未來(lái)高效減排的推進(jìn)器

1、未來(lái)高效減排的推進(jìn)器-排放法規(guī)可能引入低壓蒸汽及令人驚喜的動(dòng)力選擇大連船用柴油機(jī)有限公司于祺昌 王寶利 編譯未來(lái)海運(yùn)業(yè)的目標(biāo)之一，是降低CO2的排放量，使其達(dá)到即將執(zhí)行的更為嚴(yán)格的IMO排放標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)方面，設(shè)定了船舶的所謂“能量效率設(shè)計(jì)指標(biāo)”（也被稱為CO2設(shè)計(jì)指標(biāo)），從而以此設(shè)定了每艘船的CO2排放量。未來(lái)，2012年至2018年間，船舶將會(huì)被要求逐步降低CO2排放量，最終減排至當(dāng)前排放量的70%。需注意的是，目前仍未能確實(shí)解決關(guān)于這一點(diǎn)的的爭(zhēng)議。此文依據(jù)案例分析來(lái)表明，降低主機(jī)額定值、使用電控主機(jī)及降低運(yùn)行速度，都可以在保證優(yōu)化推進(jìn)器設(shè)計(jì)的同時(shí)不增加額外油耗。文中所舉案例中提到的主機(jī)都符

2、合IMO Tier II排放標(biāo)準(zhǔn)，并且使用固定螺距的螺旋槳。推進(jìn)器/主機(jī)參數(shù)總體上說(shuō)，螺旋槳直徑越大，推進(jìn)力越高，所以，螺旋槳最大轉(zhuǎn)速也越低。增加螺距，推進(jìn)器速度和效率隨著角度的改變也許會(huì)有所下降。同樣降低螺距也會(huì)如此，但在此，推進(jìn)器速度也許會(huì)提高。二沖程主機(jī)的效能主要依靠最大壓力與平均有效壓力比來(lái)決定。這個(gè)比值越高，主機(jī)效能越高。并且由此，油耗就越低。更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，二沖程主機(jī)的沖程/缸徑比越大，主機(jī)效能也就越高。這就意味著，超長(zhǎng)沖程型號(hào)的主機(jī)，例如S80ME-C9，將會(huì)比沖程型號(hào)的主機(jī)，例如K80ME-C9，更高效。相比于凸輪（機(jī)械）控制的主機(jī)，電控的主機(jī)在運(yùn)行中可控參數(shù)更多。當(dāng)船速降低時(shí)，

3、也即降低推進(jìn)器功率及轉(zhuǎn)速，也會(huì)影響推進(jìn)器及主機(jī)參數(shù)。案例1研究目標(biāo)為4500標(biāo)箱的巴拿馬型集裝箱船，螺旋槳直徑相同。如圖所示，若降低原先的設(shè)計(jì)船速24.7節(jié)，有希望降低油耗。此案例著重分析螺旋槳葉片數(shù)量不同的不同后果，以及若要達(dá)到設(shè)計(jì)船速22節(jié)，在葉片數(shù)量不同的情況下應(yīng)選擇何種類型的主機(jī)。5葉螺旋槳使用9K90MC-C6主機(jī)帶動(dòng)5葉螺旋槳作為參考，額定速率SMCR，也即點(diǎn)M1數(shù)值為41,130 kW x 104.0 r/min，設(shè)計(jì)船速為24.7節(jié)5葉螺旋槳（正常螺距）并通過(guò)M1點(diǎn)的最佳推進(jìn)器運(yùn)行曲線，可以在這條曲線上得到較低設(shè)計(jì)船速情況下的額定功率數(shù)值。在點(diǎn)M2上對(duì)應(yīng)的SMCR為36,560

4、 kW x 104.0 r/min，符合8K90MC-C6的額定速率，可以匹配減小螺距的5葉螺旋槳，船速可達(dá)24節(jié)。在22節(jié)船速這一點(diǎn)上，需要的額定速率大致為26,800 kW x 90 r/min，若由8S70ME-C8作為主機(jī)來(lái)帶動(dòng)5葉螺旋槳大概可以達(dá)到26.160 kW x 91.0 r/min，由此看來(lái)，使用這一類型的主機(jī)，最高船速大致為21.8節(jié)。4葉螺旋槳螺旋槳葉片從5葉減為4葉，表示最佳狀態(tài)的正常螺距曲線向右移動(dòng)，并且螺旋槳的轉(zhuǎn)速提高了10%左右。這條曲線的旁邊是表示減小螺距的情況下額定速率狀況的減小螺距曲線，兩條曲線走向相近。后者曲線顯示，船速22節(jié)，SMCR即點(diǎn)M3為26,9

