談船舶等功率航行與能效

朱永祺　陸衛(wèi)華（上海遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司 上?！?00090）

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談船舶等功率航行與能效

朱永祺陸衛(wèi)華
（上海遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司 上海200090）

摘 要：海上航行特別是長(zhǎng)途航行，氣象海況變化多變，遇到不利的風(fēng)浪、洋流是在所難免的，運(yùn)行“等功率航行”模式，限定油門(mén)，較之“等轉(zhuǎn)速”模式可以避免油耗無(wú)謂的增加，是一種降低油耗，提高能效的有效手段。文章介紹了中遠(yuǎn)廈門(mén)輪進(jìn)行“等功率航行”的實(shí)踐過(guò)程。

關(guān)鍵詞：船舶 等功率 節(jié)油 能效

0　引言

隨著全球集裝箱船隊(duì)規(guī)模日益擴(kuò)大，運(yùn)力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。要想在市場(chǎng)中保持較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，船隊(duì)不僅要有良好的安全管理能力，而且還要有效地控制成本的能力。燃油支出作為集裝箱船隊(duì)運(yùn)營(yíng)中最大的成本支出，在降低營(yíng)運(yùn)成本中舉足輕重。如何降低燃油消耗，提高能效控制及管理水平，節(jié)約成本支出，顯得尤為重要。近年來(lái)航運(yùn)界積極探索節(jié)油新方法，如主機(jī)降速運(yùn)行，增壓器封堵，噴嘴環(huán)改造，VIT的適應(yīng)調(diào)節(jié)等。而“等功率航行”就是其中之一，也越來(lái)越為業(yè)界所重視。

所謂“等功率航行”，根據(jù)船方的航線任務(wù)要求（諸如班期、港序等），以及船舶主機(jī)性能參數(shù)、船舶裝載資料，結(jié)合氣導(dǎo)公司的氣象服務(wù)，利用其所掌握的大量的氣象信息資源和專(zhuān)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)分析，提供給船方比較全面的中期氣象分析報(bào)告，并據(jù)此推薦一個(gè)相對(duì)恒定的主機(jī)功率指令，該主機(jī)功率對(duì)應(yīng)的船速符合船舶的航次班期要求。在完成航次任務(wù)中主機(jī)功率相對(duì)恒定的主機(jī)運(yùn)行模式，即等功率航行。

相對(duì)于傳統(tǒng)的主機(jī)等轉(zhuǎn)速航行模式，等功率航行更符合船舶的通常做法，即遇到頂風(fēng)、頂流的不利氣象海況時(shí)，應(yīng)主動(dòng)減速，在順風(fēng)、順流的有利情況下，應(yīng)適當(dāng)加速。通過(guò)與輪機(jī)長(zhǎng)的交流了解到，在海況比較好的情況下，等功率（等油門(mén)）模式與等轉(zhuǎn)速模式因兩者轉(zhuǎn)速波動(dòng)都很小，主機(jī)在兩種模式下的轉(zhuǎn)速接近，油耗差別不大。在實(shí)際操作中，等油門(mén)模式是在限定主機(jī)油門(mén)的情況下，駕駛臺(tái)主機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速高于機(jī)艙限定油門(mén)時(shí)的主機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，此時(shí)主機(jī)在限定油門(mén)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，而不是在設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)在調(diào)速器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)下運(yùn)轉(zhuǎn)，這種情況下主機(jī)調(diào)速器功能不起作用，也就是說(shuō)主機(jī)在部分負(fù)荷速度特性下工作。而定轉(zhuǎn)速模式是主機(jī)在設(shè)定轉(zhuǎn)速下，在調(diào)速器的調(diào)速功能的調(diào)節(jié)下，保持相對(duì)恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

在海況稍差的情況下，使用等油門(mén)模式時(shí)，當(dāng)外界負(fù)荷（阻力）增大時(shí)，主機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)自動(dòng)降低，外界負(fù)荷（阻力）減小時(shí)，主機(jī)轉(zhuǎn)速則自動(dòng)升高。主機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)比等轉(zhuǎn)速模式要大。而在等轉(zhuǎn)速模式下，外界負(fù)荷（阻力）增大時(shí)，在主機(jī)調(diào)速器的作用下主機(jī)油門(mén)增加，使主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，外界負(fù)荷（阻力）減小時(shí)，主機(jī)油門(mén)減小，也使主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速也有波動(dòng)，但一般波動(dòng)較?。ㄒ蕾?lài)主機(jī)調(diào)速器調(diào)速性能）。此時(shí)兩種模式下的節(jié)油效果，因等油門(mén)模式符合海況較差時(shí)，主機(jī)降低轉(zhuǎn)速，海況較好時(shí)主機(jī)增加轉(zhuǎn)速比較節(jié)油的操船模式，由此不難看出，等油門(mén)航行模式，是符合在氣象海況較差的情況使用的主機(jī)運(yùn)行模式。

