船舶高能效技術(shù)介紹

1、CCSCCS社審圖中心社審圖中心船舶高能效技術(shù)介紹船舶高能效技術(shù)介紹CCSCCS社審圖中心社審圖中心20132013年年0101月月0808日日CCSCCS社審圖中心社審圖中心2 典型舊散貨船綜合能量傳遞及消耗分布典型舊散貨船綜合能量傳遞及消耗分布新舊散貨船能耗對(duì)比新舊散貨船能耗對(duì)比整船能量利用效率整船能量利用效率 27.82%27.82% 動(dòng)力系統(tǒng)能量利用效率 19.03%19.03% 電力系統(tǒng)能量利用效率 27.61% 27.61% 熱力系統(tǒng)能量利用效率 73.26% 73.26% 主機(jī)能量利用效率 40.64% 40.64% 發(fā)電機(jī)組能量利用效率 32.30%32.30% 單位貨物每小時(shí)

2、耗能指標(biāo) 150 150（kJ/t.hkJ/t.h）CCSCCS社審圖中心社審圖中心3 新型散貨船綜合能量傳遞及消耗分布新型散貨船綜合能量傳遞及消耗分布新舊散貨船能耗對(duì)比新舊散貨船能耗對(duì)比整船能量利用效率整船能量利用效率 32.58%32.58% 動(dòng)力系統(tǒng)能量利用效率 20.88% 20.88% 電力系統(tǒng)能量利用效率 31.97%31.97% 熱力系統(tǒng)能量利用效率 73.50%73.50% 主機(jī)能量利用效率 48.65% 48.65% 發(fā)電機(jī)組能量利用效率 37.39%37.39% 單位貨物每小時(shí)耗能指標(biāo) 117.11117.11（kJ/t.hkJ/t.h）CCSCCS社審圖中心社審圖中心4新

3、舊散貨船能耗對(duì)比新舊散貨船能耗對(duì)比￥ 分析：分析：CCSCCS社審圖中心社審圖中心5船舶高能效技術(shù) 5. 5. 電力系統(tǒng)優(yōu)化電力系統(tǒng)優(yōu)化 3. 3. 高效動(dòng)力系統(tǒng)高效動(dòng)力系統(tǒng) 7. 7.高效系統(tǒng)高效系統(tǒng)/ /系統(tǒng)系統(tǒng) 2. 2. 船舶輕量化技術(shù)船舶輕量化技術(shù) 4. 4. 高效推進(jìn)系統(tǒng)高效推進(jìn)系統(tǒng) 6. 6. 新能源應(yīng)用新能源應(yīng)用 8. 8. 新概念船型新概念船型 1. 1. 船舶減阻技術(shù)船舶減阻技術(shù) 船舶高能效技術(shù)船舶高能效技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心6主尺度和船型參數(shù)的優(yōu)化主尺度和船型參數(shù)的優(yōu)化線型優(yōu)化線型優(yōu)化減阻附體減阻附體氣膜減阻氣膜減阻減阻涂料減阻涂料首部線型優(yōu)化首部線型優(yōu)化尾

4、部線型優(yōu)化尾部線型優(yōu)化L 、B/T、CP 、CB 、LCB 、Cw 航行減阻航行減阻減少空氣阻力減少空氣阻力低空氣阻力上建的研究低空氣阻力上建的研究槳前節(jié)能附體槳前節(jié)能附體槳后節(jié)能附體槳后節(jié)能附體減少水阻力減少水阻力尾框高度、螺旋槳與船體間隙、機(jī)艙尾框高度、螺旋槳與船體間隙、機(jī)艙布置、螺旋槳軸線高度和主機(jī)的配合布置、螺旋槳軸線高度和主機(jī)的配合前置導(dǎo)管、槳前反應(yīng)鰭（定子）前置導(dǎo)管、槳前反應(yīng)鰭（定子） 轂帽鰭轂帽鰭 、舵球、舵球 、扭曲舵、扭曲舵船舶減阻技術(shù)船舶減阻技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心7高效推進(jìn)系統(tǒng)高效推進(jìn)系統(tǒng)CLT槳槳新式外形螺旋槳新式外形螺旋槳吊艙吊艙-電力推進(jìn)電力推進(jìn)船船-機(jī)

