营运船舶动力推进系统改装

程慧君，丁有凤，俞洋柯

（宁波新乐造船有限公司，浙江宁波 315103）

0 引言

近年航运市场持续低迷，新建造的绿色低能耗大型船舶的大量投入运营，造成原有的一些中小型船舶难以生存。特别是南北航线的一些中小型集装箱船舶，长期处于亏损状态。北方一家航运公司不堪重负，计划为一批5 000 t～8 000 t的船舶更换较小马力的主机，以提高船舶的经济性，委托宁波新乐造船有限公司（下称：宁波新乐造船）做改装设计。

先改装的是一条在2004年建造的6 000 DWT多用途船，主机采用陕西柴油机厂生产的大发DKM-28型柴油机，主机功率为2 500 kW，转速为750 r/min[1]，设计航速为12.0 kn。在与航运公司机务的交流中发现，该船现在运行状况极其糟糕，实际运营航速为8 kn～9 kn，主机日油耗为7.4 t/d，主机运行转速为560 r/min左右，排气温度～410℃，增压器增压压力仅～0.12 MPa。最大的问题是主机转速拉到600 r/min，增压器会出现喘振，多次清洗、维修未果，甚至“切割”螺旋桨后，主机状况也未得到改善。在该状况下，不仅经济性低下（处于亏损状态），若遇大风浪，船舶的安全都难以保障。

此外，该船主机燃烧状况非常不好，长期冒黑烟，排气温度过高，产生大量的CO、烟尘和NOX，对环境影响非常大，亦被列入淘汰行列。

1 造成该船状况的原因

针对上面6 000 DWT的状况，通过实船查看和测量，分析认为出现这些状况的原因如下：

1）为降低油耗，在主机已出现超负荷的情况下，仍过分地降低主机转速，造成增压器增压压力过低、供气不足、燃烧不完全，后燃严重、排气高温。进而导致增压器工作环境进一步恶化，一段时间下来，增压器功能衰退，主机转速再拉上去，增压器出现喘振状况。

2）螺旋桨设计偏“重”，预留海上裕度不够，船舶污底后，出现主机超负荷现象。

3）主机单位功率油耗（～235 g/kw.h）偏大，远高于主机台架试验油耗。

4）尾部肥大，水流不好，螺旋桨效率低。

5）运行航速过低、船舶经常停运，造成船舶污底严重，船舶阻力偏大。

6）此外，在实船测绘时，提出该船满负荷运行时，舵机舱下可能有较大的震动。该猜测得到了轮机长的证实。轮机长告知，以前主机转速超过到720 r/min时，舵机舱震动非常大，致使整个上建都在“抖动”。这是由于水流状况不好，造成螺旋桨后水流上翻，撞击外板所致。

2 改造成本和可行性分析

接到该设计任务时，首先考虑更换主机，如果选用广柴8320ZCd-6，2 060 kW，525 r/min机型，加上新设计采购螺旋桨、人工、材料等费用，一次性投入至少450万。改装后，船是恢复了生命力，但在当前航运低迷的情况下，只能保持微利，需要很长时间，才能收回投资成本。如改装达不到预期效果，可能就永远收不回成本，得不偿失。为此，请教多位专家后认为，对主机进行修复、调校，然后降负荷使用的方案比较好，对柴油机多出的部分功率，可考虑增加轴带发电机。

在宁波新乐造船的建议下，船东邀请大发主机服务工程师登船查看。服务工程师认为，主机气缸、活塞、曲轴、缸头等部件状况还不错，增压器需进行大修或更换。并且认为船东低负荷运行的要求是可行的，只需根据实际增压器前后压力和废气的排量，调整增压器喷嘴大小和喷射角度，提高增压器效率和调整主机油尺、喷油嘴，以及进排气等系统即可。

鉴于主机有修复的可能性，也能达到降负荷运行，提高经济性的目标，并且能大大降低成本，船东很快确认了改装方向。

3 改造设计方案

在得到船东的认可后，着手该船的改装设计，提出改装方案：

1）同主机服务工程师、船东商量确定，主机最大功率MCR限制在2 200 kW左右，常用功率取80%MCR，并预留15%海上裕度和100 kW PTO输出功率。

2）改装齿轮箱。原齿轮箱速比为2.5∶1，螺旋桨转速过高，对螺旋桨的优化设计非常不利。结合螺旋桨状况和轴系强度（轴系不考虑更换），将齿轮箱速比定为3.5∶1[2]；另增加～100 kW PTO输出轴；同齿轮箱厂家确认，需更换二级减速齿轮、离合器、上外壳，增加PTO齿轮和弹性联轴器。

3）加装100 kW的轴带发电机，采用变频技术，供航行时使用。

4）根据实船所测扭矩，推算船舶阻力，设计螺旋桨。为改善水流，降低振动，确认采用大侧斜高效螺旋桨[3]。

5）针对水流状况不好，设计了2块导流板[4]。

4 改造效果

设计完成后，船东订制螺旋桨、主机凸轮轴、增压器配件，齿轮箱配件等设备及配件。1个月后船舶进坞，由于准备充分，且没有大的船体结构改动，14天顺利出坞试航。80%MCR时，航速11.5 kn（压载状态），主机排气温度降至380℃，增压器增压压力升至0.14 MPa（满足低负荷运行需要）；MCR时，航速达12.4 kn（压载状态），超出船东的预期。

半年后船东反馈，75%MCR带轴带发电机航行时，航速10.2 kn（满载），日油耗7.1 t，较改装前主机油耗下降了～0.3 t/d，副机不用开了，每天又可节省0.4 t～0.5 t轻柴油，航速较改装前提升约1.5 kn，主机排气高温状况得到彻底根除，船舶振动得到改善。该船改装成本在180万左右，预计当年可回收成本，进一步印证，该船的改装非常成功。船东也积极推进后续船的改装工作。

5 结论

本文通过船舶动力装置经济性和安全性分析，说明动力装置对于船舶的重要性，结合实例指出了动力装置的改进方法和措施，为营运船舶动力装置的改进提供了指导和实践依据。