1、Construction Technics1 捕撈漁船耗能現狀及原因分析隨著燃油價格的上漲和常規能源的日漸枯竭，能源的有效利用和合理使用得到越來越多的重視。我國是世界上漁船數量最多的國家，漁船耗油量占海洋漁業生產成本的50%以上，約占全國柴油總消耗量的13%。燃油消耗成本是影響海洋漁業發展的最主要因素，也成為制約漁業可持續發展的關鍵問題。開展漁船節能降耗工作，積極推廣經濟節能漁船船型，廣泛應用漁船節能技術和節能產品，必將會產生巨大的經濟效益和良好的社會效應，使漁業船舶逐步走上科技含量高、經濟效益好、能源消耗低、環境污染少、對資源破壞較小、人力資源優勢得到充分發揮的資源節約型的發展道路。在漁業船

2、舶中，海洋捕撈漁船占有重要的地位，其動力裝置的優化配置是一個典型的課題。目前我國漁船柴油機動海洋捕撈漁船推進系統節能的技術途徑Technical Means of Energy-saving for Propulsion System ofMarine Fishing Vessel嚴 謹，揣華建，李 湛（ 廣東海洋大學，湛江 524088 ）YAN Jin, CHUAI Huajian, LI Zhan( Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088 Abstract: Energy consumption of propulsion system

3、for marine shing vessel has greatly in uenced the development of ocean shery. This paper analyzes present status and reasons of energy consumption for marine shing vessel, discusses the theoretical bases of energy-saving of propulsion system and presents several primary technical means of propulsion

4、 system. Analysis indicates that energy-saving of propulsion system is involved in many factors, such as ship type, ship performance, selection of main engine and propeller, etc.Key words: Marine shing vessel; Propulsion system; Energy-saving; Technical means摘 要：捕撈漁船推進系統能耗問題是影響海洋漁業發展的重要因素。本文對當前捕撈漁船的

5、能耗現狀及原因進行了剖析，探討了推進系統節能的理論基礎，提出了推進系統節能的幾條主要技術途徑。最后指出，推進系統的節能是一個系統工程，必須全面考慮船型、船的性能、主機和螺旋槳的選配等諸多因素，以使推進效率達到最佳。關鍵詞：海洋捕撈漁船；推進系統；節能；技術途徑力裝置的熱利用率還很低，估計只有30%左右，而國外一般船舶熱利用率高達50%以上，這說明我國漁船推進系統節能的潛力還很大。如果能將熱利用率提高20%，就能節省很大數量的柴油，也相應減少了排放污染1。造成我國漁船推進系統效率較低的主要原因是：漁業船舶動力裝置（主機）性能與日本等發達國家相比，動力性和經濟性等都存在一定差距；我國群眾漁業船舶在

6、設計、制造上還比較落后(特別是沙灘造船，缺少詳細的漁船設計資料；漁業船舶螺旋槳制造無據可循，加工工藝落后；我國近海漁業資源嚴重衰退，傳統作業方式發生改變，大量漁船進行了改造。這些原因造成了船、機、槳、網匹配不盡合理，漁船主機功率得不到充分發揮，制約了漁業生產的發基金項目：廣東省自然科學基金 ( 7301156 作者簡介：嚴 謹（1974-），男，副教授，主要從事船體結構設計方面研究。收稿日期：2009年11月13日Construction Technics展，而且增加了漁船的能耗。隨著國際市場石油價格的持續上漲，漁撈成本大為增加，漁業生產陷入了低谷，面臨著極為嚴峻的形勢2。2 推進系統節能的理

7、論基礎對推進系統進行節能分析，其理論基礎仍然是熱力學第一和第二定律。分析船舶推進系統能量的轉化效果和節能潛力的大小，傳統的和習慣用的方法是用“熱效率”和“熱損失”指標來衡量，熱效率越低和熱損失越大說明能量的轉換效果越差，節能潛力越大。另外，也可以根據熱平衡的方法，繪出熱流圖或列出熱平衡表，從中看出有多少能量被損失和在什么地方損失，多少能量能被有效利用等。這些都是從熱平衡概念出發，其依據是熱力學第一定律。這種分析方法具有很大的片面性和局限性，因為它依據的僅僅是能在量上的守恒，而不是能的全面本性，沒有考慮到能在質量上的差別，因而帶有不夠全面和不夠合理的成分。熱力學第二定律所涉及的就是能在質方面的本