5、00 kW x 104.0 r/min。這一點(diǎn)在MAN B&W的6K80ME-C9型主機(jī)的功率圖中位于最高點(diǎn)。6葉螺旋槳22節(jié)船速時(shí)，增加螺距的情況下，SMCR，點(diǎn)M4，為27,060 kW x 78.0 r/min，盡管會(huì)降低螺旋槳的最佳轉(zhuǎn)速，但無(wú)疑可以帶動(dòng)多達(dá)6葉的螺旋槳。點(diǎn)M4處于6S80ME-C9型主機(jī)的最大額定速率范圍內(nèi)。每日油耗以上提到的各類型主機(jī)日油耗都在符合IMO Tier II排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下被仔細(xì)計(jì)算過(guò)。其結(jié)果作為設(shè)計(jì)船速的一部分功能表示為負(fù)荷70%、80%、90%，以參考的24.7節(jié)船速及負(fù)荷80%SMCR為標(biāo)準(zhǔn)100%油耗來(lái)看，曲線顯示，若將船速由24.7節(jié)降至22節(jié)，

6、就有可能減少油耗，6K80ME-C9型主機(jī)將減少約36%的油耗，而6S80ME-C9型主機(jī)將減少約37%的油耗。后者機(jī)型之所以能減少更多的油耗是因?yàn)?，超長(zhǎng)沖程主機(jī)具有較高的主機(jī)效能。每艘船的油耗當(dāng)船速由24.7節(jié)降至22節(jié)時(shí)，每艘船都會(huì)相應(yīng)減少油耗，6K80ME-C9主機(jī)將會(huì)減少約28%的油耗，而6S80ME-C9主機(jī)將會(huì)減少約29%的油耗。案例2研究目標(biāo)為8000標(biāo)箱的后巴拿馬型集裝箱船，基于6葉螺旋槳，但葉片直徑不同。據(jù)圖分析，降低設(shè)計(jì)船速時(shí)，有望降低油耗。螺旋槳葉片直徑8.8米降低額定值的12K98ME-C7主機(jī)，在M1點(diǎn)上的SMCR為69,800kW x 102.1 r/min，以此為

7、標(biāo)準(zhǔn)比較。設(shè)計(jì)船速為26.0節(jié)，6葉螺旋槳，葉片直徑為8.8米。螺旋槳葉片直徑不變，降低設(shè)計(jì)船速至25.0節(jié)時(shí)，所需要的SMCR為點(diǎn)M2所示的60,000 kW x 97.0 r/min，符合10K98ME7主機(jī)的額定速率。螺旋槳葉片直徑依然不變，進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)船速至23.0節(jié)時(shí)，所需SMCR約為44,100 kW x 87.5 r/min。Inc. ? 螺旋槳葉片直徑9.3米螺旋槳葉片直徑增加為9.3米，船舶設(shè)計(jì)吃水71.5%，降低SMCR和速度，即點(diǎn)M3所示為43,100 kW 78.0 r/min。船速為23.0節(jié)，此點(diǎn)表示的額定速率，處于降低額定值的9S90ME-C8主機(jī)的額定速率范圍

8、內(nèi)。每日油耗以上提到的各類型主機(jī)日油耗都在符合IMO Tier II排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下被仔細(xì)計(jì)算過(guò)。其結(jié)果作為設(shè)計(jì)船速的一部分功能分別表示為負(fù)荷70%、80%、90%， 以參考船速26.0節(jié)在平均負(fù)荷80%SMCR情況下的油耗為100%標(biāo)準(zhǔn)油耗來(lái)看，油耗曲線顯示，若使用9S90ME-C8型主機(jī)以23.0節(jié)船速行駛來(lái)代替使用12K98ME-C7主機(jī)以26.0節(jié)船速行駛的話，日油耗毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)降低約41%。每艘船油耗節(jié)，每艘船總計(jì)減少油耗33%。總結(jié)即將執(zhí)行的嚴(yán)密的CO2減排標(biāo)準(zhǔn)對(duì)商船來(lái)說(shuō)，雖然大為有利，但也有造價(jià)昂貴、干擾船舶運(yùn)營(yíng)的弊端。然而，重要的決定因素是船艉的設(shè)計(jì)和配合降低船速的螺旋槳的設(shè)計(jì)。由此，這也許為集裝箱船引入