船舶主机降功率节能减排技术研究

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【摘要】随着当前人们环保节能重视程度的不断提高，当前在各行各业中，人们非常重视节能减排问题，而在船舶运行过程中，往往会消耗大量的燃油，而且船舶运输也是燃油消耗的一个重点行业。如果不能科学的管理和利用，燃油的大量使用不仅仅会造成能源的浪费，而且还会对环境造成严重的影响，所以当前船舶运输业也必须要加强节能减排。要实现船舶的节能减排，可以通过采取主机降功率航行的方式来实现，但是在应用主机降功率节能减排技术的过程中，也必须要保证船舶的航行能力，所以本文主要就船舶主机降功率节能减排技术的优化进行了相应的研究。

【关键词】船舶；降功率；主机；节能减排

当前，全球都非常重视节能减排问题，要实现可持续发展，就必须在各个领域之中注重节能减排，而船舶运输是消耗燃油的重点行业，同时也是造成温室效应以及大气污染的重要因素。要想实现船舶运输的节能，船舶主机降速降功率航行是一个非常行之有效的措施。从某种意义来说，船舶主机降功率节能减排技术的应用，是实现我国的航运业可持续发展的重要手段，所以对于船舶主机降功率节能减排技术进行研究有着非常重要的意义。

1船舶节能减排技术简介

航运业是一个高能耗的产业，近年来由于船舶运输所导致的能源消耗以及环境污染问题也变得越来越突出，船舶的节能减排引起了各个国家的高度重视。而要实现船舶的节能减排，主要有两种途径：①通过对船舶上的设备进行改进；②在船舶航行过程中进行科学的管理。比如说对焚烧炉和余热回收利用设备进行利用，在船舶上使用废气涡轮增压器以及使用超长冲程的柴油机等，这些技术都是船舶中常用的节能减排技术，能够有效地节约能源，同时避免对环境造成污染。例如废热利用技术就是指通过对主机等气废热来进行暖缸，通过增设热管锅炉来对主机排气进行二次回收，从而实现对废热的利用。又比如说通过增大螺旋桨直径的同时降低船舶主机的转速来使得螺旋桨推进效率增加的方式也可以提高能源的利用效率，实现节能减排。还有对船舶航行过程中所排出的废气进行处理，这些都是常用的船舶节能减排技术。

2船舶减速降功率航行概述

2.1船舶减速降功率航行的原理

在船舶营运过程中，一种非常实用而且有效的节能减排技术就是船舶减速降功率航行，减速降功率节能技术实质上包括两个方面的内容：①在主机降功率运行之后，对低负荷工况加以优化调整和改善；②在船舶降低航速航行的时候，主机同时进行降功率运行。在实际的应用中，船舶减速降功率航行的节能机理就是依据船舶的实际使用要求，通过对设计的额定功率制造出不同的缸径和冲程的柴油机进行优化调整，从而在不同程度上进行降低额定功率工作。这样一来，就能够使得主机形成一个新的转速和功率的输出区域，而在这个区域内，就能够实现减额输出，而且通过这样的方式也能够使得缸内的最大爆发压力以及平均有效压力的比值得以提高，从而使得柴油机的耗油率得以降低，进而减少油耗。减额输出之所以能够实现节能，主要就是因为在运行的过程中，将最大持续功率时的平均有效压力值降低，然后将其作为新的额定点，而且在这个时候，最大爆发压力仍然能够保持在同最大持续功率相对应的水平，也就是说最大的爆发压力实质上是不变的。但是最大爆发压力和平均有效压力的比值是得到了有效提高的，从而使得功率在保持最大的基础之上有效地降低了耗油量。

