長江108.6 m運(yùn)輸船推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

屈傳水，李培新，靳良真，趙 昆

(濰柴重機(jī)股份有限公司，山東 濰坊 262737)

長江108.6 m運(yùn)輸船推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

屈傳水，李培新，靳良真，趙 昆

(濰柴重機(jī)股份有限公司，山東 濰坊 262737)

節(jié)能是船舶的發(fā)展趨勢，為了研究降低長江主流運(yùn)輸船的油耗，通過選擇長江108.6 m常用船型為例，進(jìn)行推進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并實(shí)船跟蹤測試，最后將實(shí)船測試的結(jié)果與該船未優(yōu)化前對(duì)比，得出經(jīng)優(yōu)化的該類船型的油耗降低10%。

運(yùn)輸船；推進(jìn)系統(tǒng)；船舶設(shè)計(jì)；節(jié)能

0 引言

船舶主推進(jìn)系統(tǒng)是船舶的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，其設(shè)計(jì)好壞將影響到船舶的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、機(jī)動(dòng)性和生命力等方面。近年來，油價(jià)逐年上漲，客戶對(duì)船舶的經(jīng)濟(jì)性也提出了更高要求，而船舶主推進(jìn)系統(tǒng)又對(duì)船舶營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用。因此，船舶推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

船舶主推進(jìn)系統(tǒng)主要由船舶主機(jī)、軸系、軸系附件、傳動(dòng)設(shè)備和推進(jìn)器(常為螺旋槳)組成。本文涉及的船型為長江內(nèi)河運(yùn)輸船的主流船型，具有代表性。考慮到經(jīng)濟(jì)性是本船設(shè)計(jì)的最重要考核指標(biāo)，未對(duì)船舶的噪音、航速等指標(biāo)提出較高要求，主要從經(jīng)濟(jì)適用的角度分析，對(duì)螺旋槳的設(shè)計(jì)選用工程經(jīng)驗(yàn)豐富且經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計(jì)方法——圖譜法，并在設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)?shù)膶?duì)圖譜槳葉的傾斜和縱傾做了修改。根據(jù)要求和規(guī)范，軸系也做了詳細(xì)設(shè)計(jì)。為驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行實(shí)船跟蹤測試，最后與同類船型對(duì)比油耗，并得出相關(guān)結(jié)論。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 本船主要設(shè)計(jì)參數(shù)

總長

108.60 m

設(shè)計(jì)水線長

108.15 m

垂線間長

104.80 m

型寬

20.20 m

型深

8.40 m

設(shè)計(jì)吃水

7.50 m

排水量

15 000 t

螺旋槳軸線距設(shè)計(jì)水線的距離

0.575 m

1.2 主機(jī)參數(shù)

主機(jī)型號(hào)

XCW8200ZC

額定功率

928 kW×2

額定轉(zhuǎn)速

1 000 r/min

1.3 齒輪箱參數(shù)

齒輪箱減速比

3.95

齒輪箱效率

0.97

2 螺旋槳的設(shè)計(jì)

2.1 伴流系數(shù)ω

泰勒公式：ω=0.55CB-0.2=0.29

海克休公式：ω=0.70CP-0.3=0.33

式中：CB為船舶方形系數(shù)，CB=0.907；CP為船舶棱形系數(shù)，CP=0.901。

取ω=0.32。

2.2 推力減額系數(shù)t

t=0.50CP-0.18=0.27

2.3船身效率η

2.4 船身阻力

愛爾法是在分析大量船模和實(shí)船試驗(yàn)測試結(jié)果基礎(chǔ)上，用于船舶阻力的估算，其使用的范圍較廣。本文在船舶阻力的估算中，采用愛爾法計(jì)算，根據(jù)船舶參數(shù)進(jìn)行船舶阻力的估算[1]，其結(jié)果見表1。

根據(jù)船舶阻力計(jì)算結(jié)果和螺旋槳收到的功率，查螺旋槳圖譜手冊MAU4-55、MAU4-70，經(jīng)過螺旋槳的空泡校核和強(qiáng)度計(jì)算、重量及慣性矩的計(jì)算[2]，最終螺旋槳設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表1 船舶阻力估算結(jié)果

表2 螺旋槳的設(shè)計(jì)參數(shù)

3 軸系

本船采用軸系中心線與基線平行，軸系有中間軸、艉軸、艉管及密封裝置等組成。中間軸、螺旋槳軸的軸徑按規(guī)范計(jì)算分別為160 mm和190 mm。軸系拆卸時(shí)，螺旋槳軸從艉部抽出。

中間軸的首尾部為整體鍛造法蘭，軸徑和聯(lián)接面需按照要求加工，軸的其他表面應(yīng)加工光滑。

螺旋槳軸的首段為鍵連接的可拆聯(lián)軸節(jié)，與螺旋槳是采用鍵連接，末端裝鎖緊螺母。艉管前端焊接在前軸承座上，尾部焊接在艉柱殼部，軸承間距為2 800 mm，艉管軸承采用水潤滑方式。具體的軸系布置圖如圖1所示。

1.螺旋槳軸 2.艉管艉軸 3.中間軸 4.WHG1200齒輪箱 5.XWC8200ZC主機(jī)

4 實(shí)船測試

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，進(jìn)行實(shí)船跟蹤測試。從南京八卦洲出發(fā)，沿長江空載逆流經(jīng)馬鞍山、蕪湖、銅陵、安慶航行至江西九江鄱陽湖蛤蟆石，再原路返回，共計(jì)花費(fèi)15天，主機(jī)共運(yùn)行158.8 h。整個(gè)航次共消耗燃油5.62 t，與同類船型相比，油耗降低達(dá)10%，提高了船舶的經(jīng)濟(jì)性。跟蹤結(jié)果見表3。

對(duì)于工況多變的船舶，在機(jī)槳匹配設(shè)計(jì)工況的優(yōu)化,同時(shí)考慮主機(jī)的工作狀況可以較好地滿足主推進(jìn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性要求[3]。

表3 船舶1個(gè)航次總的運(yùn)行狀況

5 結(jié)語

本船舶推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，以經(jīng)濟(jì)性為主要考核指標(biāo)，根據(jù)船舶主要設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行本船推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)化匹配。通過實(shí)船測試可達(dá)到油耗降低10%左右，提高了長江內(nèi)河此類船型經(jīng)濟(jì)性。

船舶主推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備的選型是否合理，船舶的工況是否清楚，螺旋槳設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等各方面因素都影響著船舶的經(jīng)濟(jì)性。

[1] 盛振邦，劉應(yīng)中. 船舶原理[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2004.

[2] 長江船舶設(shè)計(jì)院. 內(nèi)河船舶設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：人民交通出版社，1977.

[3] 詹志剛，喻英. 船舶主推進(jìn)系統(tǒng)機(jī)槳匹配設(shè)計(jì)工況的優(yōu)化選擇[J].江蘇船舶，2000,17(5)：12-14.

2013-10-12

屈傳水(1985-),男,工程師,從事船舶推進(jìn)系統(tǒng)匹配研究;李培新(1974-)，男，高級(jí)工程師，從事船舶柴油機(jī)及推進(jìn)系統(tǒng)研究；靳良真(1982-)，男，工程師，船舶推進(jìn)系統(tǒng)軸系及槳的研究；趙昆(1988-)，男，工程師，從事船舶推進(jìn)系統(tǒng)安裝與調(diào)試。

U664.3

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