淺談船舶動力裝置的發(fā)展趨勢

祝備

【摘? 要】船舶動力裝置的質(zhì)量決定了船舶的長久性發(fā)展。傳統(tǒng)的船舶動力裝置已經(jīng)跟不上時代發(fā)展的步伐，只有不斷探尋船舶動力裝置的新技術(shù)，開發(fā)節(jié)能環(huán)保的動力裝置，才能推動船舶行業(yè)的健康發(fā)展。論文簡要闡述了船舶動力裝置的定義及類型，根據(jù)船舶動力裝置的現(xiàn)狀探究了未來的發(fā)展方向，即以節(jié)能減排、環(huán)境保護為目標(biāo)，為航運企業(yè)節(jié)省能源資源，降低對環(huán)境的污染，使船舶企業(yè)獲得良好的社會經(jīng)濟效益。

【Abstract】The quality of marine power plant determines the long-term development of the ship. The traditional marine power plant has not kept up with the pace of the development of the times. Only by continuously exploring new technology of marine power plant and developing energy-saving and environmental protection power plant， can the healthy development of the marine industry be promoted. This paper briefly describes the definition and type of marine power plant， and according to the current situation of marine power plant， explores the future development direction， which takes energy-saving， emission reduction and environmental protection as the goals， saves energy resources for shipping enterprises， reduces environmental pollution， and enables shipping enterprises to obtain good social and economic benefits.

【關(guān)鍵詞】船舶;動力裝置;節(jié)能;環(huán)保

【Keywords】ship; power plant; energy-saving; environmental protection

【中圖分類號】U664.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0166-02

1 引言

近年來，我國船舶產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，各項研究也不斷深入。由于船舶作為水上重要的交通工具，其直接影響到海上的經(jīng)濟，也關(guān)系到一個國家的軍事安全。船舶動力裝置作為船舶的重要部分，對船舶的運行起到至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的船舶動力裝置主要是蒸汽機，目前我國開始使用聯(lián)合型的發(fā)動機，標(biāo)志船舶動力裝置在不斷地演變和革新，未來也會朝著節(jié)能減排環(huán)保的方向前進。

2 船舶動力裝置的定義

2.1 什么是船舶動力裝置

所謂船舶動力裝置，是一種為船舶行駛提供動力的裝置，在一定程度上保證船舶正常運行。只有船舶在動力源的支持下，才能促使船舶在海上正常航行，為船上人員提供較為正常的生活保障。因此，船舶作為海上運輸極為重要的部分，其動力裝置更是船舶中必不可少的關(guān)鍵組成部分，主要包括主動力裝置、輔助動力裝置以及輔機和其設(shè)備等。

首先，主動力裝置是用來提供推進動力的裝置，其可以保證船舶實現(xiàn)正常航行。只有主動力裝置啟動后，結(jié)合螺旋槳的使用，才能推動整個船舶的前進后退的運行。其次，輔機設(shè)備主要是甲板、錨機等相關(guān)的機械。隨著社會的進步，我國的船舶性能也在提高，輔機設(shè)備也會隨之相應(yīng)地增加或減少。輔機設(shè)備主要為船舶上的壓載水系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、排水系統(tǒng)及其消防系統(tǒng)提供動力，是船舶動力裝置中不可忽視的部分。

2.2 船舶動力裝置的類型

目前，我國船舶動力裝置的類型主要包含蒸汽、汽油、柴油、燃氣等，同時，部分動力裝置利用核能為船舶行駛提供動力。蒸汽機最早應(yīng)用在火車上，之后應(yīng)用于船舶中。蒸汽機的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較為簡單、制作成本低，但機身較重，隨著時間的推移，已經(jīng)發(fā)展成多項復(fù)合型的鍋爐。汽油機和柴油機都是屬于燃油機械，需要通過氣囊燃燒油產(chǎn)生熱量。船舶中柴油機的熱效率極高，熱量損失少，但在汽油機燃燒時，散失的熱量往往較多，單機的功率比不上柴油機。因此，柴油機成為船舶動力裝置中廣泛應(yīng)用的一種類型。相較于前幾種類型的動力裝置來說，核動力裝置是較為環(huán)保的船舶動力裝置，其主要利用反應(yīng)堆來產(chǎn)生蒸汽，核反應(yīng)堆的巨大能量連續(xù)不斷地被冷水黏附，熱量通過這樣的方式傳遞下去就實現(xiàn)了動力裝置的有效運轉(zhuǎn)[1]。

3 船舶動力裝置的發(fā)展方向

3.1 船舶動力裝置的節(jié)能化

一般來說，船舶柴油機最低燃油消耗率運行點大約占80%的額定負荷。在此狀況下，如果再通過多種措施不斷提高最高燃燒壓力Pmax，進而提升柴油機的熱效率，在這樣的運行狀態(tài)下柴油的消耗率則會不斷降低。節(jié)能運行點的選擇如圖1所示。