為檢驗(yàn)“等功率航行”在實(shí)踐中的可行性，在中遠(yuǎn)集運(yùn)MOC的安排下，我們“中遠(yuǎn)廈門(mén)”輪有幸承擔(dān)了這次試驗(yàn)任務(wù)。

1　船舶概況

“中遠(yuǎn)廈門(mén)”輪為全集裝箱船，2004年9月建造于日本幸陽(yáng)船廠，2005年2月投入營(yíng)運(yùn)。船長(zhǎng)278．94米，船寬40米，型深24米，船舶輕噸24 041噸，最大載重噸67 209噸，最大吃水14．02米，最大載箱量5816TEU；主機(jī)型號(hào)MAN B&W，10K98MC，最大功率94RPM/57 200kW，船速27．1節(jié)，額定功率89RPM/48 620kW（85%），船速25．6節(jié)，目前最大轉(zhuǎn)速為78RPM，船速21．2節(jié)。

2　試驗(yàn)過(guò)程

“中遠(yuǎn)廈門(mén)”輪2015年8月初接中遠(yuǎn)集運(yùn)全球操作中心MOC指令，104E/W航次進(jìn)行“等功率航行”試驗(yàn)。

2015年8月4日21：25，離上海洋山港，駛往魯伯特王子港。因本航次輪機(jī)部更換了大部分技術(shù)骨干（輪機(jī)長(zhǎng)、大管輪、二管輪和電機(jī)員換班），對(duì)設(shè)備的工況、技術(shù)性能需要有一段熟悉的過(guò)程，為此，8月5、6日輪機(jī)部同志抓緊時(shí)間，查閱主機(jī)操縱和自動(dòng)化控制方面的技術(shù)資料；8日9：00-12：00進(jìn)行等功率（油門(mén)）試運(yùn)行，13：00-17：00進(jìn)行等轉(zhuǎn)速航行，并采集了兩種模式的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，因試驗(yàn)時(shí)間很短，效果并不明顯；8日22：00始，進(jìn)行等功率（油門(mén)）航行，并保持至15日22：00時(shí)止，16日4：00抵王子港引航站。西行航次，8月20日23：15離溫哥華引航站，22日11：50駛離低硫區(qū)，12：00繼續(xù)等功率（油門(mén)）航行，直至9月6 日22：00時(shí)止，7日04：00抵寧波引航站。

根據(jù)104E/W航次與102E/W航次的掛靠港口相似，102E/W航次多靠西雅圖，我們用該兩個(gè)航次油耗報(bào)告中相應(yīng)航段的油耗進(jìn)行比對(duì)，見(jiàn)下表一、表二：

表2-1　（102E與104E）

東行104航次較102航次的平均吃水和排水量明顯要大，但油耗增加不大，說(shuō)明等功率（油門(mén)）航行是有效果的。

表2-2　（102W與104W）

西行104航次較102航次的平均吃水和排水量同樣明顯要大，但油耗反而減少，說(shuō)明等功率（油門(mén)）航行同樣是有效果的。

3　數(shù)據(jù)分析

為此，我們采集了兩個(gè)航次的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（見(jiàn)表三、表四、表五、表六），發(fā)現(xiàn)等功率（等油門(mén)）航行在氣象海況較差的情況下，節(jié)油效果比較明顯；東行航次，104航次和102航次氣象海況條件相似，耗油量接近；西行航次，104航次較102航次的氣象海況要差，耗油量下降明顯，說(shuō)明等功率（等油門(mén)）航行還是有一定效果的。

