船舶節(jié)能設(shè)計(jì)及節(jié)能裝置

周艷華

摘 要：本文從貨物海上運(yùn)輸、船舶排放和節(jié)能等方面，簡(jiǎn)述在船舶設(shè)計(jì)及建造中為減少污染、保護(hù)環(huán)境而進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高船舶市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力等方面所做的改進(jìn)措施及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作。

關(guān)健詞：節(jié)能；環(huán)保；海上運(yùn)輸

中圖分類號(hào)：U662 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)

受全球航運(yùn)、造船市場(chǎng)低迷及船舶產(chǎn)能過剩的影響，新船造價(jià)逐年降低，訂單大幅減少，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)殘酷，技術(shù)水平低、能耗高、產(chǎn)品附加值低的產(chǎn)品面臨市場(chǎng)淘汰。發(fā)展節(jié)能型運(yùn)輸船等高附加值產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造能力，穩(wěn)步推進(jìn)散貨船的技術(shù)進(jìn)步成為企業(yè)持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。為突破散貨船的研發(fā)瓶頸，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，打造中國(guó)迄今為止最為節(jié)能環(huán)保的巴拿馬型散貨船，我廠設(shè)計(jì)院聯(lián)合日本三菱重工開發(fā)設(shè)計(jì)該型8.2萬(wàn)載重噸散貨船，消化吸收國(guó)外技術(shù)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)性能在Tribon系統(tǒng)上自主設(shè)計(jì)，優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)的全過程。

2 8.2萬(wàn)噸散貨船的主要設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)開發(fā)

主要技術(shù)參數(shù)：

A.船長(zhǎng)：228.9m

B.船寬：32.26m

C.型深：20.1m

D.最大吃水：14.45m

E.設(shè)計(jì)吃水：12.20m

F.載重噸：81600t

G. 航速： 14.2 knots

H. 船級(jí)社：Class NK

I. 定員：25人

該船是在日本三菱對(duì)82K線型設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，安裝有由三菱重工設(shè)計(jì)的節(jié)能裝置和螺旋漿，可獲得截止目前世界最為先進(jìn)的推進(jìn)效率，船舶性能指標(biāo)也領(lǐng)先世界同類產(chǎn)品。其船模水池試驗(yàn)在三菱重工長(zhǎng)崎研究所進(jìn)行，這也是日本首次對(duì)中國(guó)造船企業(yè)在技術(shù)資源領(lǐng)域的開放合作。該船型在同樣排水量及載貨量的情況下，在同類8萬(wàn)載重噸級(jí)的船舶中，具有較大的優(yōu)勢(shì)，是搶占同級(jí)別散貨船市場(chǎng)的重要原因。此次推出的中日技術(shù)合作是突破國(guó)內(nèi)造船業(yè)的技術(shù)瓶頸，研究開發(fā)新技術(shù)、新工藝，打造與國(guó)際合作的節(jié)能環(huán)保船型，油耗指標(biāo)足足降低了5個(gè)百分點(diǎn)。

3 本船設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 節(jié)能性

（1）對(duì)于現(xiàn)在比較受到國(guó)際社會(huì)重視的壓載水處理系統(tǒng)，本船也前瞻性地預(yù)留了壓載水處理裝置的安裝空間及管系接口，一旦相關(guān)規(guī)范生效可進(jìn)行快速加裝，減少了船東的初投資。并且為滿足EA（STS，IHM，EEDI）的要求。當(dāng)今社會(huì)，環(huán)保問題已經(jīng)是所有行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，所以，有的港口中，即使船舶配置了生活污水處理裝置，也是不允許排放的，我們是為了保證7天以上零排放，對(duì)超出規(guī)范要求排放做了燃油艙雙殼保護(hù)設(shè)計(jì)，這樣降低了燃油泄露的危險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境也能起到積極的保護(hù)作用。

（2）82K線型優(yōu)化設(shè)計(jì)。線型的優(yōu)化設(shè)計(jì)直接影響船舶的阻力、尾部水流場(chǎng)對(duì)推進(jìn)效率的影響，首部線型的優(yōu)化設(shè)計(jì)充分考慮了耐波阻力和耐波影響的研究。

