船舶重转矩现象的趋势与应用

山东大洋海事技术有限公司·李可船舶重转矩现象的趋势与应用TheTendencyofShips’Torque-RichandItsCountermeasures编写时间：2012年12月31日船舶燃油消耗量变大原因（故障树（FTA）分析法）山东大洋海事技术有限公司·李可叙述：A，问题：1、当船舶发生重转矩现象时，只要降低出力，即可避免重转矩现象？2、涡轮动力船舶是否产生重转矩现象？B，船舶现况：1、同马力下，船舶主机转速的年衰变？0.5％，1％？2、定期清洁水下船身？1年半年？3、定期全面喷砂水下船壳板10年5年吗？论文大纲：山东大洋海事技术有限公司·李可1，何谓重转矩（Torquerich）2，重转矩的成因3，重转矩的现象4，重转矩现象的改善5，整修螺旋桨6，换新螺旋桨7，结语1，何谓重转矩（Torquerich）？（1）新船开始航行时：船舶速度快，主机转动轻快。（2）重转矩（转矩丰富）现象：船舶航行若干年后，在相同航行条件下（指航线，季节，天候，海况，吃水，出力相同下），船速及主机转速出现逐渐下降的趋势。山东大洋海事技术有限公司·李可2，重转矩的成因船舶阻力增加（表面粗度增大）1、船壳板变凹凸不平（ripplingofshellplating）：受海浪冲击或机械性碰撞（mechanicaldamage）山东大洋海事技术有限公司·李可2、船壳板表面衰退（surfacedeterioration）：腐蚀，积垢3、船壳板受污染（fouling）：海生物附着4、螺桨表面粗糙，凹凸不平：碰撞，衰退，污染，或空蚀（cavitation）。船舶及螺旋桨阻力增加船速下降（含螺桨效率降低），迹流系数变大转矩变重，转速变小山东大洋海事技术有限公司·李可2、船舶加速困难：2-1、柴油主机的负荷曲线（发动机负荷图）（马力=KX转速所述平均有效压力）山东大洋海事技术有限公司·李可2-2、Sulzer柴油主机的负荷曲线（EngineLoadDiagram）山东大洋海事技术有限公司·李可11、3、5连续运转范围：2）线1以上：超负荷范围（overloadrange），容许海试时最多运转1小时3）线2：超负荷极限（overloadlimit）4）线4：超速极限（overspeedlimit）5）线3、4之间：容许在海试时运转之范围6）线5，6间：限制运转时数之范围7）线5，⑦间：重转矩发生区域山东大洋海事技术有限公司·李可8）超过线⑦：过转矩（overtorque）2-3、加速困难：产生重转距时，船舶运转点已逐渐接近其容许的平均有效压力（100％），不易提高马力，因此加速困难。山东大洋海事技术有限公司·李可3、柴油主机机件容易受损：1）同一马力下，转速变上载者：气缸平均有效压力增加2）气缸内扫气量不足：燃烧不良3）扫气及排气通道受污染：热负荷增高，热效率降低4）机件受损：山东大洋海事技术有限公司·李可缸衬套脆裂（cylinderlinercracking）活塞及缸盖烧陷（pistonandcylindercoverburning）过给机波震（turbochargersurgening）等等（4）重转矩造成转速减少的趋势（实例）：4-1、新船航行年后下降约下午3时（中岛螺桨厂资料）4-2、每年进坞情况下：（1978/9日本舶用机关学会志）A）进坞后较前次进坞后转速下降约0.5-2％B）进坞后至下次进坞前转速下降约2-5％4-3、某万吨级一般货轮，约19.5节（自行统计）交船十年间转速下降约7.7％（约每5年进坞2次）4-4、2-3年进坞乙次情况下：（7艘同型货柜船船队，2000TEU，约21节，航行12年间统计资料）（自行统计）1）进坞后较前次进坞后：A）年平均转速下降约0.6RPM（0.5％）B）年平均船速下节约0.125节（0.6％）山东大洋海事技术有限公司·李可C）年平均船速下降趋势可以下式表示：VN=V0/（1.006）Ň注：V0表示新船开始营运第1年之船速VN表示船舶营运第N-1年之船速2）进坞后至下次进坞前：A）年平均转速下降约1.2RPM（1.1％）B）年平均船速下降约0.28节（1.3％）重转矩现象的改善1，减少船舶阻力1）船壳维护（Hullmaintenance）滑性）2）常用水线附近，喷涂特殊耐碰油漆。