论文部分内容阅读
摘 要：现在随着航运业持续的低迷，人们对环境问题的日益关注，如何能够实现节能减排的目标，人们想了很多的办法。当船舶降速航行时，燃油的消耗量降低，实现了节能减排的目的，但降速节能的同时也会带来一些问题。本文主要通过对降速航行的可行性和降速对航行中产生的影响进行分析，并对航行中可能出现的问题提出解决措施。
关键词：内河船舶；降速节能；分段航速；优化
一、引言
2011年7月15日，在国际海洋环境保护委员会（MEPC）第62次会议上，通过了“新船设计能效指数（EEDI）”和“船舶能效管理计划（SMEEP）”两项标准[ ]。采用的这两项能效标准，对所有国家的船舶排放的温室气体都进行了限制。国际海事组织（IMO）已经设定了一个目标，以减少温室气体的排放。为了实现这个目标，国际海事组织建议三种基本方法：增大船只尺寸、应用新的节能技术和降低航行速度。
由于中国拥有丰富的河流资源，河道长度达到108700公里，其中内河通航的航道长度达数万公里，在世界上排名第二。对于内河航运，船舶的航线都是沿着内河的固定河道，所以船舶的路线和时间都非常有规律，货物的运输量和运输时间也相对固定。
二、降速航行的可行性
降速节能就是使运行的船舶降低航行速度，同时对应的主机功率也会下降，以达到节油的目的。船速和船舶所受的水阻力密切相关，船体的水阻力包括水和船体将摩擦产生的摩擦阻力、与船体的尺寸和形状有关的形状阻力和船舶前进掀起波浪作用的兴波阻力。形状阻力受船速影响不大，约占10%左右。对于民用的低速船舶，摩擦阻力占主要部分，可达到总阻力的80%。高速船舶的兴波阻力明显增大，可达总阻力的50%以上，摩擦阻力约占总阻力的40%。一般情况下，空气阻力对船舶阻力的影响不大，可以忽略。一般来说，水对船体的总阻力与船速的次M方成正比。所以只要船舶航速降低一点，就可以很大程度上节省主机的功率。
针对内河航道每段水域的情况不同，航行中船舶阻力也会有很大的变化，在平直深水区域，船舶阻力不是很大；而在某些急转弯浅水区域，则阻力会急剧的增加，按照航道的特点，把整个航程分为若干个航段，在每个航段内采用不同的航速。这样在当航行水域情况不好，船舶阻力增大时，适当的减慢航速，减少燃油的消耗量；当航行水域情况较好，船舶阻力减小时，适当的提高航速，保证航行的船期。通过对每段水域航速的设计优化，可以使总油耗量减少。
降速节能的原理与主机减额输出相似，都是使柴油机的实际工作点选在额定功率以下的某个工作区域内，这样的设计有利于充分获得燃油的化学能，转化为更多的热能和机械能，这样获得输出同样的功需要的燃油就少了，达到节省燃油的目的。减额输出[1]是一种减少主机额定功率输出的节能技术，通过不同程度地降低额定功率，可形成新的转速和功率的工作区域，称之为“减额输出区”。在柴油机设计时，最大爆发压力已经依据柴油机结构强度的标准进行设计，如果要提高最大爆发压力和平均有效压力的比值，只能降低平均有效压力的值。减额输出是把最大持续功率时的平均有效压力值降低，而这时最大爆发压力仍维持与最大持续功率相同。从而提高了最大爆发压力与平均有效压力的比值，燃油更充分的燃烧，使得耗油率明显降低。
降速航行能够有效的降低船舶的运营成本，并且减少大气排放。在外界航行条件允许，且不会影响船舶正常运营的前提下，船舶适当地降低航行速度，可以将主机转速降到额定转速的90%使用，甚至更低的转速下航行，这时的实际功率能够降低到额定功率的70%。通過降低航速，主机油耗可减少约30%，这能够节省很多的燃油。
三、降速航行对船舶的影响
1：船舶降速运行时，由于船舶长期低速航行，如果主机没有采取相应的措施，喷油泵柱塞的工作会出现问题，燃油雾化不良，燃烧不完全的状况加剧，缸内的积碳会增加，严重污染扫气箱和增压器，扫气压力下降，排气温度升高，机器的故障率增加，船舶主机可靠性降低。
2：船舶降速运行时，主机的排气量明显减少，在增压器废气涡轮端产生的推动力减小，使得增压器转速下降，在压气机端吸入的新鲜空气不能很好的压缩，扫气压力下降，不利于燃油和空气充分的混合，也不能为燃烧提供充足的氧气。
3：船舶降速运行时，活塞的运动速度降低，由于雾化不良燃烧恶化，可能会在气缸内大量的结炭。这些产生的结炭会聚集在气缸缸壁上，在活塞运动过程中破坏气缸中形成的油膜，使缸壁产生磨损，也有可能随排气进入气阀，造成气阀的磨损，如果炭粒进入运动部件，会导致运动部件的磨损增加。
