船舶節能設計及節能裝置

周艷華

摘 要：本文從貨物海上運輸、船舶排放和節能等方面，簡述在船舶設計及建造中為減少污染、保護環境而進行的優化設計、提高船舶市場的競爭能力等方面所做的改進措施及現場實際操作。

關健詞：節能；環保；海上運輸

中圖分類號：U662 文獻標志碼：A

1 國內外現狀、水平和發展趨勢

受全球航運、造船市場低迷及船舶產能過剩的影響，新船造價逐年降低，訂單大幅減少，市場競爭殘酷，技術水平低、能耗高、產品附加值低的產品面臨市場淘汰。發展節能型運輸船等高附加值產品的設計與制造能力，穩步推進散貨船的技術進步成為企業持續發展的趨勢。為突破散貨船的研發瓶頸，引進國外先進技術，打造中國迄今為止最為節能環保的巴拿馬型散貨船，我廠設計院聯合日本三菱重工開發設計該型8.2萬載重噸散貨船，消化吸收國外技術，達到國際先進性能在Tribon系統上自主設計，優化生產設計的全過程。

2 8.2萬噸散貨船的主要設計參數及設計開發

主要技術參數：

A.船長：228.9m

B.船寬：32.26m

C.型深：20.1m

D.最大吃水：14.45m

E.設計吃水：12.20m

F.載重噸：81600t

G. 航速： 14.2 knots

H. 船級社：Class NK

I. 定員：25人

該船是在日本三菱對82K線型設計優化的基礎上，安裝有由三菱重工設計的節能裝置和螺旋漿，可獲得截止目前世界最為先進的推進效率，船舶性能指標也領先世界同類產品。其船模水池試驗在三菱重工長崎研究所進行，這也是日本首次對中國造船企業在技術資源領域的開放合作。該船型在同樣排水量及載貨量的情況下，在同類8萬載重噸級的船舶中，具有較大的優勢，是搶占同級別散貨船市場的重要原因。此次推出的中日技術合作是突破國內造船業的技術瓶頸，研究開發新技術、新工藝，打造與國際合作的節能環保船型，油耗指標足足降低了5個百分點。

3 本船設計的關鍵技術

3.1 節能性

（1）對于現在比較受到國際社會重視的壓載水處理系統，本船也前瞻性地預留了壓載水處理裝置的安裝空間及管系接口，一旦相關規范生效可進行快速加裝，減少了船東的初投資。并且為滿足EA（STS，IHM，EEDI）的要求。當今社會，環保問題已經是所有行業關注的重點，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，對超出規范要求排放做了燃油艙雙殼保護設計，這樣降低了燃油泄露的危險，對環境也能起到積極的保護作用。

（2）82K線型優化設計。線型的優化設計直接影響船舶的阻力、尾部水流場對推進效率的影響，首部線型的優化設計充分考慮了耐波阻力和耐波影響的研究。

（3）新型節能創新技術——反作用鰭的研發與使用。節能裝置目前市場有兩大派系：歐系和日系，本船配備的是日系反作用鰭，它是一種結構簡單、性能優越、經濟性強的船用全鑄鋼件結構，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號葉片設計相同，而N.O.2～N.O.5號葉片設計相同，但每片葉片的定位設計角度完全不同，鰭轂與船體艉柱采用澆環氧的形式連接固定，大大降低了現場施工難度，為現場安裝定位作業提供了便利。

該節能裝置的工作原理是：在螺旋槳作向前回轉時反作用鰭產生一個與推進器回轉方向相反的回轉流動，施加到流入螺旋推進器的水流上，以推動船尾，從而產生一個額外的附加的一個推力。換言之，反作用鰭的安裝對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。

船舶節能裝置——反作用鰭的研發與應用完全基于船舶的低油耗，綠色環保的設計理念，船舶重要經濟指標的完美設計為該型船的未來市場生存及競爭力提供了有力的支撐。

反作用鰭除了擁有它所獨特的設計優勢外，為了確保節能效果的有效性，其建造時的表面粗糙度、外形尺寸的檢查都相當重要，其安裝精度要求必須特別嚴格。

（4）主機、增壓器匹配及EGB的應用：主機選型上選用ME型機，它能在整個負荷范圍內優化油耗、減少氣缸潤滑油量、部分負荷與低負效率更高等優點。另選用能與主機部分負荷下最佳匹配的增壓器，因此在選型上可比傳統配置的增壓器少一檔，從而降低了成本。本船在主機選型和增壓器的匹配上重點考慮了主機在部分負荷下的優化，并引進EGB技術，與可變排氣閥定時相結合，當主機在100%負荷的情況下，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；在部分負荷即85%左右負荷下，掃氣壓力降低，EGB開始關閉，并在負荷低于70%時完全關閉，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，從而降低主機部分負荷的燃油消耗率。

（5）艙口蓋：全船的貨艙蓋采用純電動驅動，目前在國內是第一次使用此種類型的貨艙蓋。電動貨艙蓋操作簡便，可任意操作一塊貨艙蓋蓋板，而不必要像液壓貨艙蓋一樣，要事先啟動整個系統的主泵站，產生不必要的能耗。對比之前相關船舶的液壓貨艙蓋，可降低功耗，提高能效。

（6）轉杯式鍋爐的運用：本船鍋爐選用了轉杯式鍋爐燃燒器，其相對于壓力式燃燒器，具有油量調節方便、調節幅度大、霧化質量好等優點，從而降低了油耗。本船將發電機所產生的廢氣引至鍋爐，在正常航行甚至在停港狀態，可提供足夠的蒸汽，從而可適當減小鍋爐燃油側的設計，既節約了成本，又降低了油耗。同時在鍋爐設計時，考慮各柴油機運行時不相互影響而產生較大的廢氣背壓，每臺柴油機經由鍋爐的煙道是相互獨立的，這樣既充分運用了發電機的排氣熱量，又不影響各柴油機的正常運行。

4 節能裝置-反作用鰭的布置與安裝

4.1 反作用鰭吊裝前的準備工作

（1）對到廠的反作用鰭進行細致的外觀檢查。

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

（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，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

外協廠做好反作用鰭在吊裝和運輸途中相關的保護措施，避免和減小反作用鰭的變形。

4.3 反作用鰭環氧澆注工藝

（1）在環氧樹脂攪拌和澆注過程中，周圍不得進行打磨、電焊、氣割等明火作業。

（2）在寒冷季節澆注環氧樹脂，還要做好加熱保溫工作。

（3）對環氧樹脂澆注的區域（部位）進行密封。

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

（5）在反作用鰭澆注環氧樹脂的同時準備兩塊檢查試樣，以備硬度和澆注質量的檢查，環氧樹脂固化時間隨環境溫度而變化，一般為18h～48h，在環氧樹脂固化后，在檢查試樣上進行硬度試驗。

（6）待環氧樹脂固化交驗后，用砂輪機將調節螺栓、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 導流板的焊接及密性試驗

按照慣例對鰭前端為船體線型過渡而設計的導流板與船殼所形成的空腔進行抽真空試驗，確保焊縫焊接質量完好。

本散貨船的建造為提升國際市場的競爭力，提升在國內、國際的知名度及影響力做出極大貢獻。與此同時提高本市船舶行業的技術設計能力、建造和管理水平，使造船成地方支柱產業，帶動地方經濟發展發揮了重大作用。

參考文獻

[1]陸懿東，林維淵.提倡節能設計理念 不斷優化輪機設計[J].船舶設計通信，2009（3）：65-69.

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