船舶柴油機動力系統(tǒng)的可持續(xù)性分析與優(yōu)化

羅昌波

三亞航空旅游職業(yè)學(xué)院 海南 三亞 572000

引言

柴油機、蒸汽輪機、燃氣輪機等傳動裝置中的曲軸、齒輪傳動機構(gòu)、離合器等屬于重要的傳動部件，包括葉片、螺旋槳、圓形噴射器、橫向推進器等。由于動力系統(tǒng)直接關(guān)系到船舶的安全穩(wěn)定和船舶的正常使用性能，因此要加強對船舶柴油機動力系統(tǒng)的研究，提升實際性能。

1.船舶柴油機動力系統(tǒng)概述

船舶柴油機動力系統(tǒng)被稱為船舶的心臟，在船舶機械設(shè)備的運行和使用中起著非常重要的作用。對不同船型的排水量進行限制，使輸出功率得到保證，同時重要的是提高推進系統(tǒng)的效率，降低能量消耗，并提高船舶的續(xù)航力和載重量。由于全球能源和資源短缺的加劇，合理利用自然資源是經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。船舶柴油機動力系統(tǒng)也是重要的節(jié)能對象，船舶燃油價格的上漲直接增加了船舶運行的成本。因此，提高船舶效率尤為重要。與此同時，國際海事組織和各國政府越來越重視船舶排放造成的空氣污染問題，并出臺了一些限制廢氣排放的相關(guān)法律法規(guī)。因此，優(yōu)化船舶柴油機動力系統(tǒng)的性能非常重要。

2.船舶動力系統(tǒng)理論設(shè)計

2.1 船舶推進系統(tǒng)概述

船舶的推進和正常航行，操作、系泊、船員和旅客正常生活和工作都離不開船舶的推進系統(tǒng)，船舶推進系統(tǒng)所必需的機械設(shè)備復(fù)雜，系統(tǒng)具有以下特點：模塊化設(shè)計、設(shè)計參數(shù)、系統(tǒng)設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化、用戶需求多樣性和適應(yīng)性、設(shè)計過程復(fù)雜。根據(jù)用戶的能力和個人需求，不同配置的電源組件的選擇和組合可以快速響應(yīng)用戶各種個性化需求。

2.2 船舶動力系統(tǒng)的發(fā)展

經(jīng)過長期以人力和風(fēng)力為動力的發(fā)展，直到近兩百年前的船才以機器為動力。隨著蒸汽機、蒸汽輪機、柴油機、燃氣輪機應(yīng)用到船舶上，船舶推進出現(xiàn)了各種原動機做動力的驅(qū)動方式。從19年初開始到二十世紀初，蒸汽機是世界上最重要的船舶推進裝置，與蒸汽機動力系統(tǒng)設(shè)計過程相比，柴油機動力系統(tǒng)是一個相對比較復(fù)雜的動力系統(tǒng)，由許多機電裝置組成，各個裝置共同為船舶動力系統(tǒng)服務(wù)。

2.3 船舶動力系統(tǒng)的設(shè)計

船舶通過系統(tǒng)的設(shè)計，特別是新船的設(shè)計開發(fā)，是一項非常復(fù)雜的技術(shù)，對船舶設(shè)計過程的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法如下：

第1步，設(shè)計對象。設(shè)計的對象、產(chǎn)品的設(shè)計和質(zhì)量、船舶設(shè)計的目標(biāo)要滿足可靠性、效率、機動性等要求。

第2步確定用戶要求。用戶要求是船舶任務(wù)、類型、發(fā)電廠等的用戶要求，包括船型、船舶任務(wù)類型、船速、導(dǎo)航區(qū)域、連續(xù)功率和發(fā)電廠類型。通常，用戶需求以設(shè)計任務(wù)書的形式提交設(shè)計單位。

第3步設(shè)置限制。對船舶系統(tǒng)設(shè)計的限制包括船舶限制、相應(yīng)的政策和法規(guī)等。船舶限制主要限制速度、航行范圍、船舶尺寸等，而且法律和法規(guī)主要與船舶分類和建造規(guī)范、污染有關(guān)。

