船舶主机降速节能研究.pdf

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1、第42卷第3期2013年06月船海工程SHIP＆OCEANENGINEERINGV01．42No．3Jun．2013DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2013．03．029船舶主机降速节能研究张洪朋1，顾长智2。陈小涛1，郭力1，张春花1(1．大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026；2．天津海事局，天津300456)摘要：对船舶主机降速节能进行实验分析，设计不同航速的实船实验，以观测主机的相关参数随转速变化的规律。研究表明，在一定范围内降速航行能够有效节约燃油。关键词：船舶节能；船舶降速航行；船舶降速

2、实验；低能耗营运中图分类号：U676文献标志码：A文章编号：1671-7953(2013)03-0106-04随着航运事业的不断发展，船舶对燃油的需求量大幅度提高，国际燃油价格居高不下，燃油费已经成为船舶运输成本中最大的支出项¨圳。目前国际上新造船舶通过技术改进来实现节能，例如利用新型节能型船(如不对称船艉∞J、球艉船型、涡艉船型)、高效船舶推进器和水动力节能附加装置等。现有船舶也可通过技术改造来实现节能，如应用可变喷油定时机构M1、螺旋桨切边技术和科学的运营管理手段。本文对螺旋桨工况、推进特性和低速航行主机功率与转速的关系进行分析

3、。1降速节能的理论依据1．1螺旋桨的推进特性分析船舶在某一速度下稳定航行时，主机与螺旋桨之间总是保持着能量平衡的基本关系。川。主机发出的功率P。和转矩M。与螺旋桨所吸收的功率P。和转矩M。相等；对于直接传动螺旋桨的主机来说，转速凡。与螺旋桨转速／7,。也相等。根据螺旋桨理论，桨的推力砟和转矩‰为F。=k。pnt,2D4(1)Mp=_iIqpnp2D5(2)式中：p——水的密度，kg／m3；D——螺旋桨直径，m；n。——螺旋桨转速，r／min；收稿日期：2012—07—19修回日期：2012—11—29资助项目：中央高校青年骨干教师基

4、金(2011QN014，2011QN019，201lQN020，2011ZD042)第一作者简介：张洪朋(1978一)，男，博士，副教授研究方向：轮机工程E-mail-zhppeter@163．tom106七。——推力系数；kq——转矩系数。k。、k。由实验可知，均为螺旋桨进程比A，的函数。它们之间的变化关系由实验测得，见图1。0章O≮0O0204060．81012进程比小图1螺旋桨水动力特性1．2螺旋桨功率与螺旋桨转速分析对式(1)、(2)进行分析可知，对一定的船舶其螺旋桨直径是常数，P值变化不大，可以认为是常数。船舶定速航行以后

5、，A。基本为常数。在特定的某一航行条件下(比如装载、气候、海面状况等条件不变)的各种转速下航行时，k。、k。皆可视为常数。这样，桨的推力F。和转矩M。为F，=C1几：(3)M，=C2n；(4)式中：C。——常数，C。=k。·P；C：——常数，C2=k。·P。即螺旋桨的推力和转矩与其转速的平方成正比。螺旋桨所需功率P，可EhP，=Mpn／9550来确定。于是可得出螺旋桨功率与转速的关系式P，=Cn；(5)式(5)反映出螺旋桨运转特性，即桨的吸收功率P，与转速的三次方成正比。将M。=C2n：和P，=Cn；绘成Mp-11,，和Pp-rl,

6、，的关系曲线即为螺旋桨特性曲线，见图2。船舶主机降速节能研究——张洪朋，顾长智，陈小涛，郭力，张春花JD。M。图2螺旋桨特性曲线对主机直接带动螺旋桨工作的船舶来说，(为讨论方便，略去传动中的各种损失)船舶处于稳定航行状态时，主机和螺旋桨总是保持着能量平衡的状态，运行在一定的转速下。主机的转速n。就是螺旋桨的转速n。，主机发出的功率P。等于螺旋桨吸收的功率P。。由于螺旋桨的功率与转速的三次方成正比，此时主机发出的功率也与其转速的三次方成正比。P。=Cn：(6)主机耗油量B的大小取决于主机发出的功率P。的大小，也就是B=P。b=Cn3e

7、b(7)式中：6——主机燃油消耗率，g／(kW·h。1)。显然，较小的主机转速变化会引起主机输出功率发生较大的变化，也会引起主机耗油量发生较大变化。因此，只要适当调整和降低主机正常运行转速，使之既能满足航期的要求，又能维持主机良好的工况，便可以有效节油。2实船实验过程航速16kn。该船主机是一台二冲程、直流扫气、超长冲程、单独定压增压的低速柴油机，型号为苏尔寿6RTA48，额定功率6526kW(持续功率5873kW)，额定转速154r／min(持续转速149r／min)，配置铜质4叶定距桨、螺距3．86m、桨叶直径4．66m、采用直

8、接传动方式，燃油消耗率为175g／(kW·h)，日耗油量为27．9t，1989年4月交付使用。新船时该船以149r／min转速服务，平均航速为15．5nmile，日耗油量25t。随着船龄增加，服务转速逐渐降低为135r／min，功率4