3）定期全面喷砂水下船壳板山东大洋海事技术有限公司·李可4）Article33Thegeneral清洁水下船壳板及磨光螺桨（2）加强主机保养工作：山东大洋海事技术有限公司·李可1）刚开始发生重转矩初期，可用此法。“2）如缩短保养间距，保持油头，过给机，扫气及排气通道等在良好状态。3）仅为暂时性措施，无法根绝重转矩现象。3，换新设计螺桨：1）螺桨效螺桨率大增，可大量节省能源。2）可预留转速余裕（螺旋桨保证金），延缓未来再次发生重转矩现象。3）费用增加4、整修螺桨：4-1、减少螺距：A）减轻负荷，增加转速。B）施工困难，费工费时。4-2、切短直径：A）减轻负荷，增加转速。B）螺桨效率降低山东大洋海事技术有限公司·李可C）切得太多，产生碟片空蚀（Cavitation）或推进轴系震动（Torsionalvibration）现象。4-3、修改碟片后缘（古道边）A）修短碟片后缘，整顺压力面B）螺桨效率影响不大C）约可增加3-5rpm1，整修螺桨时，应重新考虑以下问题：1）重新计算轴系扭力震动（扭振）：山东大洋海事技术有限公司·李可主机转速区界范围（发动机临界范围）可能移至较高转速区2）减轻螺桨重量不超过2％，惯性距（转动惯量）为宜3）螺桨直径割短5％，会使惯性距下降约7％。4）重新检讨螺桨空蚀（Cavitation）现象。5）重新计算轴系的排轴（Shaftingalignment）问题。磨光螺桨成效2、螺桨整修（切割）实例：2-1、一个轮主机正常出力（NOR）为12420ps×114转，螺桨直径为5.7米：（自身经厉）山东大洋海事技术有限公司·李可1）航行数十年后，转速超越螺旋桨曲线左方约每分钟6转。2）采切短螺桨直径及修改碟片后缘：A）切短直径110M/米B）修改后缘，割短最大80米/米C）预估可各增1.4及4.6转，共增加6,12,30,60，而推进效率降约1.7％。山东大洋海事技术有限公司·李可3）实际测试结果：仅增高4.5rpm时，船速如预期从17.73节降至17.65节。2-2、乙轮主机正常出力（NOR）为23690ps所述91.5转速，螺桨直径为7.3米）：（自身经历）1）该轮设计时预留转速余裕4转2）新船试车时，在正常出力下，转速为91.6转，较原设计少约4转。3）整修后缘方式，割短100M/M，预估可增加4转。4）结果实得增约4.4转，船速则如预期维持不变。2-3、C轮主机正常出力（NOR）为10600psx87.9转，螺桨直径为6.6米）1）该轮设计时预留转速余裕4转2）新船试车时，在正常出力下，转速为85.5转，较原设计少约4.4转。3）整修后缘：山东大洋海事技术有限公司·李可一）日本某船厂的建议割短75米/米可提高每分钟6转B）德国某船模试验室建议割短90米/M可提高4转C）采）方式D）试航后却只提高3转换新螺桨1、预留转速余裕（螺旋桨保证金）：1）一般约为2-5％（视各主机厂规范而定）2）预留太多，螺桨效率下降，且损害主机。2。既定船速下所需主机马力：（新苏尔寿柴油机厂资料）1）主机转速越高，所需马力就越大。2）所需马力（P）与转速（N）的关系为：P2/P1=（N2/N1）N，N值约0.15-0.3之间（实际Ñ值视船舶大小及船型而定）3）亦即设计转速增加3.4-6.8％时，马力需增加约1山东大洋海事技术有限公司·李可％，始能维持同一船速。结束语：1）以螺桨为推力媒介的船舶：船舶阻力增加重转矩现象船速/转速下降（2）以柴油机为推进动力来源者：对柴油机造成伤害解决之道：1）持续搜集，统计/分析船舶现况资料2）了解目前在主机负荷曲线图中的位置A）船舶进坞前与后的主机转速变化？B）进坞后与上次进坞后的主机转速变化？3）适时采取减少船舶阻力措施（延缓重转矩现象的发生）一）实施Article33Thegeneral水下清洁船身计画二）实施Article33Thegeneral水下船壳板全面喷砂工程山东大洋海事技术有限公司·李可4）据此检讨整修螺桨甚或换新螺桨可行性（必要时）