5、機(jī)-槳優(yōu)化配合槳優(yōu)化配合CRP槳槳Hybrid CRP槳槳NTP槳槳KAPPEL槳槳吊艙吊艙-電力推進(jìn)電力推進(jìn)CCSCCS社審圖中心社審圖中心8船舶輕量化技術(shù)（一）船舶輕量化技術(shù)（一）船體骨架形式優(yōu)化船體骨架形式優(yōu)化貨艙區(qū)域優(yōu)化貨艙區(qū)域優(yōu)化貨艙區(qū)外結(jié)構(gòu)優(yōu)化貨艙區(qū)外結(jié)構(gòu)優(yōu)化船體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化船體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化高強(qiáng)度鋼的使用高強(qiáng)度鋼的使用分艙布置優(yōu)化分艙布置優(yōu)化縱向構(gòu)件優(yōu)化縱向構(gòu)件優(yōu)化其他輕型材料的使用其他輕型材料的使用船體輕量化船體輕量化其他減重措施其他減重措施縱骨架式、橫骨架式、及縱橫混合骨架形式縱骨架式、橫骨架式、及縱橫混合骨架形式優(yōu)化設(shè)計(jì)縱骨或強(qiáng)框間距優(yōu)化設(shè)計(jì)縱骨或強(qiáng)框間距優(yōu)化縱骨剖面優(yōu)化縱骨

6、剖面采用高強(qiáng)度鋼采用高強(qiáng)度鋼橫艙壁形式優(yōu)化橫艙壁形式優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心9船舶輕量化技術(shù)（二）船舶輕量化技術(shù)（二）主機(jī)和發(fā)電機(jī)組優(yōu)化選型主機(jī)和發(fā)電機(jī)組優(yōu)化選型軸系的優(yōu)化設(shè)計(jì)軸系的優(yōu)化設(shè)計(jì)管系優(yōu)化放樣管系優(yōu)化放樣布置形式、閥的類型布置形式、閥的類型其它機(jī)電設(shè)備其它機(jī)電設(shè)備強(qiáng)度強(qiáng)度材料材料鍋爐、熱交換器等鍋爐、熱交換器等設(shè)備輕量化設(shè)備輕量化布置布置材料材料CCSCCS社審圖中心社審圖中心10高效動(dòng)力系統(tǒng)高效動(dòng)力系統(tǒng)渦輪增壓技渦輪增壓技術(shù)術(shù)智能型柴油機(jī)智能型柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)降功率使用降功率使用Derating Wartsila公司的公司的RT-flex系列柴油機(jī)的共

7、軌技術(shù)系列柴油機(jī)的共軌技術(shù) MAN B&W公司的公司的ME系列型柴油機(jī)系列型柴油機(jī) 的電電噴技術(shù)的電電噴技術(shù)EGB 排氣旁通技術(shù)排氣旁通技術(shù) 高效柴油機(jī)高效柴油機(jī)Wartsila公司推出了公司推出了X系列柴油機(jī)系列柴油機(jī) MAN B&W公司推出了公司推出了G系列柴油機(jī)系列柴油機(jī) 低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) 降低摩擦功耗降低摩擦功耗 兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù) VTA (Variable Turbine Area） 渦輪增壓技術(shù)渦輪增壓技術(shù) ECT auto-tuning柴油機(jī)電控調(diào)節(jié)柴油機(jī)電控調(diào)節(jié) VT（可變噴嘴環(huán)（可變噴嘴環(huán) CCSCCS社審圖中心社審圖中心11電力系統(tǒng)優(yōu)化電力系統(tǒng)優(yōu)化船舶岸

