ursprüngliche Idee für das Gate Rudder. Sasaki und NMRI sind auch Patentinhaber dieser Innovation.

Wie funktioniert das Gate Rudder?

Kraftstoffeinsparung durch Gate Rudder.
Kraftstoffeinsparung durch Gate Rudder.

Das Ruderblatt ist eine der Hauptwiderstandsquellen, die zum Gesamtwiderstand des Schiffes beiträgt, während innovative Konstruktionen mit überlegener Manövrierfähigkeit wie Klappen oder Fischheckflügel die Energieeffizienz aufgrund ihres zusätzlichen Widerstands verringern können. Das Gate Rudder System ersetzt bestehende Rudersysteme durch ein völlig neues Propellersystem, das zusätzlichen Schub statt zusätzlichen Widerstand erzeugt. Dies ist ein neuer Typ von Kanalpropeller, der sich von geschlossenen Tunnelpropellersystemen oder vorderen Tunnelpropellersystemen wie dem Mewis Duct oder dem früheren Sumitomo Integrated Lammeren Duct (SILD) unterscheidet.

“Das Gate Rudder System kann als offener Tunnelpropeller kategorisiert werden, der sich von anderen Tunnelpropeller-Systemen völlig unterscheidet”, sagte Sasaki. “Es ist ein riesiger Tunnelpropeller und ein riesiges Heckstrahlruder.”

Der erste Modelltest des Gate Rudder Systems wurde von Sasaki im Jahr 2013 im 400 m langen Schleppbehälter von NMRI Japan durchgeführt.

Das Konzept des Gate Rudder Systems ist denkbar einfach: Es ersetzt einfach ein herkömmliches Ruder durch ein Ruderblatt, das auf jeder Seite des Propellers montiert ist. In manchen Beschreibungen wird auch der Begriff „Doppelruder“ verwendet.

Die Ergebnisse sprechen für sich: Die SHIGENOBU verzeichnete im Vergleich zur SAKURA eine Energieeinsparung von 14% (während der Probefahrt) und 33% (im laufenden Betrieb).

Geringerer Propellerschub

Sasaki erklärt, wie das Gate Rudder einen solchen Einfluss auf die Leistung hat. “Der Propeller des Gate Rudder Systems benötigt einen viel kleineren Propellerschub als herkömmliche Rudersysteme, da das Ruder von einer Widerstandsvorrichtung auf eine schuberzeugende Vorrichtung umgestellt wird. Dadurch wird auch die Wechselwirkungskraft des Rumpfes reduziert, die als Schubabzugsfaktor bekannt ist.”

Ein zweiter Faktor ist ebenfalls im Spiel. “Das Gate Rudder funktioniert vergleichbar wie die Segel eines Segelschiffes im Wasser. Der Propeller erhöht diese Segelleistung durch die so genannte USB-Technologie (Upper Surface Blowing) wie ein Flugzeugflügel, während das konventionelle Ruder in der abgelenkten Strömung eines Propeller-Windschattens arbeitet, was die Segelleistung beeinträchtigt”, sagte Sasaki. “Wir können den gleichen Effekt des Gate Rudders für eine Rollbewegung erwarten.”

Auf die Frage, warum niemand diese einfache Idee zuvor bemerkt habe, antwortete Sasaki, dass herkömmliche Modellierungstechniken für unkonventionelle Propeller-Ruder-Konfigurationen ungeeignet seien.

Sasaki fügte hinzu: “Es ist nicht einfach zu sagen, aber es bezieht sich stark auf die Modelltesttechnologie und das Analyseverfahren. Das Gate Rudder lag außerhalb des Umfangs der bestehenden Modellprüftechnik. So ist beispielsweise der Widerstand des im Schleppbehälter gemessenen Gate Rudders recht hoch und 5-10 mal so hoch wie im Vollausschlag (Skaleneffekt). Das führt zu einer falschen Schlussfolgerung für das Ergebnis des Modelltests.”

Inbetriebnahme

Tatsächlich wurde die Entscheidung für die Entwicklung des „Torruders“ getroffen, obwohl die Testergebnisse der bestehenden Modellprüfmethoden nicht unterstützend waren. Nobuhiro Asaumi, der Vorsitzende der Yamanka Shipbuilding Co. beschloss, das weltweit erste „Torruder“ auf einem Containerschiff, SHIGENOBU, zu installieren, und fragte Hiroshi Itazawa, den Präsidenten von Kamome Propeller Co. Ltd. zur Herstellung von „Torruder“ und Propeller.

