一种新型船舶节能设备——门式艏侧推盖的探索

吴 安，王忠强，孔明敏

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

一种新型船舶节能设备
——门式艏侧推盖的探索

吴 安，王忠强，孔明敏

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

介绍一种新型船舶节能设备——门式艏侧推盖装置的应用和研发探索过程。从艏侧推延伸筒体两端常规配置的保护格栅到外置的盖板，不断进行优化探索，最终找到一种既能实现节能减排，又可方便操作的门式艏侧推盖装置。

节能；船舶；门式艏侧推盖

0 引 言

随着国际贸易和航运业的不断发展，航运业温室气体排放量和能源消耗量不断增加，而近年来频发的全球能源危机和不断上涨的燃料成本促使节能减排成为世界各大航运公司的主要任务之一。研究潜在的节能技术、减少能源消耗，不仅可降低对环境的污染，还可为航运企业节约燃料成本。

船舶进港过程中，随着航速的逐渐降低，操舵产生的舵力转船力矩逐渐减小，控制航向的能力逐渐变差。为解决该问题，提出一种产生转船力矩的方法，即在船上安装侧推装置，简称侧推器。

侧推器也称横向舵、横向喷流舵，安装在艏艉部较低处，以便在船舶低速航行时与布置在艉部的常规舵协作完成专项操作，在船舶停车或后退时获得较好的控向性能。侧推器适用于靠泊操纵及离泊操纵频率较高的船舶，如滚装船、大型客船、大型集装箱船及部分成品油船和化学品船等。由于艉部有螺旋桨和舵设备，艉侧推器的安装工艺较为复杂，且成本相对较高，故侧推器大多安装在艏部（见图1）。

船舶安装的侧推器大多数为隧道式推进器。该侧推器工作时，利用布置在横向导管中的螺旋桨产生的推力实现船舶改向。侧推装置的螺旋桨推进器一般放置在横贯船体的导筒内，导筒一直延伸至船舶两舷外板，在外板上形成一个大开口。

船舶正常航行过程中，其两舷外板开口处容易形成水流阻力而影响航速。以某型排水量为 50000t左右的化学品船为例，在船模拖曳水池试验中增加一项对比试验，发现在同等工况下，无侧推开孔的船模的水流阻力要比有侧推开孔的船模小10%～20%，换算成燃效指标则提高1%～2%。这对于船舶节能推进过程来说是一个很大的提升。

由此，对如何在保证船舶操纵性的前提下减少能耗进行应用设计探索。

1 应用设计探索

1.1 导流格栅

为防止异物进入侧推器，一般会在安装有侧推器的船舶导筒两端增设导流格栅（见图2）。

在设计该导流格栅时，使其与船体外板有一定的线型匹配，既防止异物进入侧推器，又改善侧推器筒体附近的水流，减小部分航行阻力。但是，导流格栅之间的间距较大，无法完全封闭筒体，船舶在航行过程中仍有额外的水流阻力，造成航行过程中燃油损耗过多。因此，必须设计一种既可完全封闭侧推器筒体，又能在使用侧推器时完全打开的装置。

1.2 盖板式侧推盖

导流格栅的缺点是无法完全封闭筒体，因此可考虑直接给延伸筒体配置盖板，使其完全关闭（见图3）。

该盖板可将侧推器筒体完全封闭，但盖体部分突出于船体外，无法与船体型线完全贴合，在航行状态下反而可能增大航行阻力。此外，侧推器筒体一般浸没于水中，在装卸盖体时需潜水员配合，操作程序烦琐，耗时较长，船东每次操作均需承担额外的费用，经济效用不高。潜水员配合装卸盖体3D模拟图见图4。

因此，必须设计一种既可将侧推器筒体完全封闭，又能贴合船体型线且操作简单的设备。

1.3 门式侧推盖

在日常生活中，门是常用的一种启闭装置，可考虑给筒体增设类似的门（见图5）。

该方案将类似门的盖体布置于延伸筒体内侧，通过转动轴进行侧推器盖体的启闭运行。在船舶航行过程中，可利用该侧推器盖体将侧推器筒体完全封闭，改善艏部水流，减小水流阻力。该方案已成功安装并运行在某型化学品船上（见图6和图7）。

由图6和图7可知，艏侧推盖系统主要包括艏侧推盖存放箱体、艏侧推盖板、转动大臂、液压缸、上限位装置和下限位装置，其主要部件的连接关系如下：

1) 艏侧推盖存放箱体分别固定在艏侧推延伸筒体两侧，用于存放艏侧推盖板；

2) 艏侧推盖板与转动大臂连接，由液压缸驱动，进行开启和关闭操作；

3) 上限位装置装配焊接在艏侧推盖存放箱体顶端，用于艏侧推盖板完全打开后的锁紧固定；

4) 下限位装置装配焊接于艏侧推盖存放箱体与延伸筒体之间，用于艏侧推盖板关闭后的锁紧固定。

图8为某化学品船侧推盖实物图。与前面2种方案相比，该设计方案具有以下优点：

1) 延伸筒体完全封闭，并与外板型线完美贴合，可极大地改善航行中的水流，减小航行阻力；

2) 侧推盖通过液压臂的转动完成启闭操作，简单方便，安全系数高；

3) 侧推器打开后隐藏在筒体上方的箱型框架内，确保侧推器延伸筒体两端无任何障碍物影响侧推器的功效；

4) 维护保养方便。

该方案具有以上优点，但也存在一定的不足。例如，该方案对布置空间的要求略高，要求艏侧推延伸筒体两侧足够长，从而有足够的空间完成侧推盖启闭操作。因此，该方案对于化学品船、油船等中低速的肥大型船舶特别适用。此外，该套设备属于特种船舶设备，采购成本较高，需船东在设计前期做好预算。

2 结 语

在一艘安装有门式侧推盖的化学品船试航期间对其进行一次对比试验，通过测量侧推盖开启和关闭2种状态下的航速发现，在相同海况及相同主机功率状态下，侧推盖关闭状态下的航速比开启状态提高2%左右，燃效值提高较多。由此证明侧推盖是一种有效的节能设备，可使船舶在保证操纵性的同时，提高燃油效率，降低能耗。因为操作简单、维护保养方便，该设施适用于安装艏侧推的船舶。虽然前期需承担较高的采购成本，但相比营运期间节省的燃油，该设施使用仍具有很高的经济性。

[1]徐周华. 船舶艏侧推器适用的船速域[J]. 武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2002, 26 (1): 116-119.

[2]侯增源. 调距桨与侧推器[M]. 北京：人民交通出版社，1985.

Exploration of a New Type of Energy-Saving Device for Ships—Door-Type Bow Thruster Cover

WU An，WANG Zhong-qiang，KONG Ming-min

（Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China）

This paper introduces the application and the exploration of a new type of ship energy saving device—the door-type bow thruster cover equipment. From the conventionally used gratings that extend from the bow thruster tunnel at two ends to the external cover plates, the design is continuously optimized and explored. And eventually is found the door type bow thruster cover device that will not only save energy for ships but also operate conveniently.

energy saving; ship; door-type bow thruster cover

U661.31+3

A

2095-4069 (2017) 06-0036-03

2016-11-08

吴安，男，工程师，1985年生。2007年毕业于江苏科技大学船舶与海洋工程专业，现从事船舶外舾装设计工作。

10.14056/j.cnki.naoe.2017.06.008