1333TEU集裝箱船—機—槳匹配狀況及柴油機負荷特性驗證方法

張超 楊玲

摘 ? ?要：船-機-槳系統(tǒng)中三者的匹配狀況，是保證主機性能、船舶航速及經(jīng)濟效益的重要因素。本文以某1333TEU集裝箱船為例，通過柴油機負荷特性試驗，判斷出船—機—槳匹配不合理狀況。對于批量生產(chǎn)專業(yè)發(fā)動機廠家，可以進行類似的負荷特性試驗，對船一機—槳的匹配狀況進行驗證。

關鍵詞：機槳;匹配;模擬實驗;驗證

中圖分類號：U664.1 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： The matching of ship-engine-propeller system is an important factor to ensure the performance of main engine， ship speed and economic benefit. By taking a 1333 container ship as an example， the unreasonableness of the matching condition of the engine-propeller is judged by means of load characteristic test of diesel engine. Similar simulation experiments can be carried out for professional engine manufacturers in batch production in order to verify the matching status of engine-propeller.

Key words： Engine-propeller; Matching; Simulation test; Verify

1 ? ? 引言

船-機-槳匹配設計的目的是為了保證船舶的設計航速、主機性能及經(jīng)濟性，因此如何保證主機功率的充分發(fā)揮又有足夠的儲備功率顯得尤為重要。當船-機-槳不匹配時，一方面主機功率不能得到充分發(fā)揮，使船舶無法達到設計航速，主機經(jīng)濟性下降;另一方面若造成主機超負荷運轉，將大大縮短主機使用壽命。可見船-機-槳匹配是否良好會嚴重影響船舶的快速性、經(jīng)濟型以及安全性。專業(yè)發(fā)動機生產(chǎn)廠家為驗證船-機-槳的匹配狀況，確保主機的安全運行，可以通過臺架試驗進行模擬主機裝船后實際運行情況，模擬主機在不同轉速下的實船運行效果。通過與實船運行數(shù)據(jù)對比，來判斷船-機-槳匹配是否合理，并且可以估算出主機超負荷功率范圍。

2 ? ? 主機故障現(xiàn)象

某船廠建造的2艘1 333TEU集裝箱船，采用單機單槳，主柴油機型號為UEC33LSE-C2（以下簡稱主機）。該型主機額定功率為4 230 kW、轉速142 r/min;二沖程直流掃氣，帶廢棄渦輪增壓器，增壓器型號為MET37MB。

在2艘船試航時發(fā)現(xiàn)，當主機處于前進3檔（n=112 r/min）和前進4檔（n=128 r/min）時，各缸排溫、油尺、爆壓、掃氣壓力均高于相同轉速下的臺架試驗值。

3 ? ?主機故障原因分析

臺架試驗時，主機最大額定功率（100%）、持續(xù)功率（90%）、船舶航行常用功率（60%）等轉速下的主要特性參數(shù)，均達到設計標準（見表1）。

根據(jù)以上主機故障現(xiàn)象，對其主機運行狀態(tài)進行了評估。首先檢查主機各系統(tǒng)參數(shù)設置均無異常，主機外圍設備均滿足設計要求，測量試航水域深度約50～60 m，滿足試航要求。為此，對主機其他主要性能指標進行分析。

3.1 ? 燃油齒條

主機燃油泵齒條刻度是反應缸內(nèi)燃燒狀況最重要的指標之一。供油量的多少，取決于主機的輸出功率及燃燒狀況：若實船主機油尺刻度長期大于標定下的主機油尺刻度，首先要考慮船-機-槳匹配是否合理，主機負荷是否偏重。該船海試時，燃油泵齒條刻度大于臺架試驗標定值（見圖1）。

3.2 ? 增壓器轉速

增壓器轉速與主機的輸出功率有密切關聯(lián)，是反應主機運行狀況的重要指標：低于或高于標定轉速，說明增壓器本身或主機排氣系統(tǒng)異常。該船海試時，增壓器轉速明顯高于臺架試驗標定值（見圖2），拆檢增壓器、主機排氣系統(tǒng)部件均未發(fā)現(xiàn)異常。