四、解决措施
当代新型船用超长冲程柴油发动机，在满负荷有较高的经济性，但是在部分负荷时，由于最大爆炸压力降相应降低，经济的就会下降。为了改善部分负荷时的经济性，应改善并提高其最大爆炸压力。最有效和最简单的方式是调整其供油的定时，当主机在部分负荷条件下，用循环油的量的下降，可以自动调整燃料供给定时提前，燃油泵蓄压器准备的一段时间内，以确保它的最大爆炸压力不变。同时，在高负荷运转，也能控制最大爆炸压力，使其不超过校准值。这要求一个额外的一组专业供油的燃料喷射泵的定时调整机构，以调整供给压力，这种机制就是所谓的可变喷射正时机构，共同可变喷射正时机构有以下三种：
1） MAN/B&W MC/MCE柴油机使用的定时齿条机构
2） Sulzer RTA型柴油机使用的VIT凸轮机构
3）柱宽头部的特殊线形
采用螺旋桨切边技术，减速当船舶航行时，主机在低负荷的情况下工作，如果速度下降过多，使得主机恶化的工作条件，以造成损坏主机部件。此时更方便，更可行的方法是修改原来的螺旋桨，采取冲切方法，减少螺旋桨直径或螺旋桨扭矩。在同一功率下可使转速上升，主机处在较佳的状态下工作，使新的工作点的船舶稳性，以达到提高船速，发动机和螺旋桨的匹配的目的。另外，可考虑适当提高缸套水温度及排气温度，以提高主机的循环温度，减轻由于缸内循环温度下降造成的影响，以防止低温腐蚀。控制气缸注油量，在低负荷下气缸内燃烧情况不良，可能使滑油燃烧，过量供油而对扫排气系统造成污染，更可能会形成的积碳，使缸套和活塞环的磨损加剧，这些可通过调整注油量调节手柄位置，或者调整调节螺钉来进行人工减油，避免发生事故。
五、总结
本文分析了内河船舶降速节能可行性，通过对船舶降速航行产生的利弊进行分析，并结合减额输出技术分析船舶能够降速节能的原理。初步判断了通过降低航速节省燃油是可行的。为了避免发生事故发生 我们应要加强日常巡查的管理，设备维护周期缩短，及时解决问题。
参考文献：
[1] 高建栋.LB250系列柴油机的特点及应用[J].山东淄博柴油机厂，2000
[2] 张署.船舶营运航速的优化分析[D].上海海事大学，2004.
[3] 付冠男.四桨船模螺旋桨推进性能试验研究[D].大连理工大学，2008.
[4] 董晓韬.澜沧江下游急滩航行阻力研究[D].重庆交通大学，2009.
关键词：内河船舶；降速节能；分段航速；优化
一、引言
2011年7月15日，在国际海洋环境保护委员会（MEPC）第62次会议上，通过了“新船设计能效指数（EEDI）”和“船舶能效管理计划（SMEEP）”两项标准[ ]。采用的这两项能效标准，对所有国家的船舶排放的温室气体都进行了限制。国际海事组织（IMO）已经设定了一个目标，以减少温室气体的排放。为了实现这个目标，国际海事组织建议三种基本方法：增大船只尺寸、应用新的节能技术和降低航行速度。
由于中国拥有丰富的河流资源，河道长度达到108700公里，其中内河通航的航道长度达数万公里，在世界上排名第二。对于内河航运，船舶的航线都是沿着内河的固定河道，所以船舶的路线和时间都非常有规律，货物的运输量和运输时间也相对固定。
二、降速航行的可行性
降速节能就是使运行的船舶降低航行速度，同时对应的主机功率也会下降，以达到节油的目的。船速和船舶所受的水阻力密切相关，船体的水阻力包括水和船体将摩擦产生的摩擦阻力、与船体的尺寸和形状有关的形状阻力和船舶前进掀起波浪作用的兴波阻力。形状阻力受船速影响不大，约占10%左右。对于民用的低速船舶，摩擦阻力占主要部分，可达到总阻力的80%。高速船舶的兴波阻力明显增大，可达总阻力的50%以上，摩擦阻力约占总阻力的40%。一般情况下，空气阻力对船舶阻力的影响不大，可以忽略。一般来说，水对船体的总阻力与船速的次M方成正比。所以只要船舶航速降低一点，就可以很大程度上节省主机的功率。
针对内河航道每段水域的情况不同，航行中船舶阻力也会有很大的变化，在平直深水区域，船舶阻力不是很大；而在某些急转弯浅水区域，则阻力会急剧的增加，按照航道的特点，把整个航程分为若干个航段，在每个航段内采用不同的航速。这样在当航行水域情况不好，船舶阻力增大时，适当的减慢航速，减少燃油的消耗量；当航行水域情况较好，船舶阻力减小时，适当的提高航速，保证航行的船期。通过对每段水域航速的设计优化，可以使总油耗量减少。
