一種新型船舶節(jié)能設(shè)備
——門式艏側(cè)推蓋的探索

吳 安，王忠強，孔明敏

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

一種新型船舶節(jié)能設(shè)備
——門式艏側(cè)推蓋的探索

吳 安，王忠強，孔明敏

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

介紹一種新型船舶節(jié)能設(shè)備——門式艏側(cè)推蓋裝置的應(yīng)用和研發(fā)探索過程。從艏側(cè)推延伸筒體兩端常規(guī)配置的保護(hù)格柵到外置的蓋板，不斷進(jìn)行優(yōu)化探索，最終找到一種既能實現(xiàn)節(jié)能減排，又可方便操作的門式艏側(cè)推蓋裝置。

節(jié)能；船舶；門式艏側(cè)推蓋

0 引 言

隨著國際貿(mào)易和航運業(yè)的不斷發(fā)展，航運業(yè)溫室氣體排放量和能源消耗量不斷增加，而近年來頻發(fā)的全球能源危機和不斷上漲的燃料成本促使節(jié)能減排成為世界各大航運公司的主要任務(wù)之一。研究潛在的節(jié)能技術(shù)、減少能源消耗，不僅可降低對環(huán)境的污染，還可為航運企業(yè)節(jié)約燃料成本。

船舶進(jìn)港過程中，隨著航速的逐漸降低，操舵產(chǎn)生的舵力轉(zhuǎn)船力矩逐漸減小，控制航向的能力逐漸變差。為解決該問題，提出一種產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩的方法，即在船上安裝側(cè)推裝置，簡稱側(cè)推器。

側(cè)推器也稱橫向舵、橫向噴流舵，安裝在艏艉部較低處，以便在船舶低速航行時與布置在艉部的常規(guī)舵協(xié)作完成專項操作，在船舶停車或后退時獲得較好的控向性能。側(cè)推器適用于靠泊操縱及離泊操縱頻率較高的船舶，如滾裝船、大型客船、大型集裝箱船及部分成品油船和化學(xué)品船等。由于艉部有螺旋槳和舵設(shè)備，艉側(cè)推器的安裝工藝較為復(fù)雜，且成本相對較高，故側(cè)推器大多安裝在艏部（見圖1）。

船舶安裝的側(cè)推器大多數(shù)為隧道式推進(jìn)器。該側(cè)推器工作時，利用布置在橫向?qū)Ч苤械穆菪龢a(chǎn)生的推力實現(xiàn)船舶改向。側(cè)推裝置的螺旋槳推進(jìn)器一般放置在橫貫船體的導(dǎo)筒內(nèi)，導(dǎo)筒一直延伸至船舶兩舷外板，在外板上形成一個大開口。

船舶正常航行過程中，其兩舷外板開口處容易形成水流阻力而影響航速。以某型排水量為 50000t左右的化學(xué)品船為例，在船模拖曳水池試驗中增加一項對比試驗，發(fā)現(xiàn)在同等工況下，無側(cè)推開孔的船模的水流阻力要比有側(cè)推開孔的船模小10%～20%，換算成燃效指標(biāo)則提高1%～2%。這對于船舶節(jié)能推進(jìn)過程來說是一個很大的提升。

由此，對如何在保證船舶操縱性的前提下減少能耗進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計探索。

1 應(yīng)用設(shè)計探索

1.1 導(dǎo)流格柵

為防止異物進(jìn)入側(cè)推器，一般會在安裝有側(cè)推器的船舶導(dǎo)筒兩端增設(shè)導(dǎo)流格柵（見圖2）。

在設(shè)計該導(dǎo)流格柵時，使其與船體外板有一定的線型匹配，既防止異物進(jìn)入側(cè)推器，又改善側(cè)推器筒體附近的水流，減小部分航行阻力。但是，導(dǎo)流格柵之間的間距較大，無法完全封閉筒體，船舶在航行過程中仍有額外的水流阻力，造成航行過程中燃油損耗過多。因此，必須設(shè)計一種既可完全封閉側(cè)推器筒體，又能在使用側(cè)推器時完全打開的裝置。

1.2 蓋板式側(cè)推蓋

導(dǎo)流格柵的缺點是無法完全封閉筒體，因此可考慮直接給延伸筒體配置蓋板，使其完全關(guān)閉（見圖3）。

該蓋板可將側(cè)推器筒體完全封閉，但蓋體部分突出于船體外，無法與船體型線完全貼合，在航行狀態(tài)下反而可能增大航行阻力。此外，側(cè)推器筒體一般浸沒于水中，在裝卸蓋體時需潛水員配合，操作程序煩瑣，耗時較長，船東每次操作均需承擔(dān)額外的費用，經(jīng)濟效用不高。潛水員配合裝卸蓋體3D模擬圖見圖4。

