船舶柴油机动力系统的可持续性分析与优化

罗昌波

三亚航空旅游职业学院 海南 三亚 572000

引言

柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等传动装置中的曲轴、齿轮传动机构、离合器等属于重要的传动部件，包括叶片、螺旋桨、圆形喷射器、横向推进器等。由于动力系统直接关系到船舶的安全稳定和船舶的正常使用性能，因此要加强对船舶柴油机动力系统的研究，提升实际性能。

1.船舶柴油机动力系统概述

船舶柴油机动力系统被称为船舶的心脏，在船舶机械设备的运行和使用中起着非常重要的作用。对不同船型的排水量进行限制，使输出功率得到保证，同时重要的是提高推进系统的效率，降低能量消耗，并提高船舶的续航力和载重量。由于全球能源和资源短缺的加剧，合理利用自然资源是经济可持续发展的基础。船舶柴油机动力系统也是重要的节能对象，船舶燃油价格的上涨直接增加了船舶运行的成本。因此，提高船舶效率尤为重要。与此同时，国际海事组织和各国政府越来越重视船舶排放造成的空气污染问题，并出台了一些限制废气排放的相关法律法规。因此，优化船舶柴油机动力系统的性能非常重要。

2.船舶动力系统理论设计

2.1 船舶推进系统概述

船舶的推进和正常航行，操作、系泊、船员和旅客正常生活和工作都离不开船舶的推进系统，船舶推进系统所必需的机械设备复杂，系统具有以下特点：模块化设计、设计参数、系统设计、标准化、用户需求多样性和适应性、设计过程复杂。根据用户的能力和个人需求，不同配置的电源组件的选择和组合可以快速响应用户各种个性化需求。

2.2 船舶动力系统的发展

经过长期以人力和风力为动力的发展，直到近两百年前的船才以机器为动力。随着蒸汽机、蒸汽轮机、柴油机、燃气轮机应用到船舶上，船舶推进出现了各种原动机做动力的驱动方式。从19年初开始到二十世纪初，蒸汽机是世界上最重要的船舶推进装置，与蒸汽机动力系统设计过程相比，柴油机动力系统是一个相对比较复杂的动力系统，由许多机电装置组成，各个装置共同为船舶动力系统服务。

2.3 船舶动力系统的设计

船舶通过系统的设计，特别是新船的设计开发，是一项非常复杂的技术，对船舶设计过程的系统优化设计方法如下：

第1步，设计对象。设计的对象、产品的设计和质量、船舶设计的目标要满足可靠性、效率、机动性等要求。

第2步确定用户要求。用户要求是船舶任务、类型、发电厂等的用户要求，包括船型、船舶任务类型、船速、导航区域、连续功率和发电厂类型。通常，用户需求以设计任务书的形式提交设计单位。

第3步设置限制。对船舶系统设计的限制包括船舶限制、相应的政策和法规等。船舶限制主要限制速度、航行范围、船舶尺寸等，而且法律和法规主要与船舶分类和建造规范、污染有关。

第4步确定设计。包括船舶系统、主机选择、人孔设计、电站配置、管道设计和机舱布置等。

第5步选择最佳解决方案。要使用户的需求得到满足，在设计中对系统的一般性、技术性、经济性和性能指标进行了比较和考虑，然后确定了最佳的解决方案。

第6步方案的分析和评价。如果不满足要求，则继续执行步骤4更改计划以满足要求。

第7步输出设计结果。

2.4 动力装置的设计要求

船舶动力装置由许多不同的机械装置和系统组成，这些装置和系统紧密相连并相互作用，形成复杂的工程系统。该工程系统的设计称为整体设计。设计任务是根据设计要求，制定一个切实可行的设计方案，有效的技术部分分为三个阶段：方案、技术、总结。船舶系统设计是一个迭代、连续的优化过程。在船舶系统的设计过程中，通常都有几个程序能够满足应用的要求以及相关技术的规范。核实草案任务一般是对技术指标进行约束，对这些方面进行比较、分析、优化，以获得船舶推进系统的最佳设计方案。

2.5 船舶柴油机动力系统的性能评估指标

2.5.1 柴油机动力系统性能指标一般分为三类：（1）技术指标。总的来说，包括船舶功率、质量和规模指标（2）经济指标。每海里耗油量、燃料消耗率、装置热效率和经济性。（3）性能指标。性能指标包括可靠性、机动性、自动化程度等。要合理评价柴油机动力系统的性能，影响柴油机动力系统性能的因素很多。因此，指标对船舶内不同标准的元素进行分类，表现出200多个因素，并不是对所有因素进行评价。因此，如果需要更多，并且需要一个适当的层次模型来分析柴油机动力系统的性能。同时能源系统的经济指标所占比重特别高，因此柴油机动力系统的效率和性能直接相关。

2.5.2 推进系统的经济性分析将主要考虑初始投资、燃料消耗、维护成本、燃料消耗等，具有低成本、可靠性、实际使用经验等特点。

（1）初始投资

柴油发动机动力系统相对于汽轮机动力总成的初始投资的相对百分比较低，低速柴油机比蒸汽轮机消耗少很多。在液化天然气船上，当船舶在不同区域、不同温度航行时，若取平均蒸发量的变化为0.084%。蒸发量的减少导致了燃油消耗量的增加，特别是在长途旅行中。柴油机效率更高，这使得现今液化天然气船采用柴油机推进系统的方案更具有合理性。

（2）维护成本

虽然涡轮机维修人员技术较高，但汽轮机可靠且易损件较少，因此维护成本远低于柴油机的维护成本。

（3）燃料消耗

在这方面，蒸汽轮机比柴油发动机低得多。但是综合相比而言，柴油机动力系统具有较为稳定的动力输出，能够进行有效的动力系统的支持，为船舶提供充足的动力支撑。

（4）总运营成本

总运营成本包括燃料消耗、维护等，柴油机动力系统具有最为经济的运营成本，能够有效降低船舶消耗，提高船舶运行经济性。

结论

通过以上分析，要积极对柴油机动力系统进行优化，以满足人们对于船舶动力系统的需求，促进船舶柴油机动力系统的发展，加强新设备、新技术的应用，促进船舶设计的可持续发展。