營運船舶動力推進系統改裝

程慧君，丁有鳳，俞洋柯

（寧波新樂造船有限公司，浙江寧波 315103）

0 引言

近年航運市場持續低迷，新建造的綠色低能耗大型船舶的大量投入運營，造成原有的一些中小型船舶難以生存。特別是南北航線的一些中小型集裝箱船舶，長期處于虧損狀態。北方一家航運公司不堪重負，計劃為一批5 000 t～8 000 t的船舶更換較小馬力的主機，以提高船舶的經濟性，委托寧波新樂造船有限公司（下稱：寧波新樂造船）做改裝設計。

先改裝的是一條在2004年建造的6 000 DWT多用途船，主機采用陜西柴油機廠生產的大發DKM-28型柴油機，主機功率為2 500 kW，轉速為750 r/min[1]，設計航速為12.0 kn。在與航運公司機務的交流中發現，該船現在運行狀況極其糟糕，實際運營航速為8 kn～9 kn，主機日油耗為7.4 t/d，主機運行轉速為560 r/min左右，排氣溫度～410℃，增壓器增壓壓力僅～0.12 MPa。最大的問題是主機轉速拉到600 r/min，增壓器會出現喘振，多次清洗、維修未果，甚至“切割”螺旋槳后，主機狀況也未得到改善。在該狀況下，不僅經濟性低下（處于虧損狀態），若遇大風浪，船舶的安全都難以保障。

此外，該船主機燃燒狀況非常不好，長期冒黑煙，排氣溫度過高，產生大量的CO、煙塵和NOX，對環境影響非常大，亦被列入淘汰行列。

1 造成該船狀況的原因

針對上面6 000 DWT的狀況，通過實船查看和測量，分析認為出現這些狀況的原因如下：

1）為降低油耗，在主機已出現超負荷的情況下，仍過分地降低主機轉速，造成增壓器增壓壓力過低、供氣不足、燃燒不完全，后燃嚴重、排氣高溫。進而導致增壓器工作環境進一步惡化，一段時間下來，增壓器功能衰退，主機轉速再拉上去，增壓器出現喘振狀況。

2）螺旋槳設計偏“重”，預留海上裕度不夠，船舶污底后，出現主機超負荷現象。

3）主機單位功率油耗（～235 g/kw.h）偏大，遠高于主機臺架試驗油耗。

4）尾部肥大，水流不好，螺旋槳效率低。

5）運行航速過低、船舶經常停運，造成船舶污底嚴重，船舶阻力偏大。

6）此外，在實船測繪時，提出該船滿負荷運行時，舵機艙下可能有較大的震動。該猜測得到了輪機長的證實。輪機長告知，以前主機轉速超過到720 r/min時，舵機艙震動非常大，致使整個上建都在“抖動”。這是由于水流狀況不好，造成螺旋槳后水流上翻，撞擊外板所致。

2 改造成本和可行性分析

接到該設計任務時，首先考慮更換主機，如果選用廣柴8320ZCd-6，2 060 kW，525 r/min機型，加上新設計采購螺旋槳、人工、材料等費用，一次性投入至少450萬。改裝后，船是恢復了生命力，但在當前航運低迷的情況下，只能保持微利，需要很長時間，才能收回投資成本。如改裝達不到預期效果，可能就永遠收不回成本，得不償失。為此，請教多位專家后認為，對主機進行修復、調校，然后降負荷使用的方案比較好，對柴油機多出的部分功率，可考慮增加軸帶發電機。

在寧波新樂造船的建議下，船東邀請大發主機服務工程師登船查看。服務工程師認為，主機氣缸、活塞、曲軸、缸頭等部件狀況還不錯，增壓器需進行大修或更換。并且認為船東低負荷運行的要求是可行的，只需根據實際增壓器前后壓力和廢氣的排量，調整增壓器噴嘴大小和噴射角度，提高增壓器效率和調整主機油尺、噴油嘴，以及進排氣等系統即可。

鑒于主機有修復的可能性，也能達到降負荷運行，提高經濟性的目標，并且能大大降低成本，船東很快確認了改裝方向。

3 改造設計方案

在得到船東的認可后，著手該船的改裝設計，提出改裝方案：

1）同主機服務工程師、船東商量確定，主機最大功率MCR限制在2 200 kW左右，常用功率取80%MCR，并預留15%海上裕度和100 kW PTO輸出功率。

2）改裝齒輪箱。原齒輪箱速比為2.5∶1，螺旋槳轉速過高，對螺旋槳的優化設計非常不利。結合螺旋槳狀況和軸系強度（軸系不考慮更換），將齒輪箱速比定為3.5∶1[2]；另增加～100 kW PTO輸出軸；同齒輪箱廠家確認，需更換二級減速齒輪、離合器、上外殼，增加PTO齒輪和彈性聯軸器。

3）加裝100 kW的軸帶發電機，采用變頻技術，供航行時使用。

4）根據實船所測扭矩，推算船舶阻力，設計螺旋槳。為改善水流，降低振動，確認采用大側斜高效螺旋槳[3]。

5）針對水流狀況不好，設計了2塊導流板[4]。

4 改造效果

設計完成后，船東訂制螺旋槳、主機凸輪軸、增壓器配件，齒輪箱配件等設備及配件。1個月后船舶進塢，由于準備充分，且沒有大的船體結構改動，14天順利出塢試航。80%MCR時，航速11.5 kn（壓載狀態），主機排氣溫度降至380℃，增壓器增壓壓力升至0.14 MPa（滿足低負荷運行需要）；MCR時，航速達12.4 kn（壓載狀態），超出船東的預期。

半年后船東反饋，75%MCR帶軸帶發電機航行時，航速10.2 kn（滿載），日油耗7.1 t，較改裝前主機油耗下降了～0.3 t/d，副機不用開了，每天又可節省0.4 t～0.5 t輕柴油，航速較改裝前提升約1.5 kn，主機排氣高溫狀況得到徹底根除，船舶振動得到改善。該船改裝成本在180萬左右，預計當年可回收成本，進一步印證，該船的改裝非常成功。船東也積極推進后續船的改裝工作。

5 結論

本文通過船舶動力裝置經濟性和安全性分析，說明動力裝置對于船舶的重要性，結合實例指出了動力裝置的改進方法和措施，為營運船舶動力裝置的改進提供了指導和實踐依據。