船舶节能设计及节能装置

学术论文周艳华 2018-11-08 10:57:33
    1 国内外现状、水平和发展趋势
    受全球航运、造船市场低迷及船舶产能过剩的影响,新船造价逐年降低,订单大幅减少,市场竞争残酷,技术水平低、能耗高、产品附加值低的产品面临市场淘汰。发展节能型运输船等高附加值产品的设计与制造能力,稳步推进散货船的技术进步成为企业持续发展的趋势。为突破散货船的研发瓶颈,引进国外先进技术,打造中国迄今为止最为节能环保的巴拿马型散货船,我厂设计院联合日本三菱重工开发设计该型8.2万载重吨散货船,消化吸收国外技术,达到国际先进性能在Tribon系统上自主设计,优化生产设计的全过程。
    2 8.2万吨散货船的主要设计参数及设计开发
    主要技术参数:
    A.船长:228.9m
    B.船宽:32.26m
    C.型深:20.1m
    D.最大吃水:14.45m
    E.设计吃水:12.20m
    F.载重吨:81600t
    G. 航速: 14.2 knots
    H. 船级社:Class NK
    I. 定员:25人
    该船是在日本三菱对82K线型设计优化的基础上,安装有由三菱重工设计的节能装置和螺旋浆,可获得截止目前世界最为先进的推进效率,船舶性能指标也领先世界同类产品。其船模水池试驗在三菱重工长崎研究所进行,这也是日本首次对中国造船企业在技术资源领域的开放合作。该船型在同样排水量及载货量的情况下,在同类8万载重吨级的船舶中,具有较大的优势,是抢占同级别散货船市场的重要原因。此次推出的中日技术合作是突破国内造船业的技术瓶颈,研究开发新技术、新工艺,打造与国际合作的节能环保船型,油耗指标足足降低了5个百分点。
    3 本船设计的关键技术
    3.1 节能性
    (1)对于现在比较受到国际社会重视的压载水处理系统,本船也前瞻性地预留了压载水处理装置的安装空间及管系接口,一旦相关规范生效可进行快速加装,减少了船东的初投资。并且为满足EA(STS,IHM,EEDI)的要求。当今社会,环保问题已经是所有行业关注的重点,所以,有的港口中,即使船舶配置了生活污水处理装置,也是不允许排放的,我们是为了保证7天以上零排放,对超出规范要求排放做了燃油舱双壳保护设计,这样降低了燃油泄露的危险,对环境也能起到积极的保护作用。
    (2)82K线型优化设计。线型的优化设计直接影响船舶的阻力、尾部水流场对推进效率的影响,首部线型的优化设计充分考虑了耐波阻力和耐波影响的研究。
    (3)新型节能创新技术——反作用鳍的研发与使用。节能装置目前市场有两大派系:欧系和日系,本船配备的是日系反作用鳍,它是一种结构简单、性能优越、经济性强的船用全铸钢件结构,外形类似螺旋桨。铸件本体由鳍毂及6片铸钢叶片组成完整的一体,其中N.O.1及N.O.6号叶片设计相同,而N.O.2~N.O.5号叶片设计相同,但每片叶片的定位设计角度完全不同,鳍毂与船体艉柱采用浇环氧的形式连接固定,大大降低了现场施工难度,为现场安装定位作业提供了便利。
    该节能装置的工作原理是:在螺旋桨作向前回转时反作用鳍产生一个与推进器回转方向相反的回转流动,施加到流入螺旋推进器的水流上,以推动船尾,从而产生一个额外的附加的一个推力。换言之,反作用鳍的安装对船舶尾部螺旋桨处的水流起到了有效的整理尾流的作用,进而增加桨和舵的效率,以此降低船舶本身的燃油消耗。
    船舶节能装置——反作用鳍的研发与应用完全基于船舶的低油耗,绿色环保的设计理念,船舶重要经济指标的完美设计为该型船的未来市场生存及竞争力提供了有力的支撑。