表3-1　（104E航次）

表3-2?。?02E航次）

表3-3　（104W航次）

表3-4?。?02W航次）

4　試驗(yàn)結(jié)果

我輪104E/W航次在氣導(dǎo)公司的推薦指導(dǎo)下進(jìn)行試驗(yàn)，氣導(dǎo)公司依靠其自身的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)大量氣象資料分析，得出比較全面的中期氣象分析報(bào)告，按船方提供的主機(jī)性能數(shù)據(jù)和航次任務(wù)，給船方推薦符合航次任務(wù)的主機(jī)功率指令。但在實(shí)踐操作中，應(yīng)充分考慮船舶機(jī)器的實(shí)際情況，我輪主機(jī)最大功率94RPM/57 200kW，額定功率89RPM/48 620kW（85%），實(shí)行能效管理后，為適應(yīng)降速后主機(jī)工況，達(dá)到節(jié)油降成本的目的，主機(jī)封堵了一臺(tái)增壓器，目前最大轉(zhuǎn)速為78RPM，主機(jī)轉(zhuǎn)速在54RPM以下時(shí)，主機(jī)輔助鼓風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行工作，63RPM以上時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)隨主機(jī)工況自動(dòng)停止運(yùn)行，在55～62RPM時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)會(huì)隨主機(jī)工況頻繁自動(dòng)啟動(dòng)/停止，而在58RPM時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷達(dá)到最大，需避免長(zhǎng)時(shí)間以此轉(zhuǎn)速航行；因此根據(jù)AWT氣導(dǎo)公司提供的推薦指令，要求我輪?wèn)|行保持58RPM/ MCR24%航行，是對(duì)主機(jī)不利的；因此，我輪采用了分段進(jìn)行的方法，先保持63RPM（約MCR32%）轉(zhuǎn)速航行（即鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后的最低轉(zhuǎn)速），途中再根據(jù)氣象海況、剩余航程、抵港時(shí)間調(diào)整航速，改為54RPM（約MCR19%）轉(zhuǎn)速航行；西行航次，根據(jù)AWT氣導(dǎo)公司提供的推薦指令，設(shè)定功率MCR14%，主機(jī)轉(zhuǎn)速48RPM對(duì)應(yīng)的油門(mén)34%，但主機(jī)如果長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，主機(jī)增壓器容易臟堵，影響主機(jī)工況，為保持主機(jī)良好的技術(shù)工況，一般每隔三天左右，主機(jī)需進(jìn)行1小時(shí)左右的加車(chē)至72RPM運(yùn)行，使主機(jī)透平轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行主機(jī)透平?jīng)_洗工作，與等功率航行存在一定沖突；如何克服這些不利因素，需要我們?cè)诮窈蟮膶?shí)踐中不斷地摸索。

5　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)此次等功率（等油門(mén)）航行試驗(yàn)，我們體會(huì)到，海上航行特別是長(zhǎng)途航行，氣象海況變化多變，遇到不利的風(fēng)浪、洋流是在所難免的；等功率（等油門(mén)）航行模式，因油門(mén)限定，較之等轉(zhuǎn)速模式可以避免油耗無(wú)謂的增加，是一種降低油耗、提高能效的有效手段。

需要注意和避免的是，在惡劣海況下，由于等功率（等油門(mén)）模式下轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍大，當(dāng)油門(mén)設(shè)定在較高時(shí)，如果船舶前后顛簸劇烈，飛車(chē)風(fēng)險(xiǎn)大大增加。而在等轉(zhuǎn)速模式下，由于調(diào)速器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，飛車(chē)風(fēng)險(xiǎn)要小一些。當(dāng)然，在惡劣海況下，即使在等轉(zhuǎn)速模式下，主機(jī)也需要適當(dāng)降速運(yùn)行防止飛車(chē)。因此，在遭遇惡劣氣象海況時(shí)，使用等轉(zhuǎn)速模式更安全。

同時(shí)我們注意到，等功率（等油門(mén)）模式與等轉(zhuǎn)速模式對(duì)現(xiàn)有的駕控是有一定影響的。通常在等轉(zhuǎn)速模式下，值班駕駛員為航行安全采取的避碰行動(dòng)中，可以對(duì)主機(jī)進(jìn)行小幅的機(jī)動(dòng)操縱（提速和減速）；但在等功率（等油門(mén)）模式下，此時(shí)的主機(jī)在限定油門(mén)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速部分負(fù)荷運(yùn)行，只能小幅減速，如果需要提速，就需要值班輪機(jī)員的配合，提高油門(mén)限定，這就不利于在沿岸、漁船密集區(qū)、狹水道等海域的航行安全。因此，我們認(rèn)為等功率（等油門(mén)）模式更適合在氣象海況復(fù)雜情況的跨洋航行。

參考文獻(xiàn)

［1］ 楊全才.船舶柴油機(jī)［M］.大連海事大學(xué)出版社,2002.