3.3 ? ?掃氣壓力

掃氣壓力受增壓器轉速影響，隨著主機輸出功率的增加，增壓器轉速會不斷上升，使掃氣壓力逐漸上升。若主機長期超負荷運行，將導致掃氣壓力上升，在惡劣海況航行時可能會導致掃氣箱防爆閥開啟，影響主機安全運行。該船試航時，主機掃氣壓力高于臺架試驗標定值（見圖3）。

根據(jù)海試數(shù)據(jù)評估，認為海試時主機實際運行功率已超出了螺旋槳理論特性曲線，且可能已經(jīng)觸發(fā)主機的扭矩限制。初步判斷為主機處于重扭矩工況狀態(tài)下（見圖4），即該船船-機-槳匹配不合理，且主機的主要性能參數(shù)（油尺、增壓器轉速、掃氣壓力）都與上述重扭矩工況相符。

3.4 ? 柴油機負荷特性試驗

為判別主機實際運行狀態(tài)，推算排溫、油尺、掃氣壓力等與運行工況的函數(shù)關系，進行了柴油機負荷特性試驗。該試驗在公司試車臺6UEC33LSE-C2機上進行：主機轉速128 r/min保持不變，逐漸加重水力測功器扭矩，逐步增加主機功率Ne，Ne+5%、Ne+8%、Ne+10%、Ne+13%、Ne+16%，并詳細記錄主機油尺刻度、排溫、增壓器轉速、掃氣壓力等的變化趨勢;觀察到油尺刻度、掃氣壓力、增壓器轉速均同步增加，排氣溫度快速上升;當主機功率增加至Ne+10%時，發(fā)現(xiàn)主機排溫、油尺刻度、掃氣壓力及增壓器轉速，趨近于海試時主機轉速128 r/min時的排溫、油尺、掃氣壓力及增壓器轉速值（見表2）。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)反推，主機海試時運行在重負荷區(qū)域，其實際運行狀態(tài)在螺旋槳特性曲線的上方，即重負荷區(qū)域（見圖5）。

根據(jù)負荷特性試驗進一步證實：該船船-機-槳匹配不合理，導致主機運行在重負荷區(qū)域（超負荷運行），且超出標定功率約10%;因模擬試驗結果是在臺架試驗上進行，處于相對理想的狀態(tài)，而試驗結果的測量相對精確。因此設計院可根據(jù)此試驗結果對螺旋槳設計參數(shù)進行復核，校核船-機-槳是否匹配狀態(tài)是否合理，且可根據(jù)此試驗結果對螺旋槳參數(shù)進行調整，達到船-機-槳的合理匹配。

4 ? ?主機故障解決措施

鑒于以上試驗及分析結果，向該船的設計單位及造船廠送達有關分析報告，要求設計院、船廠重新調整船-機-槳的匹配狀態(tài)，并排除船體設計方面可能造成主機超負荷運行的因素，使主機運行在其螺旋槳特性的下方，并保證足夠的儲備功率。

設計院、船廠根據(jù)我司模擬試驗得出的結論，重新計算螺旋槳參數(shù)，并對螺旋槳槳葉進行調整切割。調整完成后重新下水試航，對主機軸功率進行測量，實測功率均在標定功率下方（見圖6），約為85%的標定功率，保證了主機的功率儲備，滿載時航速達到設計要求，船-機-槳匹配較合理，可以較好地滿足主推進系統(tǒng)經(jīng)濟性 ? ? 和可靠性的要求。

同時，主機排氣溫度、油尺刻度、爆壓、掃氣壓力等主要性能指標，均恢復到與臺架試驗基本一致。

5 ? ?結束語

通過對該船主柴油機性能、運行參數(shù)的分析，并做了相關負荷特性試驗，確認故障的根本原因是船-機-槳匹配設計不合理，導致主機運行在重負荷區(qū)域。經(jīng)過修改螺旋槳結構參數(shù)，最終船-機-槳匹配不合理問題得到解決。

參考文獻

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