8、性，不同質的能量其做功能力是不同的。第二定律述及過程的方向性和不可逆性，揭示了能量轉換方向的不對等性。當任何一種形式的能量被轉移或轉化為另一種形式的能量時，能的量不發生變化，但其質只可能降低或不變。也就是說能在質上具有貶值的特性，能質的降低意味著做功能力的減少。為了合理衡量和正確反映能量轉換效果、熱能利用裝置的完善性和技術措施的有效程度，必須同時依據熱力學第一、第二定律綜合能量的數量和質量3。從推進系數（ 分別是軸系傳動效率、敞水螺旋槳效率、相對旋轉效率和船身效率）的定義來看，降低主機燃油耗量，提高推進效率，主要與船舶航行阻力、螺旋槳推進性能和船機槳最佳配合等因素有關。實際中，提高整個船舶推進

9、系統的熱經濟性不但要提高熱能在各個部件中的能量轉換效果，還要從整體角度考慮使熱能得到最大限度的和合理的利用。因此就要揭示在能量轉換過程中引起的各種損失和檢驗能量利用的有效程度，研究減少這些損失的途徑和方法以及提高推進系統熱能轉換效果的規律，以有效提高整個推進系統的經濟性。3 推進系統節能的技術途徑3.1 推廣經濟節能漁船船型在新建造的漁船設計方面，必須重點考慮節能問題?？梢赃m當減小船的方形系數，以降低興波阻力、渦流阻力，減少主機功率消耗。再比如采用輕型船體材料、合理選擇尺度、光順線型、提高建造精度、減少固定壓載、減小船體表面粗糙度、采用球首等。此外，玻璃鋼漁船具有廣闊推廣前景，玻璃鋼漁船比鋼質

10、漁船節油6%，比木質漁船節油10%。玻璃鋼漁船、鋼質漁船和木質漁船的使用壽命分別是30年、20年和10年1。3.2 充分利用柴油機的熱效率柴油機是漁船的心臟，它的燃燒和運轉性能，直接影響能源消耗，在選型和改造時都必須慎重考慮。以前，我國有較大部分漁船使用的柴油發動機，是國外淘汰下來的舊柴油機，這些舊機器普遍油耗很大，故障較多。近些年，國產新機型不斷涌現，為漁船主機選型提供了有利條件。漁船設計時也要對主機進行節能設計。選用柴油發動機除了考慮低能耗外，主機盡量采用單機單槳，避免采用3機3槳，有效利用主機功率。此外，可以通過改善機艙通風情況和采取舷外進氣等措施，提高主機的燃燒效率。利用主機產生的廢氣

11、熱能進行制冰和海水淡化，可進一步降低成本。3.3 實現船、機、槳、網的優化匹配漁船是一種多工況船舶，這就決定了漁船主機的工作條件十分復雜，而主機功率能否充分發揮以及主機在額定轉速下是否超負荷，除了主機本身的因素以外，船體、主機、螺旋槳以及網的匹配對其有重要影響。而目前使用中的漁船，船、機、槳、網匹配不盡合理的情況屢見不鮮，特別是對于群眾漁業的小型漁船，據不完全統計，不匹配率竟高達40%以上，這不但降低了漁船的經濟效率，而且給漁船的安全生產帶來隱患。通過對漁船主機軸功率進行實船測試，不僅可以發現主機的技術狀況是否良好，而且可以判斷船、機、槳、網匹配的情況，為船廠和用戶提供可靠的試驗數據，以便及時

12、進行修理或調整，以保證主機和整個船舶都處于良好的技術狀態4。建議對于新建造船舶、大修后、船舶設備或船舶結構有較大改進或改裝可能影響到船舶吃水或航行阻力時，都應對軸功率進行測試。3.4 采用雙速比齒輪箱, 合理選擇主機工況點在捕撈漁船中，拖網漁船約占80%以上。由于拖網捕撈漁船作業的特殊性，存在著自由航行與拖網航行之間的矛盾，雙速比齒輪箱可解決這一矛盾。它保證了漁船在自由航行時有較高的航速，在拖網航行時有較大的拖力。經驗表明，采用雙速比齒輪箱后，在自航和拖網兩檔速比下，主機都能保持在額定轉速下工作，充分發揮了主機的功率。拖力和拖速的增加，使我們可以適當加大網具以增大掃海面積，提高漁船單產量。另外