8、電技術(shù)船舶岸電技術(shù)智能電站智能電站變頻技術(shù)變頻技術(shù)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)LED等等 PTOCCSCCS社審圖中心社審圖中心12上層建筑：上層建筑：-13 輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 節(jié)能照明及設(shè)備附屬結(jié)構(gòu)：附屬結(jié)構(gòu)：-13 輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 復(fù)合材料應(yīng)用主船體結(jié)構(gòu)：主船體結(jié)構(gòu)：-35 重量控制與結(jié)構(gòu)優(yōu)化； 少壓載設(shè)計(jì)船艏：船艏：-35 線型優(yōu)化； 壓浪裝置；濕表面：濕表面： -58 表面焊縫處理； 減阻涂料船型優(yōu)化：船型優(yōu)化： -23 淺吃水超寬船型； 主尺度、線型優(yōu)化；動(dòng)力系統(tǒng)：動(dòng)力系統(tǒng)： -520 新型主機(jī)； 余熱回收； 燃料改進(jìn)；推進(jìn)系統(tǒng)：推進(jìn)系統(tǒng)： -510 電力推進(jìn)； 船-槳-機(jī)優(yōu)化； 新型節(jié)能推進(jìn)方式；

9、船艉：船艉： -510 線型優(yōu)化； 艉流能量回收； 操縱系統(tǒng)優(yōu)化；在適當(dāng)運(yùn)用了高效節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新型綠色高能效散貨船上，能耗可在適當(dāng)運(yùn)用了高效節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新型綠色高能效散貨船上，能耗可以以降低降低20302030綜合節(jié)能效果綜合節(jié)能效果CCSCCS社審圖中心社審圖中心13 只能在設(shè)計(jì)航速和設(shè)計(jì)吃水時(shí)產(chǎn)生正效應(yīng) 球鼻艏只在其設(shè)計(jì)的航速上產(chǎn)生正效應(yīng) 船舶離靠碼頭和起拋錨時(shí)容易把球鼻碰壞 艏部鑄鋼件的重量大 技術(shù)特點(diǎn)： 首柱前移，進(jìn)水角減小，改善肩部壓力梯度 保留球鼻艏橫剖面形態(tài)，減小舭渦 艏部排水量增加 均衡滿載和壓載綜合性能 兼顧傳統(tǒng)球鼻首的整流、消波作用 排水量增加 結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)化 焊接工作量減少

10、，建造周期縮短 船體重量減輕 節(jié)能效果： 靜水中阻力減少 波浪中阻力減少 航速提高3% 適用性： 低速肥大船（傅汝德數(shù)小于0.2），如大型散貨船、油船 吃水變化較大船舶（滿載和壓載航行） 成本： 對(duì)于建造，無(wú)附加成本 線型優(yōu)化是一項(xiàng)耗費(fèi)時(shí)間的設(shè)計(jì)工作傳統(tǒng)球鼻首直型球首首部線型優(yōu)化首部線型優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心14尾部線型優(yōu)化尾部線型優(yōu)化通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬尾部伴流場(chǎng)船模試驗(yàn)測(cè)試尾部伴流場(chǎng)加裝節(jié)能裝置后，再試驗(yàn)分析船型特點(diǎn)；對(duì)于方型系數(shù)較大的船舶（如散貨船、油船等），盡量延長(zhǎng)去流段的長(zhǎng)度，以期減小去流角，從而使舭渦和尾部流線分離等現(xiàn)象盡量減小，振動(dòng)也可以得到減小；尾部剖面

