大远号油船更换主机的改进设计

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(1.渤海船舶职业学院，辽宁 葫芦岛 125005;2.渤船重工船舶设计研究所，辽宁 葫芦岛 125005)

ME型电喷柴油机采用“软控”排气阀，可以实现在任何负荷工况下优化控制排气阀的开闭，从而使气缸燃油充分燃烧达到较低的氮氧化物排放，满足环境保护的要求。ME型柴油机的优越性能引发了船东对非ME型主机的船舶进行改造的要求。

加拿大TK公司大远159 000 DWT原油船主机为MAN B&W 6S70MC，输出功率16 860 kW×91 r/min。该船原总体要求为设计吃水16 m，结构吃水17.30 m，主机运行在CSR(90%CMCR)时在船体清洁无浪涌的情况下带有15%航海富裕度，航速约为15.2 kn。续航力(航速15.2 kn，设计吃水情况下)约为20 000 n mile。

渤船重工设计出一套更换主机(MAN B&W 公司的ME机型)的完整方案。

1 方案分析

MAN B&W 公司的ME机型性能优于传统机型，已经得到大多数船东的认可[1]。

1)低温起动性改善。电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行各种麻烦的起动操作，使柴油机低温起动更容易。

2)氮氧化物和烟度的排放降低。采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟。

3)发动机运转稳定性提高。采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转。

4)发动机的动力性和经济性提高。柴油机电控系统中，电控单元ECU根据传感器信号，精确计算喷油量和喷油正时，从而提高发动机动力性和经济性。

5)控制涡轮增压。采用电子控制技术可以进行增压装置精确控制。

6)适应性广。只要改变ECU的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用于各种柴油机，而且柴油机燃油喷射控制可与怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期，降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。

7)柴油机结构简单。柴油机零部件数量明显减少，链条驱动系统和凸轮轴取消，要求维护的零部件数量减少。

8)电喷柴油机在任何负荷运行时都可以处在最佳状态，而且电控系统可以避免柴油机或任何一缸超负荷。因此，与电子滑油注油结合后，气缸条件得到很大改善，维护间隔时间(TBO)也由此变得更长，由于零部件数量减少，所需主要检修时间缩短。

由于要把该油船的主机MAN B&W 6S70MC改换为MAN B&WME机型，相应地要修改许多原来的设计，包括主机的选型、轴系尺寸、机舱内相应辅机部件位置的变动等。

2 改进设计

2.1 主机选型

选用主机型号MAN B&W 6S70ME-C；主机功率分别为MCR18 660 kW×91r/min；CMCR16 794 kW×87.9 r/min；燃油消耗为169(kW·h)[2-3]。

2.2 轴系尺寸

推进轴系按照船级社规范进行强度计算，确定轴系的主要参数。

按规范要求[4]，轴径d为

式中：F——推进装置型式系数；

C——设计特定系数，

Pe——轴传递的额定功率,kW；

ne——轴的额定转速,r/min；

σb——轴材料的抗拉强度。

对于中间轴，若σb>800 MPa时,将σb取为800 MPa。

对于螺旋桨轴和艉管轴，若σb>600 MPa时，取σb=600 MPa。

原母型船中间轴最小轴径为514.9 mm，实船中间轴轴径选取580 mm；螺旋桨轴计算的最小轴径为628.2 mm，实船螺旋桨轴轴径选取680 mm。

按船级社规范要求对改进船中间轴和螺旋桨轴进行强度计算。

中间轴轴径为532.62 mm，取580 mm；螺旋桨轴轴径(艉轴承处)为649.79 mm，选取694 mm；螺旋桨轴轴径(艉管内)为612.51 mm，选取680 mm；螺旋桨轴轴径(法兰连接处)为532.62 mm，选取630 mm。最终轴径值服从于轴系扭转振动计算结果。

2.3 机舱布置

1)固定油水柜及工作舱室划分布置。根据目标船续航力及主辅机油耗，确定机舱油水柜所需要的舱容。针对机舱的总体布置，在含油的油水柜与船体外板之间增加隔舱，有利于提高本船的可靠性及环保性能。

2)主机的布置。根据艉部线形变瘦，主机前部有足够的空间，将主机前移后定位，设计出轴系布置、艉轴、中间轴等图。

3)辅助设备的优化调整。底层：增加防乳化装置油水柜；C平台：锅炉水泵下移，修改滑油冷却器容量；B平台：油舱加大，调整润滑油计量柜结构；A平台：焚烧炉加大，修改机舱行车跨距，锅炉改型；B甲板：锅炉风机移位；泵舱：缩小，调整通道布置。

2.4 技术难点

随着主机的改变，主机舱的长度变短，船舶艉部的结构和一些设备的布置都要进行重新设计。特别是锅炉的布置，由于位置的变动，相应的一些设备和管路都要重新定位，增加了工程量。

3 结论

上述方案完全满足《钢质海船建造规范》的要求，经过施工建造和下水试航后证明是可行的。

改进设计使原油船结构吃水增加了0.20 m，舱容明显增加，载油量由原来159 000 DWT变为163 000 DWT，增加了4 000 DWT，给船东带来的效益是明显的。

[1] 许乃强，石楚生．电子喷射技术在柴油机发电机组中的应用[J ]．移动电源与车辆，2002(1):7-10.

[2] 任自中．国外大功率柴油机电喷电控系统的新进展[J]．柴油机，2008(5)：38-40.

[3] 顾世明．实船应用电喷柴油机简介 [J]．航海技术，2005(1)：39-41.

[4] 中国船舶行业总公司．船舶设计实用手册轮机分册[M]．北京：国防工业出版社，2008.