第4步確定設(shè)計。包括船舶系統(tǒng)、主機選擇、人孔設(shè)計、電站配置、管道設(shè)計和機艙布置等。

第5步選擇最佳解決方案。要使用戶的需求得到滿足，在設(shè)計中對系統(tǒng)的一般性、技術(shù)性、經(jīng)濟性和性能指標(biāo)進行了比較和考慮，然后確定了最佳的解決方案。

第6步方案的分析和評價。如果不滿足要求，則繼續(xù)執(zhí)行步驟4更改計劃以滿足要求。

第7步輸出設(shè)計結(jié)果。

2.4 動力裝置的設(shè)計要求

船舶動力裝置由許多不同的機械裝置和系統(tǒng)組成，這些裝置和系統(tǒng)緊密相連并相互作用，形成復(fù)雜的工程系統(tǒng)。該工程系統(tǒng)的設(shè)計稱為整體設(shè)計。設(shè)計任務(wù)是根據(jù)設(shè)計要求，制定一個切實可行的設(shè)計方案，有效的技術(shù)部分分為三個階段：方案、技術(shù)、總結(jié)。船舶系統(tǒng)設(shè)計是一個迭代、連續(xù)的優(yōu)化過程。在船舶系統(tǒng)的設(shè)計過程中，通常都有幾個程序能夠滿足應(yīng)用的要求以及相關(guān)技術(shù)的規(guī)范。核實草案任務(wù)一般是對技術(shù)指標(biāo)進行約束，對這些方面進行比較、分析、優(yōu)化，以獲得船舶推進系統(tǒng)的最佳設(shè)計方案。

2.5 船舶柴油機動力系統(tǒng)的性能評估指標(biāo)

2.5.1 柴油機動力系統(tǒng)性能指標(biāo)一般分為三類：（1）技術(shù)指標(biāo)。總的來說，包括船舶功率、質(zhì)量和規(guī)模指標(biāo)（2）經(jīng)濟指標(biāo)。每海里耗油量、燃料消耗率、裝置熱效率和經(jīng)濟性。（3）性能指標(biāo)。性能指標(biāo)包括可靠性、機動性、自動化程度等。要合理評價柴油機動力系統(tǒng)的性能，影響柴油機動力系統(tǒng)性能的因素很多。因此，指標(biāo)對船舶內(nèi)不同標(biāo)準(zhǔn)的元素進行分類，表現(xiàn)出200多個因素，并不是對所有因素進行評價。因此，如果需要更多，并且需要一個適當(dāng)?shù)膶哟文Ｐ蛠矸治霾裼蜋C動力系統(tǒng)的性能。同時能源系統(tǒng)的經(jīng)濟指標(biāo)所占比重特別高，因此柴油機動力系統(tǒng)的效率和性能直接相關(guān)。

2.5.2 推進系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析將主要考慮初始投資、燃料消耗、維護成本、燃料消耗等，具有低成本、可靠性、實際使用經(jīng)驗等特點。

（1）初始投資

柴油發(fā)動機動力系統(tǒng)相對于汽輪機動力總成的初始投資的相對百分比較低，低速柴油機比蒸汽輪機消耗少很多。在液化天然氣船上，當(dāng)船舶在不同區(qū)域、不同溫度航行時，若取平均蒸發(fā)量的變化為0.084%。蒸發(fā)量的減少導(dǎo)致了燃油消耗量的增加，特別是在長途旅行中。柴油機效率更高，這使得現(xiàn)今液化天然氣船采用柴油機推進系統(tǒng)的方案更具有合理性。

（2）維護成本

雖然渦輪機維修人員技術(shù)較高，但汽輪機可靠且易損件較少，因此維護成本遠低于柴油機的維護成本。

（3）燃料消耗

在這方面，蒸汽輪機比柴油發(fā)動機低得多。但是綜合相比而言，柴油機動力系統(tǒng)具有較為穩(wěn)定的動力輸出，能夠進行有效的動力系統(tǒng)的支持，為船舶提供充足的動力支撐。

（4）總運營成本

總運營成本包括燃料消耗、維護等，柴油機動力系統(tǒng)具有最為經(jīng)濟的運營成本，能夠有效降低船舶消耗，提高船舶運行經(jīng)濟性。

結(jié)論

通過以上分析，要積極對柴油機動力系統(tǒng)進行優(yōu)化，以滿足人們對于船舶動力系統(tǒng)的需求，促進船舶柴油機動力系統(tǒng)的發(fā)展，加強新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用，促進船舶設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展。