（3）新型節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)——反作用鰭的研發(fā)與使用。節(jié)能裝置目前市場(chǎng)有兩大派系：歐系和日系，本船配備的是日系反作用鰭，它是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的船用全鑄鋼件結(jié)構(gòu)，外形類似螺旋槳。鑄件本體由鰭轂及6片鑄鋼葉片組成完整的一體，其中N.O.1及N.O.6號(hào)葉片設(shè)計(jì)相同，而N.O.2～N.O.5號(hào)葉片設(shè)計(jì)相同，但每片葉片的定位設(shè)計(jì)角度完全不同，鰭轂與船體艉柱采用澆環(huán)氧的形式連接固定，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)施工難度，為現(xiàn)場(chǎng)安裝定位作業(yè)提供了便利。

該節(jié)能裝置的工作原理是：在螺旋槳作向前回轉(zhuǎn)時(shí)反作用鰭產(chǎn)生一個(gè)與推進(jìn)器回轉(zhuǎn)方向相反的回轉(zhuǎn)流動(dòng)，施加到流入螺旋推進(jìn)器的水流上，以推動(dòng)船尾，從而產(chǎn)生一個(gè)額外的附加的一個(gè)推力。換言之，反作用鰭的安裝對(duì)船舶尾部螺旋槳處的水流起到了有效的整理尾流的作用，進(jìn)而增加槳和舵的效率，以此降低船舶本身的燃油消耗。

船舶節(jié)能裝置——反作用鰭的研發(fā)與應(yīng)用完全基于船舶的低油耗，綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，船舶重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完美設(shè)計(jì)為該型船的未來(lái)市場(chǎng)生存及競(jìng)爭(zhēng)力提供了有力的支撐。

反作用鰭除了擁有它所獨(dú)特的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)外，為了確保節(jié)能效果的有效性，其建造時(shí)的表面粗糙度、外形尺寸的檢查都相當(dāng)重要，其安裝精度要求必須特別嚴(yán)格。

（4）主機(jī)、增壓器匹配及EGB的應(yīng)用：主機(jī)選型上選用ME型機(jī)，它能在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)優(yōu)化油耗、減少氣缸潤(rùn)滑油量、部分負(fù)荷與低負(fù)效率更高等優(yōu)點(diǎn)。另選用能與主機(jī)部分負(fù)荷下最佳匹配的增壓器，因此在選型上可比傳統(tǒng)配置的增壓器少一檔，從而降低了成本。本船在主機(jī)選型和增壓器的匹配上重點(diǎn)考慮了主機(jī)在部分負(fù)荷下的優(yōu)化，并引進(jìn)EGB技術(shù)，與可變排氣閥定時(shí)相結(jié)合，當(dāng)主機(jī)在100%負(fù)荷的情況下，掃氣壓力過高，EGB全開，使廢氣不通過增壓器，全部旁通排至大氣；在部分負(fù)荷即85%左右負(fù)荷下，掃氣壓力降低，EGB開始關(guān)閉，并在負(fù)荷低于70%時(shí)完全關(guān)閉，廢氣全部通過增壓器，以增大掃氣壓力，使燃油能更充分地燃燒，從而降低主機(jī)部分負(fù)荷的燃油消耗率。

（5）艙口蓋：全船的貨艙蓋采用純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，目前在國(guó)內(nèi)是第一次使用此種類型的貨艙蓋。電動(dòng)貨艙蓋操作簡(jiǎn)便，可任意操作一塊貨艙蓋蓋板，而不必要像液壓貨艙蓋一樣，要事先啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的主泵站，產(chǎn)生不必要的能耗。對(duì)比之前相關(guān)船舶的液壓貨艙蓋，可降低功耗，提高能效。