11、形狀設(shè)計(jì)主要考慮對(duì)推進(jìn)性能的影響，以提高槳盤(pán)面處伴流的均勻度，推進(jìn)效率也就得到了提高，螺旋槳引起的振動(dòng)也就越小 ；螺旋槳軸線高度和主機(jī)的配合 ；同時(shí)平行中體作相應(yīng)的前移；對(duì)滿載狀態(tài)下的尾部伴流場(chǎng)進(jìn)行分析；同時(shí)對(duì)壓載狀態(tài)下的伴流場(chǎng)、螺旋槳匹配及振動(dòng)等也應(yīng)測(cè)試分析；對(duì)于安裝低轉(zhuǎn)速、大直徑螺旋槳的船舶，瘦削的尾部更有利于滿足螺旋槳浸沒(méi)的要求；最后決定安不安裝節(jié)能裝置。優(yōu)化手段優(yōu)化方法尾部線型和螺旋槳的優(yōu)化匹配將大大提高螺旋槳的推進(jìn)效率，甚至超過(guò)尾部線型和螺旋槳的優(yōu)化匹配將大大提高螺旋槳的推進(jìn)效率，甚至超過(guò)20%20%。CCSCCS社審圖中心社審圖中心15槳前節(jié)能裝置槳前節(jié)能裝置技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)適用性

12、適用性節(jié)能效果節(jié)能效果新造船及船舶改裝導(dǎo)向葉片使水流預(yù)旋轉(zhuǎn)，從而提高螺旋槳效率節(jié)約燃油35%成本成本靈便型散貨船5萬(wàn)美金；如果選擇國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位，成本基本忽略不計(jì)，只考慮水池試驗(yàn)的費(fèi)用。先后應(yīng)用到AFRAMAX油輪，HANDYMAX型，PANAMAX型，以及好望角型散裝貨船上應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例螺旋槳槳前反應(yīng)鰭螺旋槳槳前反應(yīng)鰭CCSCCS社審圖中心社審圖中心16槳前節(jié)能裝置槳前節(jié)能裝置技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)適用性適用性節(jié)能效果節(jié)能效果新造船及船舶改裝由導(dǎo)管和專用導(dǎo)向葉片組成 導(dǎo)管聚集水流，導(dǎo)向葉片使水流預(yù)旋轉(zhuǎn)，從而大大提高螺旋槳效率 有助于提高操縱性節(jié)油48%，若配合貝克舵，將更大程度地提高推進(jìn)效率和節(jié)省

13、更多的油成本成本兩年收回投資成本應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例35000噸散貨船Mewis 導(dǎo)管導(dǎo)管CCSCCS社審圖中心社審圖中心17槳前節(jié)能裝置槳前節(jié)能裝置技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)適用性適用性節(jié)能效果節(jié)能效果方形系數(shù)0.840.86的肥胖型船直徑約為螺旋槳直徑的7080% 考慮船體結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)船模試驗(yàn)節(jié)能78% 實(shí)船試驗(yàn)節(jié)能89%成本成本靈便型散貨船12萬(wàn)美金；如果選擇國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位，成本基本忽略不計(jì)，只考慮水池試驗(yàn)的費(fèi)用。50000噸油輪應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例前置導(dǎo)管前置導(dǎo)管CCSCCS社審圖中心社審圖中心18槳后節(jié)能裝置槳后節(jié)能裝置 技術(shù)特點(diǎn)： 吸收尾流能量 使尾部流場(chǎng)趨于均勻 適用性：新造船 節(jié)能效果： 船模試驗(yàn)節(jié)

14、能12% 實(shí)船試驗(yàn)節(jié)能23% 成本：比較低 技術(shù)特點(diǎn)： 鰭的數(shù)量和槳葉數(shù)相等 吸收尾流能量 減少空泡 提高螺旋槳效率 適用性：新造船 節(jié)能效果： 船模試驗(yàn)節(jié)能24% 成本：靈便型散貨船7萬(wàn)美金 技術(shù)特點(diǎn)：根據(jù)來(lái)流方向?qū)⒍娌煌叨忍幍钠拭嫫D(zhuǎn)一個(gè)角度,使之與槳后尾流場(chǎng)有更充分的配合,進(jìn)而提高和改善船舶的推進(jìn)和操縱性能 適用性：大型集裝箱船、油船、工程船、FPSO等 節(jié)能效果： 船模試驗(yàn)節(jié)能23% 成本：不詳舵、舵球及轂帽舵、舵球及轂帽組合體節(jié)能裝置組合體節(jié)能裝置轂轂帽帽鰭鰭扭曲舵扭曲舵CCSCCS社審圖中心社審圖中心高效螺旋槳高效螺旋槳技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)適用性適用性節(jié)能效果節(jié)能效果成本成本一個(gè)螺旋

