營運(yùn)船舶動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)改裝

程慧君，丁有鳳，俞洋柯

（寧波新樂造船有限公司，浙江寧波 315103）

0 引言

近年航運(yùn)市場持續(xù)低迷，新建造的綠色低能耗大型船舶的大量投入運(yùn)營，造成原有的一些中小型船舶難以生存。特別是南北航線的一些中小型集裝箱船舶，長期處于虧損狀態(tài)。北方一家航運(yùn)公司不堪重負(fù)，計(jì)劃為一批5 000 t～8 000 t的船舶更換較小馬力的主機(jī)，以提高船舶的經(jīng)濟(jì)性，委托寧波新樂造船有限公司（下稱：寧波新樂造船）做改裝設(shè)計(jì)。

先改裝的是一條在2004年建造的6 000 DWT多用途船，主機(jī)采用陜西柴油機(jī)廠生產(chǎn)的大發(fā)DKM-28型柴油機(jī)，主機(jī)功率為2 500 kW，轉(zhuǎn)速為750 r/min[1]，設(shè)計(jì)航速為12.0 kn。在與航運(yùn)公司機(jī)務(wù)的交流中發(fā)現(xiàn)，該船現(xiàn)在運(yùn)行狀況極其糟糕，實(shí)際運(yùn)營航速為8 kn～9 kn，主機(jī)日油耗為7.4 t/d，主機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速為560 r/min左右，排氣溫度～410℃，增壓器增壓壓力僅～0.12 MPa。最大的問題是主機(jī)轉(zhuǎn)速拉到600 r/min，增壓器會(huì)出現(xiàn)喘振，多次清洗、維修未果，甚至“切割”螺旋槳后，主機(jī)狀況也未得到改善。在該狀況下，不僅經(jīng)濟(jì)性低下（處于虧損狀態(tài)），若遇大風(fēng)浪，船舶的安全都難以保障。

此外，該船主機(jī)燃燒狀況非常不好，長期冒黑煙，排氣溫度過高，產(chǎn)生大量的CO、煙塵和NOX，對(duì)環(huán)境影響非常大，亦被列入淘汰行列。

1 造成該船狀況的原因

針對(duì)上面6 000 DWT的狀況，通過實(shí)船查看和測量，分析認(rèn)為出現(xiàn)這些狀況的原因如下：

1）為降低油耗，在主機(jī)已出現(xiàn)超負(fù)荷的情況下，仍過分地降低主機(jī)轉(zhuǎn)速，造成增壓器增壓壓力過低、供氣不足、燃燒不完全，后燃嚴(yán)重、排氣高溫。進(jìn)而導(dǎo)致增壓器工作環(huán)境進(jìn)一步惡化，一段時(shí)間下來，增壓器功能衰退，主機(jī)轉(zhuǎn)速再拉上去，增壓器出現(xiàn)喘振狀況。

2）螺旋槳設(shè)計(jì)偏“重”，預(yù)留海上裕度不夠，船舶污底后，出現(xiàn)主機(jī)超負(fù)荷現(xiàn)象。

3）主機(jī)單位功率油耗（～235 g/kw.h）偏大，遠(yuǎn)高于主機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)油耗。

4）尾部肥大，水流不好，螺旋槳效率低。

5）運(yùn)行航速過低、船舶經(jīng)常停運(yùn)，造成船舶污底嚴(yán)重，船舶阻力偏大。

6）此外，在實(shí)船測繪時(shí)，提出該船滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，舵機(jī)艙下可能有較大的震動(dòng)。該猜測得到了輪機(jī)長的證實(shí)。輪機(jī)長告知，以前主機(jī)轉(zhuǎn)速超過到720 r/min時(shí)，舵機(jī)艙震動(dòng)非常大，致使整個(gè)上建都在“抖動(dòng)”。這是由于水流狀況不好，造成螺旋槳后水流上翻，撞擊外板所致。

2 改造成本和可行性分析

接到該設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，首先考慮更換主機(jī)，如果選用廣柴8320ZCd-6，2 060 kW，525 r/min機(jī)型，加上新設(shè)計(jì)采購螺旋槳、人工、材料等費(fèi)用，一次性投入至少450萬。改裝后，船是恢復(fù)了生命力，但在當(dāng)前航運(yùn)低迷的情況下，只能保持微利，需要很長時(shí)間，才能收回投資成本。如改裝達(dá)不到預(yù)期效果，可能就永遠(yuǎn)收不回成本，得不償失。為此，請(qǐng)教多位專家后認(rèn)為，對(duì)主機(jī)進(jìn)行修復(fù)、調(diào)校，然后降負(fù)荷使用的方案比較好，對(duì)柴油機(jī)多出的部分功率，可考慮增加軸帶發(fā)電機(jī)。