（6）轉(zhuǎn)杯式鍋爐的運(yùn)用：本船鍋爐選用了轉(zhuǎn)杯式鍋爐燃燒器，其相對(duì)于壓力式燃燒器，具有油量調(diào)節(jié)方便、調(diào)節(jié)幅度大、霧化質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，從而降低了油耗。本船將發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的廢氣引至鍋爐，在正常航行甚至在停港狀態(tài)，可提供足夠的蒸汽，從而可適當(dāng)減小鍋爐燃油側(cè)的設(shè)計(jì)，既節(jié)約了成本，又降低了油耗。同時(shí)在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，考慮各柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)不相互影響而產(chǎn)生較大的廢氣背壓，每臺(tái)柴油機(jī)經(jīng)由鍋爐的煙道是相互獨(dú)立的，這樣既充分運(yùn)用了發(fā)電機(jī)的排氣熱量，又不影響各柴油機(jī)的正常運(yùn)行。

4 節(jié)能裝置-反作用鰭的布置與安裝

4.1 反作用鰭吊裝前的準(zhǔn)備工作

（1）對(duì)到廠的反作用鰭進(jìn)行細(xì)致的外觀檢查。

（2）在反作用鰭鰭轂有9個(gè)調(diào)整螺釘，在其頭部涂上一層薄牛油，將反作用鰭套入艉柱內(nèi)，用調(diào)整螺釘初步就位。

（3）在反作用鰭鰭轂和艉柱端面畫出十字中心線，以便反作用鰭套入艉柱時(shí)，可以檢查兩端面十字中心線是否吻合。

4.2 反作用鰭的吊裝

外協(xié)廠做好反作用鰭在吊裝和運(yùn)輸途中相關(guān)的保護(hù)措施，避免和減小反作用鰭的變形。

4.3 反作用鰭環(huán)氧澆注工藝

（1）在環(huán)氧樹脂攪拌和澆注過程中，周圍不得進(jìn)行打磨、電焊、氣割等明火作業(yè)。

（2）在寒冷季節(jié)澆注環(huán)氧樹脂，還要做好加熱保溫工作。

（3）對(duì)環(huán)氧樹脂澆注的區(qū)域（部位）進(jìn)行密封。

（4）環(huán)氧樹脂澆注工藝可參考艉軸管環(huán)氧樹脂澆注工藝規(guī)范（A/DYS44—003—2010）。

（5）在反作用鰭澆注環(huán)氧樹脂的同時(shí)準(zhǔn)備兩塊檢查試樣，以備硬度和澆注質(zhì)量的檢查，環(huán)氧樹脂固化時(shí)間隨環(huán)境溫度而變化，一般為18h～48h，在環(huán)氧樹脂固化后，在檢查試樣上進(jìn)行硬度試驗(yàn)。

（6）待環(huán)氧樹脂固化交驗(yàn)后，用砂輪機(jī)將調(diào)節(jié)螺栓、注入管、透氣管高出鰭轂表面的部分割除并打磨平整，不得直接敲掉，然后用尺寸稍大的圓鋼板將透氣口、注入口及螺栓口封住，并施以滿焊焊牢。

4.4 導(dǎo)流板的焊接及密性試驗(yàn)

按照慣例對(duì)鰭前端為船體線型過渡而設(shè)計(jì)的導(dǎo)流板與船殼所形成的空腔進(jìn)行抽真空試驗(yàn)，確保焊縫焊接質(zhì)量完好。

本散貨船的建造為提升國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，提升在國(guó)內(nèi)、國(guó)際的知名度及影響力做出極大貢獻(xiàn)。與此同時(shí)提高本市船舶行業(yè)的技術(shù)設(shè)計(jì)能力、建造和管理水平，使造船成地方支柱產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重大作用。

參考文獻(xiàn)

[1]陸懿東，林維淵.提倡節(jié)能設(shè)計(jì)理念 不斷優(yōu)化輪機(jī)設(shè)計(jì)[J].船舶設(shè)計(jì)通信，2009（3）：65-69.

[2]DNV Fuel Saving Guideline-For Bulk Carriers/Tankers/Containers. DNV. 2011.