船舶动力装置技术管理第六章.ppt
Chapter 6,船舶营运的经济性及节能措施 Ships Working Economy and Energy-saving Measure,船舶的营运经济管理和最佳航速,第一节 船舶营运经济性概述,第二节 船舶最佳航速,第三节 提高船舶经济性的主要措施,船舶的营运经济管理和最佳航速,第一节 船舶营运经济性概述,第二节 船舶最佳航速,第三节 提高船舶经济性的主要措施,Ship operation economical management,船舶营运经济性概述,评价船舶的经济性，一方面，计算船舶的运输能力，以求得每年的收益。另一方面，计算运输成本，以求得营运消耗。,年运输能力,1.3到1.5万箱集装箱船,造价,整船一次估算法,整船一次估算法,图6-1 海船每载重吨造价,运输成本（年营运开支）,年收入和年利润,年收益,年收入总额,税前年利润,税后年收益,投资不计利息时经济指标,投资不计利息时经济指标,投资不计利息时经济指标,投资不计利息时经济指标,投资不计利息时经济指标,投资不计利息时经济指标,现代工程经济分析中采用的经济指标,净现值NPV,需要的货运费率RFR,运输成本的降低,船舶的营运经济管理和最佳航速,第一节 船舶营运经济性概述,第二节 船舶最佳航速,第三节 提高船舶经济性的措施,The determining of optimum voyage speed,航速的变化,油船和散装货船变化不大。定期班轮增加较快，最高航速达到33节。70年代之前，油价低，船舶吨位和航速一直在提高。70年代后，油价高，航速有所下降。,建造新船时航速的选择,柴油机工况点的选择,最佳螺旋桨转速的确定,不同设计方案的比较,柴油机工况点的选择（即配桨点的选择）,柴油机工况点的选择（即配桨点的选择）,图1 Sulzer RTA型柴油机工况点的选择范围,建造新船时最佳螺旋桨转速的确定,图2 最佳螺旋桨转速,图3 机型的选择,不同设计方案的比较,图4 装卸效率变化时的影响,1-装卸效率=500t/d 2-装卸效率=1000t/d3-装卸效率=2000t/d 4-装卸效率=5000t/d,图5 造价变化时的影响,1-造价为100%2-造价下降25%3-造价下降50%,图6 燃料价格变化时的影响,营运船舶的经济航速,1.最低耗油率航速：当主机在耗油率最低情况下运行时，船舶的航速。一般在80%Pb下，按推进特性工作的主机燃油耗油率最低。见图7 若柴油机在航行时经常处于较高负荷工作，应尽量选择这个航速。2.最低燃油费用航速：每海里航程燃油消耗量最低时的船舶航速。见图8 若柴油机经常停航待命和降速航行时，应使用改行速。3.最高盈利航速（也称最佳航速）：船舶最大盈利的航速（也就是船舶消耗最少的航速）考虑因素：船舶的折旧费、客货周转量、航行时间、工资、运输成本 见图9 当运费增加时和燃料费下降时，最佳航速可以提高。见图10,图7 e-P曲线,图8 Gn-v曲线,图9 最低单位运输成本的航速,曲线A-R大（t2/t小）曲线B-R小（t2/t大）,图10 最佳经济航速,1-标准年收入 2-标准年成本 3-运费增加时的年收入 4-燃料费减少时的年成本,航速对续航力的影响,L=vt L:续航力；v:航速；t:航行时间;g:燃油消耗率t=m 103/B=m 103/(g Pe)m:燃油储备量B：主、副机、锅炉每小时燃油消耗量B=g Pe稳定航行时，n正比于v,Pe=Cv3t=m 103/(g Pe)=m 103/(g Cv3)L=vt=v m 103/(g Cv3)=m 103/(g Cv2)由上式可知，1)当g、m为定值时，L v2=常数 2)当g、L为定值时，m/v2=常数,船舶的营运经济管理和最佳航速,第一节 船舶营运经济性概述,第二节 船舶最佳航速,第三节 提高船舶经济性的主要措施,The measure to improve efficiency of the ship,设计中采取相关措施减少船阻力，提高推进装置效率,1、提高船舶推进性能，降低主机的配置功率1）改进船型与降低船舶阻力 2）采用低转速、大直径螺旋桨，提高推进效率按螺旋桨理论，理想螺旋桨效率 是推力载荷系数 的因数，即：P、A、Vp分别为螺旋桨推力、桨盘面积和桨进速；为流体比重。,在上式中；推力P与进速VP取决于船体型线、尺度和流速的初始设计。若P和VP已定，要提高螺旋桨效率，务需加大桨盘面积A，即务必增大螺旋桨直径。