在寧波新樂造船的建議下，船東邀請(qǐng)大發(fā)主機(jī)服務(wù)工程師登船查看。服務(wù)工程師認(rèn)為，主機(jī)氣缸、活塞、曲軸、缸頭等部件狀況還不錯(cuò)，增壓器需進(jìn)行大修或更換。并且認(rèn)為船東低負(fù)荷運(yùn)行的要求是可行的，只需根據(jù)實(shí)際增壓器前后壓力和廢氣的排量，調(diào)整增壓器噴嘴大小和噴射角度，提高增壓器效率和調(diào)整主機(jī)油尺、噴油嘴，以及進(jìn)排氣等系統(tǒng)即可。

鑒于主機(jī)有修復(fù)的可能性，也能達(dá)到降負(fù)荷運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)，并且能大大降低成本，船東很快確認(rèn)了改裝方向。

3 改造設(shè)計(jì)方案

在得到船東的認(rèn)可后，著手該船的改裝設(shè)計(jì)，提出改裝方案：

1）同主機(jī)服務(wù)工程師、船東商量確定，主機(jī)最大功率MCR限制在2 200 kW左右，常用功率取80%MCR，并預(yù)留15%海上裕度和100 kW PTO輸出功率。

2）改裝齒輪箱。原齒輪箱速比為2.5∶1，螺旋槳轉(zhuǎn)速過高，對(duì)螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常不利。結(jié)合螺旋槳狀況和軸系強(qiáng)度（軸系不考慮更換），將齒輪箱速比定為3.5∶1[2]；另增加～100 kW PTO輸出軸；同齒輪箱廠家確認(rèn)，需更換二級(jí)減速齒輪、離合器、上外殼，增加PTO齒輪和彈性聯(lián)軸器。

3）加裝100 kW的軸帶發(fā)電機(jī)，采用變頻技術(shù)，供航行時(shí)使用。

4）根據(jù)實(shí)船所測扭矩，推算船舶阻力，設(shè)計(jì)螺旋槳。為改善水流，降低振動(dòng)，確認(rèn)采用大側(cè)斜高效螺旋槳[3]。

5）針對(duì)水流狀況不好，設(shè)計(jì)了2塊導(dǎo)流板[4]。

4 改造效果

設(shè)計(jì)完成后，船東訂制螺旋槳、主機(jī)凸輪軸、增壓器配件，齒輪箱配件等設(shè)備及配件。1個(gè)月后船舶進(jìn)塢，由于準(zhǔn)備充分，且沒有大的船體結(jié)構(gòu)改動(dòng)，14天順利出塢試航。80%MCR時(shí)，航速11.5 kn（壓載狀態(tài)），主機(jī)排氣溫度降至380℃，增壓器增壓壓力升至0.14 MPa（滿足低負(fù)荷運(yùn)行需要）；MCR時(shí)，航速達(dá)12.4 kn（壓載狀態(tài)），超出船東的預(yù)期。

半年后船東反饋，75%MCR帶軸帶發(fā)電機(jī)航行時(shí)，航速10.2 kn（滿載），日油耗7.1 t，較改裝前主機(jī)油耗下降了～0.3 t/d，副機(jī)不用開了，每天又可節(jié)省0.4 t～0.5 t輕柴油，航速較改裝前提升約1.5 kn，主機(jī)排氣高溫狀況得到徹底根除，船舶振動(dòng)得到改善。該船改裝成本在180萬左右，預(yù)計(jì)當(dāng)年可回收成本，進(jìn)一步印證，該船的改裝非常成功。船東也積極推進(jìn)后續(xù)船的改裝工作。

5 結(jié)論

本文通過船舶動(dòng)力裝置經(jīng)濟(jì)性和安全性分析，說明動(dòng)力裝置對(duì)于船舶的重要性，結(jié)合實(shí)例指出了動(dòng)力裝置的改進(jìn)方法和措施，為營運(yùn)船舶動(dòng)力裝置的改進(jìn)提供了指導(dǎo)和實(shí)踐依據(jù)。