姜 彭，張 超，劉維娜，馬 坤

(1.濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261000；2.大連理工大學 船舶工程學院，遼寧 大連 116024)

0 引言

越南漁船眾多，但船東對建造漁船的適航性和經(jīng)濟性缺乏了解[1]，往往是根據(jù)自己的意愿和經(jīng)驗來建造。新船船體由木板經(jīng)過切削、烤彎、鉚接、敲釘?shù)裙に嚻囱b，主機和螺旋漿的選配依靠當?shù)貪O民經(jīng)驗。由于造船工藝落后，技術水平低，故所建造的漁船存在較大的安全性、可靠性和經(jīng)濟性的問題[2]。據(jù)相關部門統(tǒng)計，海上漁業(yè)生產(chǎn)已屬高危行業(yè)[3]。為減少海上事故發(fā)生，降低燃料消耗和污染物排放，整個越南市場迫切需要匹配合理的機槳動力總成。本文通過對越南堅江調研得到的22 m拖網(wǎng)漁船進行NAPA建模、靜水力計算、航速阻力計算、螺旋槳優(yōu)化、主機匹配和自航預報研究，匹配出一套新的動力總成，打破了當?shù)貪O民靠經(jīng)驗匹配主機和螺旋槳的局面，對提高當?shù)貪O業(yè)安全和經(jīng)濟性具有重要意義。

1 越南22 m漁船基本情況

堅江省是越南南部重要的木質漁船制造基地，所建漁船長從十幾米到二十幾米不等。本文選取的是調研得到的22 m船型，其具體參數(shù)見表1。

2 NAPA航速與阻力預報

2.1 NAPA模型建立及靜水力計算

本文根據(jù)越南22 m漁船型線圖建立模型，所建模型如圖1所示。

表1 22 m漁船參數(shù)表

圖1 越南22 m漁船模型

根據(jù)所建模型進行靜水力計算，所得計算結果見表2。

2.2 阻力計算

經(jīng)調研，堅江漁船主要在馬來西亞海域作業(yè)，自由航行航速為10 kn，拖網(wǎng)航行航速為2.5 kn。本文按照艏艉吃水均為2.17 m，箱型龍骨作為附體進行阻力計算。設定艏部風阻系數(shù)為0.75，測量水線以上受風面積為35 m3，風速為5.144 m/s，空氣密度為1.27 kg/m3，附體阻力因子為1.5，量得附體濕表面積為15 m2。NAPA選用HL84方法進行計算，結果與NAVCAD選用的Holtrop方法和Starccm+計算流體力學計算結果進行對比，驗證了NAPA計算阻力的準確度。所計算的船體有效功率見表3，船體有效功率曲線如圖2所示。

表2 越南22 m漁船靜水力數(shù)據(jù)

表3 船體有效功率數(shù)據(jù)

2.3 槳的匹配

由于越南漁船普遍不用導管槳，故本文槳型選擇B型槳。根據(jù)調研結果顯示：堅江漁船自由航行只占行程很小的比例，絕大多數(shù)時間為拖網(wǎng)工況，待魚艙裝滿就將魚貨駁到收魚船，然后繼續(xù)拖網(wǎng)。故本文以拖網(wǎng)工況來優(yōu)化螺旋槳，輸入螺旋槳直徑為1.7 m，槳葉數(shù)為4，拖網(wǎng)航速為2.5 kn。

具體優(yōu)化結果見表4。

圖2 船體有效功率數(shù)據(jù)圖

表4 螺旋槳優(yōu)化結果

2.4 主機選型

若選用此優(yōu)化槳，根據(jù)計算結果，該船以2.5 kn航速自由航行時需要主機功率為3.164 kW，螺旋槳轉速為78.44 r/min，槳敞水效率為0.544，船身效率為1.057，相對旋轉效率為1.018，總效率為0.573，推力減額分數(shù)為0.22，伴流分數(shù)為0.262。若該船以10 kn設計航速航行時需要螺旋槳轉速為344.88 r/min，主機功率為275.66 kW，槳敞水效率為0.525，船身效率為1.05，相對旋轉效率為1.007，總效率為0.544，推力減額分數(shù)為0.22，伴流分數(shù)為0.257。以2.5 kn航速拖網(wǎng)航行時產(chǎn)生36 kN拖力，主機功率為259.47 kW，螺旋槳轉速為297.97 r/min。

考慮到10%的海況余量，即最大持續(xù)功率工況點的功率為303.22 kW。根據(jù)調研情況，當?shù)剡x用的高速機轉速約為1 500 r/min，故設定齒輪箱減速比為4.3。22 m漁船主機選型以常用功率工況點(275.66 kW、1 483 r/min)和最大持續(xù)功率工況點(303.22 kW、1 529 r/min)要落在選型區(qū)域作為評判標準[4-5]。據(jù)此，對濰柴船用發(fā)動機各系列產(chǎn)品進行篩查，只有A4和A6這兩機型符合要求。因此，本文選擇A6柴油機作為主機，其額定功率367 kW，額定轉速1 800 r/min。

2.5 自航預報

根據(jù)所選的A6型號柴油機和所優(yōu)化的B型槳，考慮10%的海況余量，可以預測22 m漁船在主機常用功率下能達到10.306 kn航速，此時螺旋槳轉速為362.4 r/min。具體自航預報見圖3。

圖3 自航預報圖

2.6 油耗分析

油耗是漁民關注的焦點。本套動力總成耗油量預測如下：在設計航速10 kn航行時，主機轉速為1 483 r/min，螺旋槳轉速為344.88 r/min，減速比為4.3，查燃油消耗率曲線得到此時燃油消耗率為198.6 g/kWh。因每噸燃油大約1 190 L，故此航速每小時消耗燃油為65.07 L。同理在拖網(wǎng)時，主機功率為259.47 kW，主機轉速為1 281.27 r/min，燃油消耗率為206.13 g/kWh，故每小時燃油消耗為63.57 L。具體濰柴A6型號主機燃油消耗率曲線如圖4所示。

3 結果

通過NAPA對越南22 m漁船航速阻力計算和主機槳的匹配，最終計算出船身有效功率，匹配了濰柴A6型號主機，選擇了減速比為4.3的齒輪箱并優(yōu)化選擇了直徑為1.7 m、螺距比為0.621、槳葉數(shù)為4、盤面比為0.571的B型槳，整套動力總成方案可以打包出售，打破了越南市場機槳匹配完全憑主觀經(jīng)驗的局面，對實現(xiàn)“安全、環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟”的漁業(yè)健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

圖4 A6主機燃油消耗率曲線

4 結語

通過開展此次越南堅江漁船市場調研，初步掌握了越南漁船建造、匹配和運營的基本情況。鑒于此次調研沒有完全得到相關有效信息，如22 m漁船所配主機機型、功率轉速、油耗情況和其所配螺旋槳的基本參數(shù)，故暫時還不能和該船實際運營油耗作對比。

此外，本次調研也沒有得到該船實際出港載況、拖網(wǎng)載況等相關信息，故本文依據(jù)該船正浮并達到設計吃水2.17 m進行有效功率計算和拖網(wǎng)工況下螺旋槳優(yōu)化選配，而實際情況是在拖網(wǎng)工況下，船舶吃水要比2.17 m小，故按照實際載況進行計算所得的油耗要比本文按設計吃水計算所得油耗值要低。因此，待得到其自由航行和拖網(wǎng)的浮態(tài)信息，該船機槳匹配可以進一步優(yōu)化。