Itazawa beauftragte Tokyo Keiki Inc. mit der Entwicklung eines neuen Autopilotsystems, das an das „Torruder“ angepasst ist. Das Schiff wurde im Dezember 2017 ausgeliefert.

Die SAKURA ist eines der besten Containerschiffe, das von der Yamanaka-Werft entwickelt wurde, die die Rumpfform nicht nur auf der Grundlage zahlreicher Modellversuche, sondern auch auf der Grundlage der neuesten CFD-Technologie entwickelt hat. Der SHIGENOBU wurde ein Jahr später als SAKURA mit der gleichen Rumpfform und dem gleichen Motor gebaut, einem Hanshin Diesel Reihen-6-Zylinder-Langsamläufer-Viertaktmotor LH46LA mit 3.309 kW bei 220/min. Der Unterschied zwischen den beiden Schiffen besteht nur im Rudersystem, einschließlich des Propellers.

Betriebserfahrung

Nach ihrer Inbetriebnahme im Januar 2018 verkehrte die SHIGENOBU hauptsächlich auf der gleichen Strecke Tokio-Tomakomai entlang der Nordostküste Japans als das nahezu identische Schwesterschiff SAKURA. Dies ermöglicht die Analyse der Leistung des Gate Rudders basierend auf Vergleichen zwischen den Leistungen der beiden Schiffe unter identischen Bedingungen. Dies unterscheidet sich deutlich von den meisten anderen Fällen.

Die Ergebnisse zeigten einen Unterschied von fast 30%, weit über den Ergebnissen, die bei den Probefahrten festgestellt wurde. Dies spiegelt die überlegene Leistung des „Doppelruders“ bei schwerem Wetter wider, insbesondere bei Bedingungen auf hoher See. Die Energieeinsparung unterscheidet sich deutlich von der SAKURA.

Takanori Imoto, der Präsident von Imoto Lines Ltd. sagte: “Ich habe vom Kapitän einige sehr interessante Vorteile von SHIGENOBU gehört. SHIGENOBU ist sehr robust bei Wind und Wellen, so dass das Schiff auch dann bei stürmischen Wetter in d en Hafen einfahren und anlegen kann, wenn der Wind mit über 20 m/sec weht, während andere Schiffe auf ruhigere Bedingungen warten müssen.” SHIGENOBU hatte auch geringere Vibrationen und Geräusche im Vergleich zu SAKURA so dass keine Probleme mit Navigationslichtern wie auf anderen Schiffen beobachtet wurden. Extrem stabiles Stoppen und Achterfahren wird auch mit dem Torrudersystem auf SHIGENOBU festgestellt.”

Konstruktionsvorteile

Die Ergebnisse deuten auch auf eine Verbesserung der Manövrierfähigkeit hin, wobei die SHIGENOBU einen besseren Kurs bei niedrigeren Geschwindigkeiten und höheren Drehgeschwindigkeiten meldet.

Ein besonderer Vorteil des Torrudersystems besteht darin, dass es die Anforderung an ein Heckstrahlruder überflüssig macht. Kuribayashi fügte hinzu: “Der Crabbing-Modus des Torrudersystems kann das Heckstrahlruder durch dieses einfache System ersetzen. Dies bringt uns nicht nur Kosteneinsparungen, sondern auch eine größere Designfähigkeit”. Das System ist sehr gut für Küstenschiffe, die häufig anlegen müssen.

Die Hauptvorteile des erhöhten Schubs des Gate Rudders bietet jedoch die Möglichkeit, die Leistung des Hauptmotors zu reduzieren, ohne die Betriebsleistung zu beeinträchtigen. Dies würde auch den Einsatz leichterer Gelenkwellensysteme ermöglichen.

Auftragseingang

Drei neue japanische Projekte zur Installation von Gate Ruder-Systemen für Neubauprojekte haben kürzlich begonnen. Die Projekte betreffen ein großes Containerschiff und zwei kleine Küstenschiffe. Damit werden im nächsten Jahr weitere drei Schiffe mit Gate Rudder® Systemen in Dienst gestellt. Neben diesen Projekten prüfen einige Kunden in Europa auch die Machbarkeit der Installation von dieser bahnbrechenden Entwicklung, sagte Sasaki.

Die wichtigsten Daten der SHIGENOBU:
Länge über alles 101,90m
Breite 17,80m
Tiefe 8.50m
Geschwindigkeit (maximal) 16,20 Knoten
Deadweight 3.850t
Hauptmotorleistung 3.309kW
Klasse ClassNK