15、槳處于另一個(gè)的順流方位兩個(gè)螺旋槳相反方向旋轉(zhuǎn)相當(dāng)復(fù)雜的傳動(dòng)裝置要求優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和精良的安裝工藝柴-電CRP系統(tǒng)，配置2個(gè)同心軸、1個(gè)特殊的齒輪箱和1套軸系容易損壞新造船215%昂貴，約3年回收成本CRP槳CCSCCS社審圖中心社審圖中心高效螺旋槳高效螺旋槳技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)適用性適用性節(jié)能效果節(jié)能效果成本成本克服了傳動(dòng)裝置復(fù)雜的問(wèn)題震動(dòng)小，噪音低環(huán)保、操縱性好，機(jī)動(dòng)性好破冰船、大型集裝箱船715%昂貴Hybrid CRP槳CCSCCS社審圖中心社審圖中心技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)適用性適用性節(jié)能效果節(jié)能效果成本成本在葉梢處剖面有邊界元葉梢處葉背負(fù)壓小于常規(guī)螺旋槳，而葉面壓力則大于常規(guī)螺旋槳減少了水動(dòng)力螺距角

16、提升螺旋槳效率油船、散貨船、滾裝船、客船、漁船等比較低船模試驗(yàn)節(jié)能12%實(shí)船試驗(yàn)節(jié)能23%高效螺旋槳高效螺旋槳CLT槳CCSCCS社審圖中心社審圖中心22高效螺旋槳高效螺旋槳技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)適用性適用性節(jié)能效果節(jié)能效果成本成本 通過(guò)減小槳葉表面積以減少摩擦力，從而降低能量損失 槳葉所受壓力平均分布 螺旋槳傳遞到船體的激振力也將減少 空泡特性也將得到改善 有效降低螺旋槳重量和慣性大型散貨船、油船等和常規(guī)槳相比，不增加任何額外費(fèi)用。船模試驗(yàn)節(jié)能3%實(shí)船試驗(yàn)節(jié)能6%某32500噸散貨船常規(guī)設(shè)計(jì)螺旋槳與NPT螺旋槳海試結(jié)果對(duì)比NPT槳CCSCCS社審圖中心社審圖中心231.1.技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 船體結(jié)

17、構(gòu)按照板格布置方向分為縱骨架式、橫骨架式和縱橫混合骨架式三種船體結(jié)構(gòu)按照板格布置方向分為縱骨架式、橫骨架式和縱橫混合骨架式三種形式。在形式。在9090年代之前由于造船工藝的限制，那個(gè)年代所造的船由于普遍噸位比較年代之前由于造船工藝的限制，那個(gè)年代所造的船由于普遍噸位比較小，采用橫骨架式比較普遍，隨著造船技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，造船工藝的持續(xù)改善，小，采用橫骨架式比較普遍，隨著造船技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，造船工藝的持續(xù)改善，縱骨架式船體結(jié)構(gòu)逐步成為主流，因其施工問(wèn)題不再成為瓶頸，縱骨架式因其對(duì)縱骨架式船體結(jié)構(gòu)逐步成為主流，因其施工問(wèn)題不再成為瓶頸，縱骨架式因其對(duì)總強(qiáng)度的貢獻(xiàn)使得船體結(jié)構(gòu)重量更為經(jīng)濟(jì)?？倧?qiáng)度的貢獻(xiàn)