此时，若桨转速保持不变，则叶梢线速度增加，会引起摩擦损耗增大，从而导致推进效率的下降。因此，在功率一定的情况下，采用大直径螺旋桨必须同时降低转速。这里，螺旋桨转速与其直径有一个最佳关系（使效率达到最高值时的直径）。3）选配节能型螺旋桨 当前，不大可能对普通的螺旋桨设计作更多的改进，除非冶金学家能拢出相当坚韧的材料，这种材料能使桨叶制造得更薄而且具有更好的效率。除采用低转速、大直径螺旋桨以提高推进效率外，还可采用导管螺旋桨，可调螺距螺旋桨等节能型螺旋桨，针对不同的船型以提高推进效率。,机桨工况匹配和主机优选,主机按节油点运行利用主机减额输出 提高柴油机的热效率，即降低柴油机耗油率的方法之一是提高汽缸内最大爆发压力Pzmax和平均有效压力Pe之间的比值。运行中一般把最大持续功率MCR时的Pe定为额定值。减额输出时，把MCR时的Pe降低作为新的额定点。这样提高了和Pzmax的Pe比值，从而，就实现了比MCR低的燃油消耗率。,机桨工况匹配和主机优选,图6-15是MAN B&W公司的MC系列柴油机的减额输出区。在特定的合同要求下，可以在L1L4方框间任选一点作为减额最大持续功率（简称DMCR），把该点作为新的额定点。此时的Pe值比MCR时降低了，燃油消耗率也就降低了。,图6-15 柴油机减额输出与燃油消耗率变化,主机经济选型,减额输出方法的主机选型 确定的船舶类型、尺寸航速和航线 按实船航速要求的功率及转速可在如图6-15（a）的柴油机减额输出框图内找出，图内等航速功率线上值表示功率减额系数，即随着转速降低，桨效率提高，等航速所需功率降低的百分率。每种型号的柴油机均有自己的匹配框图（即等航速功率线匹配到减额输出区里）主机经济选型时，除考虑主机油耗率外，还应根据具体机型和该主机的余热利用，进行整个动力装置的经济性效率计算,余热利用的形式,柴油机动力装置的动力设备主要是主柴油机、发电柴油机和辅助锅炉等根据主机排烟中能量与辅锅炉或/和发电柴油机组所需能量 的对比情况，有如下方案 a.废气锅炉部分或全部代替辅锅炉 b.废气锅炉全部代替辅锅炉，并部分代替发电柴油机 c.废气锅炉全部或部分代替发电柴油机 d.废气锅炉全部用于发电柴油机和部分代替辅锅炉 e.废气锅炉全部代替发电柴油机和全部代替辅锅炉 f.冷却水余热利用驱动汽轮发电机或造淡水或空调系统 加热作上述5种方案的补充 目前船上已普遍采用方案a和方案b,船舶余热利用的形式,船上余热利用的形式例举如下：形式1见图1 形式2见图2 形式3见图3 形式4见图4 形式5见图5 形式6见图6 形式7见图7 形式8见图8 船舶上应用最广泛的是形式1。,图1 余热利用形式1,1-废气锅炉 2-蒸汽分配管 3-给水泵 4-发动机淡水冷却器,图2 余热利用形式2,1-废气锅炉 2-蒸汽分配管 3-给水泵 4-发动机淡水冷却器 5-汽轮机6-冷凝器,图3 余热利用形式3,1-废气锅炉 2-蒸汽分配管3-给水泵 4-发动机淡水冷却器5-汽轮机 6-冷凝器7-给水加热器,1-废气锅炉 2-蒸汽分配管 3-给水泵 4-发动机淡水冷却器 5-汽轮机6-冷凝器7-给水加热器8-蒸发器,图4 余热利用形式4,1-废气锅炉 2-蒸汽分配管 3-给水泵 4-发动机淡水冷却器 6-冷凝器 9-调节阀10-蒸发管 11-吸收器 12-发生器,图5 余热利用形式5,1-废气锅炉 2-蒸汽分配管 3-给水泵 4-发动机淡水冷却器 6-冷凝器 9-调节阀10-蒸发管 11-吸收器 12-发生器,图6 余热利用形式6,1-废气锅炉2-蒸汽分配管3-给水泵4-发动机淡水冷却器6-冷凝器 9-调节阀10-蒸发器12-发生器13-喷射器,图7 余热利用形式7,1-废气锅炉2-蒸汽分配管3-给水泵4-发动机淡水冷却器6-冷凝器8-蒸发器13-喷射器,图8 余热利用形式8,最大限度利用废热的联合装置,利用主机排气、增压空气和气缸冷却水的废热，提供给透平发电机、空调装置、加热器和制淡装置。如三菱重工的STG系统，见图9,图9 废热利用联合装置STG系统,第六章思考题,1.船舶营运经济性指标有哪些？2.船舶运输成本有哪几部分组成，如何降低船舶运输成本？3.建造新船时如何选择航速？简述船舶经济航速的概念以及航速对续航力的影响。4.提高船舶经济性的主要措施有哪些？5.简述船舶余热利用的形式、特点、要求。6.简述船舶排气余热利用方案中应注意的问题。7.简述船舶废气锅炉烟灰沉积与着火的预防措施。,
