能效设计指数EEDI功率曲线的直接计算方法

2013-09-27朱永峨温苗苗

船舶与海洋工程 2013年2期

关键词：船模航速螺旋桨

朱永峨，孙武，李路，温苗苗，石珣

（中国船级社上海规范研究所，上海 200135）

0 引言

2013年1月1日，船舶能效规则将对新建的散货船、气体运输船、油船、集装箱船、普通货船、冷藏货船和兼装船强制生效[1]，届时，这些船舶必须满足：

式中Attained EEDI按照下式计算[2]：

式中： Vref系指：船舶在假定无风无浪条件下75%发动机轴功率（扣除轴带发电机功率）以及最大设计装载工况（装载量）下在深水中的航速（kn）。

从 Vref的定义可知， Vref值应从符合定义条件的功率曲线（即：输出功率 PB－航速V）取得，如图 1所示。

能效设计指数（EEDI）规则，从船舶能效和温室气体减排的法定要求角度，要求将船舶功率曲线列入EEDI技术文件中送审。如果测速试航是在压载状态下进行，还必须借助于满载和压载工况的水池试验预报相应的功率曲线，然后通过压载状态试航所得功率曲线与相同状态的水池试验预报的功率曲线相比较，推算出实船满载工况（夏季载重吃水工况）的功率曲线[3]，故在船舶设计阶段，正确估算或预报上述状态下的功率曲线对于能效设计指数具有极为重要的意义[4]。

功率曲线是在螺旋桨已设计完成、所考虑船舶吃水和浮态下的阻力和各推进参数已确定的基础上，基于船体－螺旋桨－主机相互作用的原理进行计算的。对此，以往较多采用“航行特性曲线”的分析方法[5]，该方法直接应用螺旋桨敞水性能曲线(KT- KQ- J )，假定一组转速，再对每个转速假定一组航速，进行迭代计算得出功率曲线，称为功率曲线的间接计算法。

当前，国际拖曳水池委员会（ITTC）在其性能预报方法的指导性文献[6]中，利用螺旋桨敞水性能图谱(KT- KQ- J )得出 KT/J2系数，预报实船性能，参照其原理，本文应用 KT/J2系数，给出了验证船舶功率曲线的直接计算法，相对于间接计算法更为清晰、简便。

图1 功率曲线

1 验证能效设计指数 EEDI功率曲线直接计算方法

在船体、主机和螺旋桨已确定的基础上，根据船－机－桨相互作用的原理，对确定的船舶状态（排水量和浮态）下，验证功率曲线的直接计算方法，包括计算的已知条件和计算流程，给出如下：

1) 已知条件（以EEDI条件为例）：夏季载重吃水、无风无浪深水有效功率曲线（ PE- VS曲线），经验方法估算或船模试验预报；伴流分数w（定值或船速的函数），经验方法估算或船模试验预报得出；推力减额分数t（定值或船速的函数），经验方法估算或船模试验预报得出；相对旋转效率 ηR（定值或船速的函数），经验方法估算或船模试验预报得出；轴系效率 ηS（无变速齿轮箱时通常取0.98）；螺旋桨敞水特性曲线 J - KT- KQ，系列图谱或敞水试验得出；海水密度ρ（通常取1.025 t/m3）。上述数据如取自船模试验，则应为实尺度预报值。

2) 计算流程

假定航速VS / kn VS1 VS2 VS3 VS4计算航速vS / m/s 0.5144VS1 0.5144VS2 0.5144VS3 0.5144VS4伴流分数 w w1 w2 w3 w4进速 va=vS（1-w）/m/s va1 va2 va3 va4船舶阻力 R＝PE/ vs / kN R1 R2 R3 R4推力减额 t t1 t2 t3 t4螺旋桨推力 T＝R/（1-t）/ kN T1 T2 T3 T4 ln 2 T KT 1(=ln )ln Dv ρv22a DJ T a ρ 2 21根据螺旋桨敞水特性绘出螺旋桨ln J ln Dv 2 3 4 T a ρ 22 22 2 ln Dv T a ρ 2 23 ln Dv T a ρ 4 KT ～J曲线，见图2(J )2在图2所示ln J(J )KT ～J曲线上由2 ln ρ 查出进速系数J T v D2 2 a J1螺旋桨转速n JD J2 J3 J4= / 1/s n1 n2 n3 n4 va螺旋桨性征曲线上查得扭矩系数KQ KQ1 KQ2 KQ3 KQ4螺旋桨收到功率 35 2 P n D K D =πρQ / kW PD1 PD2 PD3 PD4要求的主机功率Pηη×B = / kW PB1 PB2 PB3 PB4 PD S R由绘出VS ～ PB曲线，即EEDI功率曲线在VS ～ PB曲线上可查得主机功率为75%MCR相应的航速，即计算Attained EEDI的Vref

3) 说明

上述计算流程也相应得出螺旋桨转速－船速曲线（SnV-曲线），见算例。