18、使得船體結(jié)構(gòu)重量更為經(jīng)濟(jì)。 2. 2. 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 針對(duì)針對(duì)120120車(chē)位滾裝船的主尺度為車(chē)位滾裝船的主尺度為: :兩柱間長(zhǎng)兩柱間長(zhǎng)(Lbp) : 134m;(Lbp) : 134m;型寬型寬(B) :23.1m;(B) :23.1m;設(shè)計(jì)吃水設(shè)計(jì)吃水( T) :5.1m;( T) :5.1m;結(jié)構(gòu)吃水結(jié)構(gòu)吃水( TS) :5.14m;( TS) :5.14m;航速航速:VS = 18.15kn:VS = 18.15kn。該船我們將。該船我們將上述兩種不同的骨架形式上述兩種不同的骨架形式( (縱骨架和橫骨架縱骨架和橫骨架) ) 的構(gòu)件重量進(jìn)行計(jì)算并將其進(jìn)行比的構(gòu)件重量進(jìn)行計(jì)算并將其進(jìn)行比較

19、。較。 結(jié)論結(jié)論: :縱骨架式的首部區(qū)域的構(gòu)件重量為縱骨架式的首部區(qū)域的構(gòu)件重量為25119(kg) ,25119(kg) ,而橫骨架式的構(gòu)件重而橫骨架式的構(gòu)件重量為量為32263(kg) ;32263(kg) ;縱骨架式的構(gòu)件比橫骨架式的構(gòu)件重量輕縱骨架式的構(gòu)件比橫骨架式的構(gòu)件重量輕28 %28 %。當(dāng)然本船較小。當(dāng)然本船較小且原設(shè)計(jì)年代較遠(yuǎn)，所以樣本的選擇有一定的局限性。在目前新的設(shè)計(jì)中采用且原設(shè)計(jì)年代較遠(yuǎn)，所以樣本的選擇有一定的局限性。在目前新的設(shè)計(jì)中采用縱骨架式比采用橫骨架式實(shí)際輕不了這么多，但重量還是有較大的挖掘空間，縱骨架式比采用橫骨架式實(shí)際輕不了這么多，但重量還是有較大的挖掘空間

20、，并且采用縱骨架式的經(jīng)濟(jì)性確實(shí)比橫骨架式好很多。并且采用縱骨架式的經(jīng)濟(jì)性確實(shí)比橫骨架式好很多。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)一、船體骨架形式優(yōu)化一、船體骨架形式優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心243.3.結(jié)論及結(jié)論及適用性適用性 縱骨架式結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于大型油船和礦砂船?？v橫混合骨架式結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于大縱骨架式結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于大型油船和礦砂船?？v橫混合骨架式結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于大中型散裝貨船，大中型油船，大中型集裝箱船。目前比較主流的設(shè)計(jì)是縱橫混合中型散裝貨船，大中型油船，大中型集裝箱船。目前比較主流的設(shè)計(jì)是縱橫混合骨架式，即全船盡可能采用縱骨架式，除無(wú)法設(shè)置縱骨或施工無(wú)法滿足外?？v橫骨架式，即全船盡可能采用縱骨架式，

21、除無(wú)法設(shè)置縱骨或施工無(wú)法滿足外?？v橫混合骨架形式很好的解決了船體總強(qiáng)度問(wèn)題又合理地解決了施工工藝，尤其重要混合骨架形式很好的解決了船體總強(qiáng)度問(wèn)題又合理地解決了施工工藝，尤其重要的是，在這種骨架形式中，主船體以及首部的縱骨架形式使得船體結(jié)構(gòu)的重量更的是，在這種骨架形式中，主船體以及首部的縱骨架形式使得船體結(jié)構(gòu)的重量更輕，經(jīng)濟(jì)性更好，符合目前運(yùn)輸船追求高能效的要求。輕，經(jīng)濟(jì)性更好，符合目前運(yùn)輸船追求高能效的要求。 由此可見(jiàn)，以縱骨架式為主的縱橫混合骨架形式是在未來(lái)運(yùn)輸商船的新造船由此可見(jiàn)，以縱骨架式為主的縱橫混合骨架形式是在未來(lái)運(yùn)輸商船的新造船船體骨架形式選擇中是值得推廣的。船體骨架形式選擇中是值

