船舶柴油機動力系統的可持續性分析與優化

羅昌波

三亞航空旅游職業學院 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、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。由于動力系統直接關系到船舶的安全穩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的研究，提升實際性能。

1.船舶柴油機動力系統概述

船舶柴油機動力系統被稱為船舶的心臟，在船舶機械設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的效率，降低能量消耗，并提高船舶的續航力和載重量。由于全球能源和資源短缺的加劇，合理利用自然資源是經濟可持續發展的基礎。船舶柴油機動力系統也是重要的節能對象，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法律法規。因此，優化船舶柴油機動力系統的性能非常重要。

2.船舶動力系統理論設計

2.1 船舶推進系統概述

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，船舶推進系統所必需的機械設備復雜，系統具有以下特點：模塊化設計、設計參數、系統設計、標準化、用戶需求多樣性和適應性、設計過程復雜。根據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用戶各種個性化需求。

2.2 船舶動力系統的發展

經過長期以人力和風力為動力的發展，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、燃氣輪機應用到船舶上，船舶推進出現了各種原動機做動力的驅動方式。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，與蒸汽機動力系統設計過程相比，柴油機動力系統是一個相對比較復雜的動力系統，由許多機電裝置組成，各個裝置共同為船舶動力系統服務。

2.3 船舶動力系統的設計

船舶通過系統的設計，特別是新船的設計開發，是一項非常復雜的技術，對船舶設計過程的系統優化設計方法如下：

第1步，設計對象。設計的對象、產品的設計和質量、船舶設計的目標要滿足可靠性、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、類型、發電廠等的用戶要求，包括船型、船舶任務類型、船速、導航區域、連續功率和發電廠類型。通常，用戶需求以設計任務書的形式提交設計單位。

第3步設置限制。對船舶系統設計的限制包括船舶限制、相應的政策和法規等。船舶限制主要限制速度、航行范圍、船舶尺寸等，而且法律和法規主要與船舶分類和建造規范、污染有關。

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

第5步選擇最佳解決方案。要使用戶的需求得到滿足，在設計中對系統的一般性、技術性、經濟性和性能指標進行了比較和考慮，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，則繼續執行步驟4更改計劃以滿足要求。

第7步輸出設計結果。

2.4 動力裝置的設計要求

船舶動力裝置由許多不同的機械裝置和系統組成，這些裝置和系統緊密相連并相互作用，形成復雜的工程系統。該工程系統的設計稱為整體設計。設計任務是根據設計要求，制定一個切實可行的設計方案，有效的技術部分分為三個階段：方案、技術、總結。船舶系統設計是一個迭代、連續的優化過程。在船舶系統的設計過程中，通常都有幾個程序能夠滿足應用的要求以及相關技術的規范。核實草案任務一般是對技術指標進行約束，對這些方面進行比較、分析、優化，以獲得船舶推進系統的最佳設計方案。

2.5 船舶柴油機動力系統的性能評估指標

2.5.1 柴油機動力系統性能指標一般分為三類：（1）技術指標。總的來說，包括船舶功率、質量和規模指標（2）經濟指標。每海里耗油量、燃料消耗率、裝置熱效率和經濟性。（3）性能指標。性能指標包括可靠性、機動性、自動化程度等。要合理評價柴油機動力系統的性能，影響柴油機動力系統性能的因素很多。因此，指標對船舶內不同標準的元素進行分類，表現出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，并且需要一個適當的層次模型來分析柴油機動力系統的性能。同時能源系統的經濟指標所占比重特別高，因此柴油機動力系統的效率和性能直接相關。

2.5.2 推進系統的經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、實際使用經驗等特點。

（1）初始投資

柴油發動機動力系統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，當船舶在不同區域、不同溫度航行時，若取平均蒸發量的變化為0.084%。蒸發量的減少導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，這使得現今液化天然氣船采用柴油機推進系統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，蒸汽輪機比柴油發動機低得多。但是綜合相比而言，柴油機動力系統具有較為穩定的動力輸出，能夠進行有效的動力系統的支持，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，柴油機動力系統具有最為經濟的運營成本，能夠有效降低船舶消耗，提高船舶運行經濟性。

結論

通過以上分析，要積極對柴油機動力系統進行優化，以滿足人們對于船舶動力系統的需求，促進船舶柴油機動力系統的發展，加強新設備、新技術的應用，促進船舶設計的可持續發展。