大遠號油船更換主機的改進設計

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(1.渤海船舶職業學院，遼寧 葫蘆島 125005;2.渤船重工船舶設計研究所，遼寧 葫蘆島 125005)

ME型電噴柴油機采用“軟控”排氣閥，可以實現在任何負荷工況下優化控制排氣閥的開閉，從而使氣缸燃油充分燃燒達到較低的氮氧化物排放，滿足環境保護的要求。ME型柴油機的優越性能引發了船東對非ME型主機的船舶進行改造的要求。

加拿大TK公司大遠159 000 DWT原油船主機為MAN B&W 6S70MC，輸出功率16 860 kW×91 r/min。該船原總體要求為設計吃水16 m，結構吃水17.30 m，主機運行在CSR(90%CMCR)時在船體清潔無浪涌的情況下帶有15%航海富裕度，航速約為15.2 kn。續航力(航速15.2 kn，設計吃水情況下)約為20 000 n mile。

渤船重工設計出一套更換主機(MAN B&W 公司的ME機型)的完整方案。

1 方案分析

MAN B&W 公司的ME機型性能優于傳統機型，已經得到大多數船東的認可[1]。

1)低溫起動性改善。電子控制系統能夠以最佳的程序替代駕駛員進行各種麻煩的起動操作，使柴油機低溫起動更容易。

2)氮氧化物和煙度的排放降低。采用柴油機電控技術，可精確地將噴油量控制在不超過冒煙界限的適當范圍內，同時根據發動機工況調節噴油時刻，從而有效地抑制排煙。

3)發動機運轉穩定性提高。采用柴油機電控系統，無論負荷怎樣增減，都能保證發動機怠速工況下以最低的轉速穩定運轉。

4)發動機的動力性和經濟性提高。柴油機電控系統中，電控單元ECU根據傳感器信號，精確計算噴油量和噴油正時，從而提高發動機動力性和經濟性。

5)控制渦輪增壓。采用電子控制技術可以進行增壓裝置精確控制。

6)適應性廣。只要改變ECU的控制程序和數據，一種噴油泵就能廣泛用于各種柴油機，而且柴油機燃油噴射控制可與怠速控制等各種控制系統進行組合實現集中控制，有利于縮短柴油機電控系統開發周期，降低成本，從而擴大柴油機電控系統的應用范圍。

7)柴油機結構簡單。柴油機零部件數量明顯減少，鏈條驅動系統和凸輪軸取消，要求維護的零部件數量減少。

8)電噴柴油機在任何負荷運行時都可以處在最佳狀態，而且電控系統可以避免柴油機或任何一缸超負荷。因此，與電子滑油注油結合后，氣缸條件得到很大改善，維護間隔時間(TBO)也由此變得更長，由于零部件數量減少，所需主要檢修時間縮短。

由于要把該油船的主機MAN B&W 6S70MC改換為MAN B&WME機型，相應地要修改許多原來的設計，包括主機的選型、軸系尺寸、機艙內相應輔機部件位置的變動等。

2 改進設計

2.1 主機選型

選用主機型號MAN B&W 6S70ME-C；主機功率分別為MCR18 660 kW×91r/min；CMCR16 794 kW×87.9 r/min；燃油消耗為169(kW·h)[2-3]。

2.2 軸系尺寸

推進軸系按照船級社規范進行強度計算，確定軸系的主要參數。

按規范要求[4]，軸徑d為

式中：F——推進裝置型式系數；

C——設計特定系數，

Pe——軸傳遞的額定功率,kW；

ne——軸的額定轉速,r/min；

σb——軸材料的抗拉強度。

對于中間軸，若σb>800 MPa時,將σb取為800 MPa。

對于螺旋槳軸和艉管軸，若σb>600 MPa時，取σb=600 MPa。

原母型船中間軸最小軸徑為514.9 mm，實船中間軸軸徑選取580 mm；螺旋槳軸計算的最小軸徑為628.2 mm，實船螺旋槳軸軸徑選取680 mm。

按船級社規范要求對改進船中間軸和螺旋槳軸進行強度計算。

中間軸軸徑為532.62 mm，取580 mm；螺旋槳軸軸徑(艉軸承處)為649.79 mm，選取694 mm；螺旋槳軸軸徑(艉管內)為612.51 mm，選取680 mm；螺旋槳軸軸徑(法蘭連接處)為532.62 mm，選取630 mm。最終軸徑值服從于軸系扭轉振動計算結果。

2.3 機艙布置

1)固定油水柜及工作艙室劃分布置。根據目標船續航力及主輔機油耗，確定機艙油水柜所需要的艙容。針對機艙的總體布置，在含油的油水柜與船體外板之間增加隔艙，有利于提高本船的可靠性及環保性能。

2)主機的布置。根據艉部線形變瘦，主機前部有足夠的空間，將主機前移后定位，設計出軸系布置、艉軸、中間軸等圖。

3)輔助設備的優化調整。底層：增加防乳化裝置油水柜；C平臺：鍋爐水泵下移，修改滑油冷卻器容量；B平臺：油艙加大，調整潤滑油計量柜結構；A平臺：焚燒爐加大，修改機艙行車跨距，鍋爐改型；B甲板：鍋爐風機移位；泵艙：縮小，調整通道布置。

2.4 技術難點

隨著主機的改變，主機艙的長度變短，船舶艉部的結構和一些設備的布置都要進行重新設計。特別是鍋爐的布置，由于位置的變動，相應的一些設備和管路都要重新定位，增加了工程量。

3 結論

上述方案完全滿足《鋼質海船建造規范》的要求，經過施工建造和下水試航后證明是可行的。

改進設計使原油船結構吃水增加了0.20 m，艙容明顯增加，載油量由原來159 000 DWT變為163 000 DWT，增加了4 000 DWT，給船東帶來的效益是明顯的。

[1] 許乃強，石楚生．電子噴射技術在柴油機發電機組中的應用[J ]．移動電源與車輛，2002(1):7-10.

[2] 任自中．國外大功率柴油機電噴電控系統的新進展[J]．柴油機，2008(5)：38-40.

[3] 顧世明．實船應用電噴柴油機簡介 [J]．航海技術，2005(1)：39-41.

[4] 中國船舶行業總公司．船舶設計實用手冊輪機分冊[M]．北京：國防工業出版社，2008.