22、得推廣的。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)一、船體骨架形式優(yōu)化一、船體骨架形式優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心251.1.技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 由于船舶的中橫剖面圖是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其是貨艙區(qū)的指針性文件，所以中由于船舶的中橫剖面圖是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其是貨艙區(qū)的指針性文件，所以中橫剖面的優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因?yàn)閷?duì)于大型運(yùn)輸船而言，貨艙區(qū)的船體橫剖面的優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因?yàn)閷?duì)于大型運(yùn)輸船而言，貨艙區(qū)的船體縱向構(gòu)件的重量約占整個(gè)船體結(jié)構(gòu)重量的縱向構(gòu)件的重量約占整個(gè)船體結(jié)構(gòu)重量的60%60%以上，中橫剖面上構(gòu)件的布置不僅以上，中橫剖面上構(gòu)件的布置不僅直接影響到結(jié)構(gòu)的功能和合理性，而且對(duì)空船重量產(chǎn)生直接

23、影響。在初步確定構(gòu)直接影響到結(jié)構(gòu)的功能和合理性，而且對(duì)空船重量產(chǎn)生直接影響。在初步確定構(gòu)件布置基礎(chǔ)上，利用有關(guān)船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行中橫剖面構(gòu)件尺寸計(jì)算，確定其大??；件布置基礎(chǔ)上，利用有關(guān)船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行中橫剖面構(gòu)件尺寸計(jì)算，確定其大??；再經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析比較，適當(dāng)調(diào)整布置尺寸，合理選用高強(qiáng)度鋼及組合型材，力求再經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析比較，適當(dāng)調(diào)整布置尺寸，合理選用高強(qiáng)度鋼及組合型材，力求在保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，做出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以使構(gòu)件重量最輕，提高在保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，做出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以使構(gòu)件重量最輕，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。2.2.優(yōu)化思路和方法優(yōu)化思路和方法2.1 2.1 主尺度及分艙

24、布置優(yōu)化主尺度及分艙布置優(yōu)化2.2 2.2 縱向構(gòu)件優(yōu)化縱向構(gòu)件優(yōu)化2.3 2.3 橫艙壁形式的優(yōu)化橫艙壁形式的優(yōu)化2.4 2.4 橫向強(qiáng)度的直接計(jì)算橫向強(qiáng)度的直接計(jì)算輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)二、船體中橫剖面優(yōu)化二、船體中橫剖面優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心262.1 2.1 主尺度及分艙布置優(yōu)化主尺度及分艙布置優(yōu)化在設(shè)計(jì)的前期參與總布置的規(guī)劃?？v向貨油艙的位置及長(zhǎng)度劃分通常要兼在設(shè)計(jì)的前期參與總布置的規(guī)劃。縱向貨油艙的位置及長(zhǎng)度劃分通常要兼顧到艙容、總縱強(qiáng)度、破艙穩(wěn)性、裝卸方便等因素，統(tǒng)籌考慮安排，通過(guò)合理顧到艙容、總縱強(qiáng)度、破艙穩(wěn)性、裝卸方便等因素，統(tǒng)籌考慮安排，通過(guò)合理劃分艙容，布置壓

25、載艙，減小船舶靜水彎矩和剪力，從而使船舶剖面模數(shù)要求劃分艙容，布置壓載艙，減小船舶靜水彎矩和剪力，從而使船舶剖面模數(shù)要求降低，剖面面積減少，以達(dá)到減輕船體重量的目的。降低，剖面面積減少，以達(dá)到減輕船體重量的目的。2.2 2.2 縱向構(gòu)件優(yōu)化縱向構(gòu)件優(yōu)化縱向構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)降低全船結(jié)構(gòu)重量意義十分重大。優(yōu)化設(shè)計(jì)船體縱縱向構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)降低全船結(jié)構(gòu)重量意義十分重大。優(yōu)化設(shè)計(jì)船體縱向構(gòu)件的方法較多，縱向構(gòu)件包括板和縱骨優(yōu)化，但這些方法中比較容易實(shí)現(xiàn)向構(gòu)件的方法較多，縱向構(gòu)件包括板和縱骨優(yōu)化，但這些方法中比較容易實(shí)現(xiàn)和較有效的，一是優(yōu)化設(shè)計(jì)縱骨或強(qiáng)框間距；二是優(yōu)化縱骨剖面（以剖面模數(shù)和較有效的，一是