因此，必須設(shè)計一種既可將側(cè)推器筒體完全封閉，又能貼合船體型線且操作簡單的設(shè)備。

1.3 門式側(cè)推蓋

在日常生活中，門是常用的一種啟閉裝置，可考慮給筒體增設(shè)類似的門（見圖5）。

該方案將類似門的蓋體布置于延伸筒體內(nèi)側(cè)，通過轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行側(cè)推器蓋體的啟閉運行。在船舶航行過程中，可利用該側(cè)推器蓋體將側(cè)推器筒體完全封閉，改善艏部水流，減小水流阻力。該方案已成功安裝并運行在某型化學(xué)品船上（見圖6和圖7）。

由圖6和圖7可知，艏側(cè)推蓋系統(tǒng)主要包括艏側(cè)推蓋存放箱體、艏側(cè)推蓋板、轉(zhuǎn)動大臂、液壓缸、上限位裝置和下限位裝置，其主要部件的連接關(guān)系如下：

1) 艏側(cè)推蓋存放箱體分別固定在艏側(cè)推延伸筒體兩側(cè)，用于存放艏側(cè)推蓋板；

2) 艏側(cè)推蓋板與轉(zhuǎn)動大臂連接，由液壓缸驅(qū)動，進(jìn)行開啟和關(guān)閉操作；

3) 上限位裝置裝配焊接在艏側(cè)推蓋存放箱體頂端，用于艏側(cè)推蓋板完全打開后的鎖緊固定；

4) 下限位裝置裝配焊接于艏側(cè)推蓋存放箱體與延伸筒體之間，用于艏側(cè)推蓋板關(guān)閉后的鎖緊固定。

圖8為某化學(xué)品船側(cè)推蓋實物圖。與前面2種方案相比，該設(shè)計方案具有以下優(yōu)點：

1) 延伸筒體完全封閉，并與外板型線完美貼合，可極大地改善航行中的水流，減小航行阻力；

2) 側(cè)推蓋通過液壓臂的轉(zhuǎn)動完成啟閉操作，簡單方便，安全系數(shù)高；

3) 側(cè)推器打開后隱藏在筒體上方的箱型框架內(nèi)，確保側(cè)推器延伸筒體兩端無任何障礙物影響側(cè)推器的功效；

4) 維護(hù)保養(yǎng)方便。

該方案具有以上優(yōu)點，但也存在一定的不足。例如，該方案對布置空間的要求略高，要求艏側(cè)推延伸筒體兩側(cè)足夠長，從而有足夠的空間完成側(cè)推蓋啟閉操作。因此，該方案對于化學(xué)品船、油船等中低速的肥大型船舶特別適用。此外，該套設(shè)備屬于特種船舶設(shè)備，采購成本較高，需船東在設(shè)計前期做好預(yù)算。

2 結(jié) 語

在一艘安裝有門式側(cè)推蓋的化學(xué)品船試航期間對其進(jìn)行一次對比試驗，通過測量側(cè)推蓋開啟和關(guān)閉2種狀態(tài)下的航速發(fā)現(xiàn)，在相同海況及相同主機功率狀態(tài)下，側(cè)推蓋關(guān)閉狀態(tài)下的航速比開啟狀態(tài)提高2%左右，燃效值提高較多。由此證明側(cè)推蓋是一種有效的節(jié)能設(shè)備，可使船舶在保證操縱性的同時，提高燃油效率，降低能耗。因為操作簡單、維護(hù)保養(yǎng)方便，該設(shè)施適用于安裝艏側(cè)推的船舶。雖然前期需承擔(dān)較高的采購成本，但相比營運期間節(jié)省的燃油，該設(shè)施使用仍具有很高的經(jīng)濟性。

[1]徐周華. 船舶艏側(cè)推器適用的船速域[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2002, 26 (1): 116-119.

[2]侯增源. 調(diào)距槳與側(cè)推器[M]. 北京：人民交通出版社，1985.

Exploration of a New Type of Energy-Saving Device for Ships—Door-Type Bow Thruster Cover

WU An，WANG Zhong-qiang，KONG Ming-min

（Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China）

This paper introduces the application and the exploration of a new type of ship energy saving device—the door-type bow thruster cover equipment. From the conventionally used gratings that extend from the bow thruster tunnel at two ends to the external cover plates, the design is continuously optimized and explored. And eventually is found the door type bow thruster cover device that will not only save energy for ships but also operate conveniently.

energy saving; ship; door-type bow thruster cover

U661.31+3

A

2095-4069 (2017) 06-0036-03

2016-11-08

吳安，男，工程師，1985年生。2007年畢業(yè)于江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)，現(xiàn)從事船舶外舾裝設(shè)計工作。

10.14056/j.cnki.naoe.2017.06.008