1333TEU集装箱船—机—桨匹配状况及柴油机负荷特性验证方法

张超 杨玲

摘    要：船-机-桨系统中三者的匹配状况，是保证主机性能、船舶航速及经济效益的重要因素。本文以某1333TEU集装箱船为例，通过柴油机负荷特性试验，判断出船—机—桨匹配不合理状况。对于批量生产专业发动机厂家，可以进行类似的负荷特性试验，对船一机—桨的匹配状况进行验证。

关键词：机桨;匹配;模拟实验;验证

中图分类号：U664.1                              文献标识码：A

Abstract： The matching of ship-engine-propeller system is an important factor to ensure the performance of main engine， ship speed and economic benefit. By taking a 1333 container ship as an example， the unreasonableness of the matching condition of the engine-propeller is judged by means of load characteristic test of diesel engine. Similar simulation experiments can be carried out for professional engine manufacturers in batch production in order to verify the matching status of engine-propeller.

Key words： Engine-propeller; Matching; Simulation test; Verify

1     引言

船-机-桨匹配设计的目的是为了保证船舶的设计航速、主机性能及经济性，因此如何保证主机功率的充分发挥又有足够的储备功率显得尤为重要。当船-機-桨不匹配时，一方面主机功率不能得到充分发挥，使船舶无法达到设计航速，主机经济性下降;另一方面若造成主机超负荷运转，将大大缩短主机使用寿命。可见船-机-桨匹配是否良好会严重影响船舶的快速性、经济型以及安全性。专业发动机生产厂家为验证船-机-桨的匹配状况，确保主机的安全运行，可以通过台架试验进行模拟主机装船后实际运行情况，模拟主机在不同转速下的实船运行效果。通过与实船运行数据对比，来判断船-机-桨匹配是否合理，并且可以估算出主机超负荷功率范围。

2     主机故障现象

某船厂建造的2艘1 333TEU集装箱船，采用单机单桨，主柴油机型号为UEC33LSE-C2（以下简称主机）。该型主机额定功率为4 230 kW、转速142 r/min;二冲程直流扫气，带废弃涡轮增压器，增压器型号为MET37MB。

在2艘船试航时发现，当主机处于前进3档（n=112 r/min）和前进4档（n=128 r/min）时，各缸排温、油尺、爆压、扫气压力均高于相同转速下的台架试验值。

3    主机故障原因分析

台架试验时，主机最大额定功率（100%）、持续功率（90%）、船舶航行常用功率（60%）等转速下的主要特性参数，均达到设计标准（见表1）。

根据以上主机故障现象，对其主机运行状态进行了评估。首先检查主机各系统参数设置均无异常，主机外围设备均满足设计要求，测量试航水域深度约50～60 m，满足试航要求。为此，对主机其他主要性能指标进行分析。

3.1   燃油齿条

主机燃油泵齿条刻度是反应缸内燃烧状况最重要的指标之一。供油量的多少，取决于主机的输出功率及燃烧状况：若实船主机油尺刻度长期大于标定下的主机油尺刻度，首先要考虑船-机-桨匹配是否合理，主机负荷是否偏重。该船海试时，燃油泵齿条刻度大于台架试验标定值（见图1）。

3.2   增压器转速

增压器转速与主机的输出功率有密切关联，是反应主机运行状况的重要指标：低于或高于标定转速，说明增压器本身或主机排气系统异常。该船海试时，增压器转速明显高于台架试验标定值（见图2），拆检增压器、主机排气系统部件均未发现异常。

3.3    扫气压力

扫气压力受增压器转速影响，随着主机输出功率的增加，增压器转速会不断上升，使扫气压力逐渐上升。若主机长期超负荷运行，将导致扫气压力上升，在恶劣海况航行时可能会导致扫气箱防爆阀开启，影响主机安全运行。该船试航时，主机扫气压力高于台架试验标定值（见图3）。

根据海试数据评估，认为海试时主机实际运行功率已超出了螺旋桨理论特性曲线，且可能已经触发主机的扭矩限制。初步判断为主机处于重扭矩工况状态下（见图4），即该船船-机-桨匹配不合理，且主机的主要性能参数（油尺、增压器转速、扫气压力）都与上述重扭矩工况相符。

3.4   柴油机负荷特性试验

为判别主机实际运行状态，推算排温、油尺、扫气压力等与运行工况的函数关系，进行了柴油机负荷特性试验。该试验在公司试车台6UEC33LSE-C2机上进行：主机转速128 r/min保持不变，逐渐加重水力测功器扭矩，逐步增加主机功率Ne，Ne+5%、Ne+8%、Ne+10%、Ne+13%、Ne+16%，并详细记录主机油尺刻度、排温、增压器转速、扫气压力等的变化趋势;观察到油尺刻度、扫气压力、增压器转速均同步增加，排气温度快速上升;当主机功率增加至Ne+10%时，发现主机排温、油尺刻度、扫气压力及增压器转速，趋近于海试时主机转速128 r/min时的排温、油尺、扫气压力及增压器转速值（见表2）。

根据试验数据反推，主机海试时运行在重负荷区域，其实际运行状态在螺旋桨特性曲线的上方，即重负荷区域（见图5）。

根据负荷特性试验进一步证实：该船船-机-桨匹配不合理，导致主机运行在重负荷区域（超负荷运行），且超出标定功率约10%;因模拟试验结果是在台架试验上进行，处于相对理想的状态，而试验结果的测量相对精确。因此设计院可根据此试验结果对螺旋桨设计参数进行复核，校核船-机-桨是否匹配状态是否合理，且可根据此试验结果对螺旋桨参数进行调整，达到船-机-桨的合理匹配。

4    主机故障解决措施

鉴于以上试验及分析结果，向该船的设计单位及造船厂送达有关分析报告，要求设计院、船厂重新调整船-机-桨的匹配状态，并排除船体设计方面可能造成主机超负荷运行的因素，使主机运行在其螺旋桨特性的下方，并保证足够的储备功率。

设计院、船厂根据我司模擬试验得出的结论，重新计算螺旋桨参数，并对螺旋桨桨叶进行调整切割。调整完成后重新下水试航，对主机轴功率进行测量，实测功率均在标定功率下方（见图6），约为85%的标定功率，保证了主机的功率储备，满载时航速达到设计要求，船-机-桨匹配较合理，可以较好地满足主推进系统经济性     和可靠性的要求。

同时，主机排气温度、油尺刻度、爆压、扫气压力等主要性能指标，均恢复到与台架试验基本一致。

5    结束语

通过对该船主柴油机性能、运行参数的分析，并做了相关负荷特性试验，确认故障的根本原因是船-机-桨匹配设计不合理，导致主机运行在重负荷区域。经过修改螺旋桨结构参数，最终船-机-桨匹配不合理问题得到解决。

参考文献

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