2.2船舶减速降功率航行的优点

船舶减速降功率航行最为突出的一个优点就在于能够有效地节约能源，而且在船速降低运行时，主机的油耗会随着主机功率大幅度地降低而不断减小。在船舶主机降功率运行的过程中，功率和航速往往是呈现三次方比例减少的，正是由于柴油机具有该特性，使得船舶降功率航行得以实现，换句话来说，只需将航速略微降低，就能够有效地节省推进功率，进而节省燃油。在船舶航行的过程中，航速和主机转速是成正比的，而主机负荷和转速的立方成正比，所以说如果主机的转速降低20%，功率就会降低50%，同时油耗降低37%。这里以6S60MC柴油机为例，在对其参数进行优化之前，其航行螺旋桨特性参数如表1所示。而在对其参数进行优化之后，其SFOC分布如表2所示。2.3船舶减速降功率航行的缺点虽然通过减速降功率航行能够有效地减少能源的使用，但是这种方式也具有一定的缺陷，减速降功率航行会使得柴油机长期都处在低负荷运行的状态，而如果主机的额定功率长期在50%以下运行，有可能会使得燃烧室的部件受到污染，同时也有可能使得增压系统以及排气系统受到污染，还可能使得气缸燃烧不良，从而使得滑油消耗量大大增加。当气缸内的燃烧不良时，势必造成严重的积碳，引起管道内部燃烧，使得锅炉内部管道融化。过低的航速还有可能会使得主机的可靠性降低，维修周期甚至会大大的缩短，从而增加了轮机员的工作量和运营成本。所以在应用船舶主机降功率节能减排技术的过程中，还必须要注重对这些问题的处理。

3船舶主机降功率的主要措施

3.1应用可变喷油定时机构

可变喷油定时机构能够对喷油定时加以改变，使得喷油提前角得以增大，同时自动对柴油机的最大爆发压力进行调整，所以这也是船舶主机降功率的一个应用。高压油泵的喷油量会随着负荷的变化而不断变化，而且可变喷油定时机构还能够对供油提前角进行自动调整，所以在部分负荷时，能够使得爆发压力有效地增高，从而改善部分负荷的经济型。在船舶减速降功率航行的过程中，对可变喷油定时结构适当地进行调节，可使得柴油机的爆发压力保持在稳定的状态，而在对可变喷油定时机构进行调整的过程中，可以适当地降低爆发压力拐点值，使其等于额定爆发压力减去3.5MPa，同时还可以增加主机的负荷到100%额定功率，并且调整最高燃烧压力使其等于额定爆发压力，这样能够在提高柴油机的燃烧性能的同时有效地降低燃油消耗率。

3.2提高柴油机压缩比

要想使得船舶减速降功率运行，实际上我们还可以通过提高柴油机的压缩比来实现，在活塞杆下部或者是连杆的大端，对垫片进行适当的调整，减少气缸余隙的容积，使得压缩比得以提高，同时还能够提高终了压缩压力和温度，使得整个燃烧过程提前，有效地缩短滞燃期，使得爆发压力得以略微提高，有效地降低燃气回冲的可能性，从而使得柴油机的压缩比得以提高。但是在调整的过程中，也不能够使得压缩比增加过大，因为压缩比如果过大，有可能会使得最高爆发压力急剧增加，进而使得活塞的有效行程增加，会使得柴油机工作过程的循环功增加，进而造成更多的能耗

3.3改善废气涡轮增压器效率

当主机在功率降低且负荷较低的情况下运行时，与增压器匹配的工况就会出现失调的现象。究其原因，主要是因为当在负荷较低的情况下运行时，废气涡轮增压器的通流能力会出现过剩的情况，造成废气量缺乏，使得整个废气涡轮增压器的扫气压力不足，进一步导致运行效率的降低，最终可能导致柴油机燃烧恶化。鉴于此，可采用的废气涡轮增压器效率改善技术有透平（TC）CUT-OUT技术，即我们通常所称的停增部分增压器。该技术的适用范围为多台透平增压柴油机。如果是在封堵部分喷嘴环截面积的情况下，则主要用于单台透平增压柴油机，或者是直接改用更为小型的增压器。从这些增压器的基本运作机理来看，都是先降低增压器的通流能力，然后来提升废气涡轮的前压力。实际上，我们也可以对扫气温度进行稍稍调整，使得排气温度稍稍提高，从而进一步提高增压器的转速和扫气压力。当然，我们也可以利用辅助工具鼓风机来提高柴油机的负荷能力，但是这种做法会提升燃油消耗，不符合成本经济原则。

4结语

在船舶航行过程中，必须要注重节能减排，而通过采取船舶主机降功率节能减排技术能够有效地减少船舶的能耗，从而进一步降低船舶的能耗，有利于我国航运业的可持续发展。本文对于船舶主机降功率节能减排技术的相关原理以及具体措施进行探讨，提出应用可变喷油定时机构、提高柴油机压缩比以及改善废气涡轮增压器效率三方面建议，希望可以通过这方面的践行来更好地实现船舶主机降功率，以期能够为实现船舶的节能减排提供相应的参考。

作者:李世活 单位:广西梧州船舶检验局

参考文献

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