如果需要將最高燃燒壓力Pmax保持不變，然后降低平均有效壓力Pe就可以減小噴油量，此時的轉(zhuǎn)速n不變。這就相當(dāng)于發(fā)電機特性或者負荷特性節(jié)油運行點ERG在n和Pe同時降低的情況下能夠提升特性節(jié)油運行點ERG。根據(jù)相關(guān)研究，轉(zhuǎn)速n在降低1%時，螺旋槳的推進效цp可提高0.26%～0.31%。一旦Pe出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，此時Pmax不變，再進行調(diào)整，可以改善柴油機的熱效率。使Pe再降低1%時，燃油消耗率也可以降低0.21%～0.26%。實踐說明，合理選擇節(jié)油運行點可以使得燃油消耗率降低4.5%，轉(zhuǎn)速n的降低能夠使цp提高2.5%，Pe的降低則使燃油消耗率也隨之降低。對船舶柴油機使用功率的確定，除了考慮經(jīng)濟條件外，需要考慮船舶在使用過程中會結(jié)下污垢，導(dǎo)致船舶阻力增加，出現(xiàn)主機超載的現(xiàn)象。如果出現(xiàn)螺旋槳表面磨損，也會降低船舶運行的效率?？傊裼蜋C的使用功率通常選擇在額定功率的80%～92%。

3.2 調(diào)整船舶的最佳航速

船舶的行駛速度也至關(guān)重要，合理的航速能夠衡量技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟指標(biāo)中較為有利的條件，在某一范圍內(nèi)或條件下關(guān)鍵指標(biāo)起著決定性作用，此指標(biāo)代表船舶航速的理想狀態(tài)。所謂船舶最佳航速需要達到兩個指標(biāo)：最低能耗航速和最低營運費用航速。最低能耗航速代表消耗率最低的航速，不僅由動力裝置決定的，還是要考慮燃油的費用。在一定的航程內(nèi)，由于航速的降低，會增加航行的時間，進而導(dǎo)致航運費用的增加[2]。因此，航速越低、燃油消耗越低，并不代表船舶的理想航速（見圖2）。

在圖2中，3個交點Vg代表船舶的最佳航速，其接近于船舶運輸總費用的最低點。最高營運航速是在船舶長途行駛過程中盈利最大的航速，相當(dāng)于在行駛過程中能夠得到較好的經(jīng)濟效益，需要同時考慮支出和收入。最低的航行費用航速，主要就是航行時間內(nèi)燃油費用以及其他費用相加后最小的航速，反復(fù)計算后，航行費用最低的航速為Ve=。

其中，f代表船舶需要支出的運營費，k代表系數(shù)。

船舶在運行過程中需要選擇合理的航速運行，此過程中需要進行科學(xué)有效的計算，保障船舶運營企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3.3 船舶動力裝置的環(huán)?；?/p>

我國船舶動力裝置中柴油機是經(jīng)濟合理的選擇，隨著社會的發(fā)展，人們的環(huán)保意識逐漸增強。在未來，船舶動力裝置將設(shè)計各種低污染的動力裝置，例如，太陽能、風(fēng)能，降低資源能源的消耗。新型的動力裝置利用太陽能、風(fēng)能既節(jié)約了資源，又環(huán)?？稍偕?/p>

4 船舶動力裝置的技術(shù)發(fā)展方向

4.1 開發(fā)新的燃料

船舶動力裝置中應(yīng)用了大量的油基燃料，但地球上的油基燃料是有限的，長期的使用會出現(xiàn)燃料的短缺。我國船舶動力裝置的研究方向需要考慮原油的儲存量以及動力生產(chǎn)過程中的消耗。未來，船舶動力裝置不僅是以石油為基本的原料，還需要考慮其他新的原料代替石油作為基礎(chǔ)燃料。

4.2 借助風(fēng)帆起航

船舶動力裝置必須實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。利用風(fēng)力資源是促進船舶節(jié)能減排的重要途徑。隨著自動化技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以通過計算機自動控制風(fēng)帆及風(fēng)帆與動力裝置的優(yōu)化配合，節(jié)約資源，降低污染，開啟船舶企業(yè)的新時代。

4.3 研究智能新技術(shù)

想要實現(xiàn)船舶動力裝置的節(jié)能減排，需要開發(fā)智能化技術(shù)，主要是能夠妥善使用電子計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。針對柴油機和船舶的各種數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，做到有效控制和管理，保證柴油機每時每刻處于最佳的運行狀態(tài)。

5 結(jié)語

綜上所述，我國的船舶企業(yè)在不斷發(fā)展和進步，船舶動力裝置的設(shè)計創(chuàng)新勢在必行。當(dāng)前，我國的柴油、汽油等多種動力來源已經(jīng)不能滿足船舶行駛的實際需求，需要開發(fā)優(yōu)質(zhì)、合理的動力裝置、能源，推動船舶行業(yè)有序發(fā)展。未來，船舶動力裝置的設(shè)計主要以節(jié)能減排環(huán)保為目標(biāo)，只有將更多新型技術(shù)、綠色技術(shù)應(yīng)用到船舶動力裝置中，才能保證船舶動力裝置的良性運轉(zhuǎn)，使船舶企業(yè)獲得更高的環(huán)境效益、社會效益、經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

【1】梁恩勝，劉文科，惠節(jié).船舶主推進動力裝置的發(fā)展趨勢探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（36）：128.

【2】黃建新.船舶動力裝置發(fā)展新趨勢探討[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2016，29（06）：19-21.