降速节能的原理与主机减额输出相似，都是使柴油机的实际工作点选在额定功率以下的某个工作区域内，这样的设计有利于充分获得燃油的化学能，转化为更多的热能和机械能，这样获得输出同样的功需要的燃油就少了，达到节省燃油的目的。减额输出[1]是一种减少主机额定功率输出的节能技术，通过不同程度地降低额定功率，可形成新的转速和功率的工作区域，称之为“减额输出区”。在柴油机设计时，最大爆发压力已经依据柴油机结构强度的标准进行设计，如果要提高最大爆发压力和平均有效压力的比值，只能降低平均有效压力的值。减额输出是把最大持续功率时的平均有效压力值降低，而这时最大爆发压力仍维持与最大持续功率相同。从而提高了最大爆发压力与平均有效压力的比值，燃油更充分的燃烧，使得耗油率明显降低。
降速航行能够有效的降低船舶的运营成本，并且减少大气排放。在外界航行条件允许，且不会影响船舶正常运营的前提下，船舶适当地降低航行速度，可以将主机转速降到额定转速的90%使用，甚至更低的转速下航行，这时的实际功率能够降低到额定功率的70%。通過降低航速，主机油耗可减少约30%，这能够节省很多的燃油。
三、降速航行对船舶的影响
1：船舶降速运行时，由于船舶长期低速航行，如果主机没有采取相应的措施，喷油泵柱塞的工作会出现问题，燃油雾化不良，燃烧不完全的状况加剧，缸内的积碳会增加，严重污染扫气箱和增压器，扫气压力下降，排气温度升高，机器的故障率增加，船舶主机可靠性降低。
2：船舶降速运行时，主机的排气量明显减少，在增压器废气涡轮端产生的推动力减小，使得增压器转速下降，在压气机端吸入的新鲜空气不能很好的压缩，扫气压力下降，不利于燃油和空气充分的混合，也不能为燃烧提供充足的氧气。
3：船舶降速运行时，活塞的运动速度降低，由于雾化不良燃烧恶化，可能会在气缸内大量的结炭。这些产生的结炭会聚集在气缸缸壁上，在活塞运动过程中破坏气缸中形成的油膜，使缸壁产生磨损，也有可能随排气进入气阀，造成气阀的磨损，如果炭粒进入运动部件，会导致运动部件的磨损增加。
四、解决措施
当代新型船用超长冲程柴油发动机，在满负荷有较高的经济性，但是在部分负荷时，由于最大爆炸压力降相应降低，经济的就会下降。为了改善部分负荷时的经济性，应改善并提高其最大爆炸压力。最有效和最简单的方式是调整其供油的定时，当主机在部分负荷条件下，用循环油的量的下降，可以自动调整燃料供给定时提前，燃油泵蓄压器准备的一段时间内，以确保它的最大爆炸压力不变。同时，在高负荷运转，也能控制最大爆炸压力，使其不超过校准值。这要求一个额外的一组专业供油的燃料喷射泵的定时调整机构，以调整供给压力，这种机制就是所谓的可变喷射正时机构，共同可变喷射正时机构有以下三种：
1） MAN/B&W MC/MCE柴油机使用的定时齿条机构
2） Sulzer RTA型柴油机使用的VIT凸轮机构
3）柱宽头部的特殊线形
采用螺旋桨切边技术，减速当船舶航行时，主机在低负荷的情况下工作，如果速度下降过多，使得主机恶化的工作条件，以造成损坏主机部件。此时更方便，更可行的方法是修改原来的螺旋桨，采取冲切方法，减少螺旋桨直径或螺旋桨扭矩。在同一功率下可使转速上升，主机处在较佳的状态下工作，使新的工作点的船舶稳性，以达到提高船速，发动机和螺旋桨的匹配的目的。另外，可考虑适当提高缸套水温度及排气温度，以提高主机的循环温度，减轻由于缸内循环温度下降造成的影响，以防止低温腐蚀。控制气缸注油量，在低负荷下气缸内燃烧情况不良，可能使滑油燃烧，过量供油而对扫排气系统造成污染，更可能会形成的积碳，使缸套和活塞环的磨损加剧，这些可通过调整注油量调节手柄位置，或者调整调节螺钉来进行人工减油，避免发生事故。
五、总结
本文分析了内河船舶降速节能可行性，通过对船舶降速航行产生的利弊进行分析，并结合减额输出技术分析船舶能够降速节能的原理。初步判断了通过降低航速节省燃油是可行的。为了避免发生事故发生 我们应要加强日常巡查的管理，设备维护周期缩短，及时解决问题。
参考文献：
[1] 高建栋.LB250系列柴油机的特点及应用[J].山东淄博柴油机厂，2000
[2] 张署.船舶营运航速的优化分析[D].上海海事大学，2004.
[3] 付冠男.四桨船模螺旋桨推进性能试验研究[D].大连理工大学，2008.
[4] 董晓韬.澜沧江下游急滩航行阻力研究[D].重庆交通大学，2009.