能效設計指數EEDI功率曲線的直接計算方法

2013-09-27 08:31:40朱永峨溫苗苗

船舶與海洋工程 2013年2期

關鍵詞：船舶設計

朱永峨，孫武，李路，溫苗苗，石珣

（中國船級社上海規范研究所，上海 200135）

0 引言

2013年1月1日，船舶能效規則將對新建的散貨船、氣體運輸船、油船、集裝箱船、普通貨船、冷藏貨船和兼裝船強制生效[1]，屆時，這些船舶必須滿足：

式中Attained EEDI按照下式計算[2]：

式中： Vref系指：船舶在假定無風無浪條件下75%發動機軸功率（扣除軸帶發電機功率）以及最大設計裝載工況（裝載量）下在深水中的航速（kn）。

從 Vref的定義可知， Vref值應從符合定義條件的功率曲線（即：輸出功率 PB－航速V）取得，如圖 1所示。

能效設計指數（EEDI）規則，從船舶能效和溫室氣體減排的法定要求角度，要求將船舶功率曲線列入EEDI技術文件中送審。如果測速試航是在壓載狀態下進行，還必須借助于滿載和壓載工況的水池試驗預報相應的功率曲線，然后通過壓載狀態試航所得功率曲線與相同狀態的水池試驗預報的功率曲線相比較，推算出實船滿載工況（夏季載重吃水工況）的功率曲線[3]，故在船舶設計階段，正確估算或預報上述狀態下的功率曲線對于能效設計指數具有極為重要的意義[4]。

功率曲線是在螺旋槳已設計完成、所考慮船舶吃水和浮態下的阻力和各推進參數已確定的基礎上，基于船體－螺旋槳－主機相互作用的原理進行計算的。對此，以往較多采用“航行特性曲線”的分析方法[5]，該方法直接應用螺旋槳敞水性能曲線(KT- KQ- J )，假定一組轉速，再對每個轉速假定一組航速，進行迭代計算得出功率曲線，稱為功率曲線的間接計算法。

當前，國際拖曳水池委員會（ITTC）在其性能預報方法的指導性文獻[6]中，利用螺旋槳敞水性能圖譜(KT- KQ- J )得出 KT/J2系數，預報實船性能，參照其原理，本文應用 KT/J2系數，給出了驗證船舶功率曲線的直接計算法，相對于間接計算法更為清晰、簡便。

圖1 功率曲線

1 驗證能效設計指數 EEDI功率曲線直接計算方法

在船體、主機和螺旋槳已確定的基礎上，根據船－機－槳相互作用的原理，對確定的船舶狀態（排水量和浮態）下，驗證功率曲線的直接計算方法，包括計算的已知條件和計算流程，給出如下：

1) 已知條件（以EEDI條件為例）：夏季載重吃水、無風無浪深水有效功率曲線（ PE- VS曲線），經驗方法估算或船模試驗預報；伴流分數w（定值或船速的函數），經驗方法估算或船模試驗預報得出；推力減額分數t（定值或船速的函數），經驗方法估算或船模試驗預報得出；相對旋轉效率 ηR（定值或船速的函數），經驗方法估算或船模試驗預報得出；軸系效率 ηS（無變速齒輪箱時通常取0.98）；螺旋槳敞水特性曲線 J - KT- KQ，系列圖譜或敞水試驗得出；海水密度ρ（通常取1.025 t/m3）。上述數據如取自船模試驗，則應為實尺度預報值。

2) 計算流程

假定航速VS / kn VS1 VS2 VS3 VS4計算航速vS / m/s 0.5144VS1 0.5144VS2 0.5144VS3 0.5144VS4伴流分數 w w1 w2 w3 w4進速 va=vS（1-w）/m/s va1 va2 va3 va4船舶阻力 R＝PE/ vs / kN R1 R2 R3 R4推力減額 t t1 t2 t3 t4螺旋槳推力 T＝R/（1-t）/ kN T1 T2 T3 T4 ln 2 T KT 1(=ln )ln Dv ρv22a DJ T a ρ 2 21根據螺旋槳敞水特性繪出螺旋槳ln J ln Dv 2 3 4 T a ρ 22 22 2 ln Dv T a ρ 2 23 ln Dv T a ρ 4 KT ～J曲線，見圖2(J )2在圖2所示ln J(J )KT ～J曲線上由2 ln ρ 查出進速系數J T v D2 2 a J1螺旋槳轉速n JD J2 J3 J4= / 1/s n1 n2 n3 n4 va螺旋槳性征曲線上查得扭矩系數KQ KQ1 KQ2 KQ3 KQ4螺旋槳收到功率 35 2 P n D K D =πρQ / kW PD1 PD2 PD3 PD4要求的主機功率Pηη×B = / kW PB1 PB2 PB3 PB4 PD S R由繪出VS ～ PB曲線，即EEDI功率曲線在VS ～ PB曲線上可查得主機功率為75%MCR相應的航速，即計算Attained EEDI的Vref

3) 說明

上述計算流程也相應得出螺旋槳轉速－船速曲線（SnV-曲線），見算例。