13、，使用雙速比齒輪箱，漁船在拖網工況時減少了柴油機“冒黑煙”、超負荷以及由于低速大負荷運轉造成的單位時間耗油量高等不利狀況，節油率可達5%左右5。3.5 安裝水動力附加節能裝置水動力附加節能裝置有：前置導管（又稱進流補償導管）、適伴流導管、舵球鰭（又稱導流罩推力鰭組合裝置）、槳轂帽鰭、槳前扇形整流鰭、整流隔板、不對稱船尾線型。它們的特點：一是改善螺旋槳的進流，使槳之進流更均勻些；二是減少或消除船尾（或槳轂帽后部）的水流分離；三是產生附加推力（各種導管和某些鰭）；四是使槳之進流預旋，把螺旋槳尾流中原先損失的旋轉能量轉化為推進。各項水動力附加節能裝置可節能5%8% 6。此外，根據捕撈漁船的工況特點，

14、合理（下轉第46頁）s r P C t C =，其中C ，P ，r 和s Construction Technics （上接第32頁）設計螺旋槳的工況點，盡可能選用調距槳、大直徑低轉速螺旋槳等，也可以有效改善尾流，實現節能的目的。3.6 根據不同漁船，確定節能航速對于給定航程，提高漁船的航速固然可縮短時間，但需提高主機的轉速，導致推進效率下降。從推進特性曲線看，漁船航速與主機轉速是成正比，而推進功率與航速或主機轉速是三次方的關系。例如：當航速從額定時的100%下降到95%時，降低5%（也即降低主機轉速5%），可使主機功率下降14.3%，節省燃油9.7%，延長航行時間5.3%；降低航速10%，則

15、主機功率下降27.1%，節省燃料19%，延長航行時間11.1%。同時，在降低主機轉速航行時，還可使螺旋槳的效率有所提高，因而從降低機械損失方面也得到了好處。一般螺旋槳轉速每降低1%，螺旋槳效率可提高0.25%0.3%1?？梢姖O船的航速對主機消耗的功率與燃油消耗有巨大的影響，航速的降低率將帶來主機功率與耗油降低率的成倍增加。4 結束語綜上所述，合理設計漁船動力裝置及推進系統的整個過程是一個系統工程，必須全面考慮船型、船的性能（如航速、拖力等指標）、主機的功率配置和螺旋槳等節能裝置的選取等諸多因素，這樣才能使漁船推進系統的整體性能達到最佳狀態，實現以最高的推進效率做功，從而使燃料損耗率達到最低限度

16、，達到節能增效的目的。參考文獻1 蔡學廉,王世明.漁船節能減排存在的問題與對策J.河北漁業,2008, 180(12:50-53.2 宋秋紅,夏泰淳,張健等.漁船動力裝置優化配置的研究J.造船技術, 2007,275(1:16-19.3 任文江,施潤華.船舶動力裝置節能M.上海交通大學,19914 宋協法,焦志剛.通過主機軸功率的測試判斷船體、主機、螺旋槳三者 的匹配狀況J.海洋湖沼通報,1997,1:18-22.5 朱建康.淺談漁船節能的幾種有效途徑J.中國水產,1995,8:35-36.6 蔡學廉.漁船節能開發和推廣要點J.漁業現代化,2007,2:61-62.3 分析螺旋槳和螺旋槳軸采用

17、無鍵連接，原設計錐度要求：20，按目前的小端尺寸計算出實際錐度為（765-683.45）/1 629=1：19.975，CCS規范要求錐度不大于1/15，所以實際錐度還是滿足規范要求。螺旋漿位置示意圖見圖3。后空腔長度 A 50mm 前空腔長度 B 40mm 螺旋槳轂到螺旋槳軸錐度小端距離 C 21mm 螺旋槳轂長度 D 1650mm 螺旋槳軸錐度段長度 E1629mm圖3 螺旋槳位置示意圖1）應船東的要求，我們通知螺旋槳廠家對實際錐度下的壓入量重新進行了計算，并重新送審。在廠家計算的同時，我們也根據CCS規范計算了螺旋槳的壓入量。計算公式采用CCS規范第3篇第11章11.4.5螺旋槳油壓無鍵

18、安裝的壓入量計算公式。螺旋槳套合到軸上的軸向推入量S可滿足下式要求。廠家根據新的錐度，重新計算后的壓入量和我們計算的結果一致。新的壓入量見表1。表1 錐度變化后的壓入量計算結果溫度（） 0 15 35 最小壓入量（mm） 20.153 18.96 17.369 最大壓入量（mm） 21.994 20.801 19.212）重新計算后的螺旋槳軸向壓入量和原設計的壓入量對比結果如表2所示。表2 變化前后壓入量對比溫度 最小壓入量（mm） 最大壓入量（mm）現狀 原設計 變化 現狀 原設計 變化 0 20.153 20.178 0.025 21.995 22.023 -0.028 15 18.96 18.983 0.023 20.802 20.828 -0.02635 17.369 17.391 0.022 19.2