    反作用鳍除了拥有它所独特的设计优势外,为了确保节能效果的有效性,其建造时的表面粗糙度、外形尺寸的检查都相当重要,其安装精度要求必须特别严格。
    (4)主机、增压器匹配及EGB的应用:主机选型上选用ME型机,它能在整个负荷范围内优化油耗、减少气缸润滑油量、部分负荷与低负效率更高等优点。另选用能与主机部分负荷下最佳匹配的增压器,因此在选型上可比传统配置的增压器少一档,从而降低了成本。本船在主机选型和增压器的匹配上重点考虑了主机在部分负荷下的优化,并引进EGB技术,与可变排气阀定时相结合,当主机在100%负荷的情况下,扫气压力过高,EGB全开,使废气不通过增压器,全部旁通排至大气;在部分负荷即85%左右负荷下,扫气压力降低,EGB开始关闭,并在负荷低于70%时完全关闭,废气全部通过增压器,以增大扫气压力,使燃油能更充分地燃烧,从而降低主机部分负荷的燃油消耗率。
    (5)舱口盖:全船的货舱盖采用纯电动驱动,目前在国内是第一次使用此种类型的货舱盖。电动货舱盖操作简便,可任意操作一块货舱盖盖板,而不必要像液压货舱盖一样,要事先启动整个系统的主泵站,产生不必要的能耗。对比之前相关船舶的液压货舱盖,可降低功耗,提高能效。
    (6)转杯式锅炉的运用:本船锅炉选用了转杯式锅炉燃烧器,其相对于压力式燃烧器,具有油量调节方便、调节幅度大、雾化质量好等优点,从而降低了油耗。本船将发电机所产生的废气引至锅炉,在正常航行甚至在停港状态,可提供足够的蒸汽,从而可适当减小锅炉燃油侧的设计,既节约了成本,又降低了油耗。同时在锅炉设计时,考虑各柴油机运行时不相互影响而产生较大的废气背压,每台柴油机经由锅炉的烟道是相互独立的,这样既充分运用了发电机的排气热量,又不影响各柴油机的正常运行。
    4 节能装置-反作用鳍的布置与安装
    4.1 反作用鳍吊装前的准备工作
    (1)对到厂的反作用鳍进行细致的外观检查。
    (2)在反作用鳍鳍毂有9个调整螺钉,在其头部涂上一层薄牛油,将反作用鳍套入艉柱内,用调整螺钉初步就位。
    (3)在反作用鳍鳍毂和艉柱端面画出十字中心线,以便反作用鳍套入艉柱时,可以检查两端面十字中心线是否吻合。
    4.2 反作用鳍的吊装
    外协厂做好反作用鳍在吊装和运输途中相关的保护措施,避免和减小反作用鳍的变形。
    4.3 反作用鳍环氧浇注工艺
    (1)在环氧树脂搅拌和浇注过程中,周围不得进行打磨、电焊、气割等明火作业。
    (2)在寒冷季节浇注环氧树脂,还要做好加热保温工作。
    (3)对环氧树脂浇注的区域(部位)进行密封。
    (4)环氧树脂浇注工艺可参考艉轴管环氧树脂浇注工艺规范(A/DYS44—003—2010)。
    (5)在反作用鳍浇注环氧树脂的同时准备两块检查试样,以备硬度和浇注质量的检查,环氧树脂固化时间随环境温度而变化,一般为18h~48h,在环氧树脂固化后,在检查试样上进行硬度试验。
    (6)待环氧树脂固化交验后,用砂轮机将调节螺栓、注入管、透气管高出鳍毂表面的部分割除并打磨平整,不得直接敲掉,然后用尺寸稍大的圆钢板将透气口、注入口及螺栓口封住,并施以满焊焊牢。
    4.4 导流板的焊接及密性试验
    按照惯例对鳍前端为船体线型过渡而设计的导流板与船壳所形成的空腔进行抽真空试验,确保焊缝焊接质量完好。
    本散货船的建造为提升国际市场的竞争力,提升在国内、国际的知名度及影响力做出极大贡献。与此同时提高本市船舶行业的技术设计能力、建造和管理水平,使造船成地方支柱产业,带动地方经济发展发挥了重大作用。
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