26、優(yōu)化設(shè)計(jì)縱骨或強(qiáng)框間距；二是優(yōu)化縱骨剖面（以剖面模數(shù)為原則，通過(guò)變化剖面形狀，得到最優(yōu)的剖面面積）；三是采用高強(qiáng)度鋼。為原則，通過(guò)變化剖面形狀，得到最優(yōu)的剖面面積）；三是采用高強(qiáng)度鋼。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心272.2 2.2 縱向構(gòu)件優(yōu)化縱向構(gòu)件優(yōu)化縱骨間距的優(yōu)化縱骨間距的優(yōu)化優(yōu)化必須滿足的要求優(yōu)化必須滿足的要求所有構(gòu)件滿足規(guī)范的局部強(qiáng)度要求；所有構(gòu)件滿足規(guī)范的局部強(qiáng)度要求；所有構(gòu)件滿足規(guī)范的屈曲強(qiáng)度的要求；所有構(gòu)件滿足規(guī)范的屈曲強(qiáng)度的要求；所有構(gòu)件滿足規(guī)范的腐蝕要求；所有構(gòu)件滿足規(guī)范的腐蝕要求；甲板處船體梁剖面模數(shù)滿足總強(qiáng)度儲(chǔ)備的要求。甲板處船體梁剖面模數(shù)滿足總

27、強(qiáng)度儲(chǔ)備的要求。優(yōu)化目標(biāo)：優(yōu)化目標(biāo)：在各方案均滿足前面所設(shè)定的約束條件的前提下，追求中剖面縱向構(gòu)件面積之在各方案均滿足前面所設(shè)定的約束條件的前提下，追求中剖面縱向構(gòu)件面積之和（表征縱向構(gòu)件的重量）最小。和（表征縱向構(gòu)件的重量）最小。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心28方案縱骨間距（mm）總強(qiáng)度儲(chǔ)備縱向構(gòu)件面積（cm2）甲板（%）底部（%）A850107123.9120231B900107126.4122261C950107127.31224292.2 2.2 縱向構(gòu)件優(yōu)化縱向構(gòu)件優(yōu)化優(yōu)化結(jié)果：優(yōu)化結(jié)果： 某某VLCCVLCC三種縱骨間距方案縱向構(gòu)件面積計(jì)算結(jié)果比較三種縱骨間

28、距方案縱向構(gòu)件面積計(jì)算結(jié)果比較 在增加焊接工作量不多的前提下，主張采用略小的縱骨間距，更適合中國(guó)國(guó)情。在增加焊接工作量不多的前提下，主張采用略小的縱骨間距，更適合中國(guó)國(guó)情。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心292.3 2.3 橫艙壁形式的優(yōu)化橫艙壁形式的優(yōu)化橫艙壁采用多種槽條組合型橫艙壁的結(jié)構(gòu)形式有效地解決了多邊形槽條橫艙壁采用多種槽條組合型橫艙壁的結(jié)構(gòu)形式有效地解決了多邊形槽條的抗壓技術(shù)問(wèn)題及澳大利亞貨艙梯的布置。的抗壓技術(shù)問(wèn)題及澳大利亞貨艙梯的布置。槽型形狀的優(yōu)化，在滿足模數(shù)和強(qiáng)度的前提下，通過(guò)變化不同的形狀組合，槽型形狀的優(yōu)化，在滿足模數(shù)和強(qiáng)度的前提下，通過(guò)變化不同的形

29、狀組合，得到最輕的單位長(zhǎng)度重量。得到最輕的單位長(zhǎng)度重量。槽型艙壁采用級(jí)別較高的高強(qiáng)度鋼對(duì)重量控制比較有利。槽型艙壁采用級(jí)別較高的高強(qiáng)度鋼對(duì)重量控制比較有利。 2.4 2.4 橫向強(qiáng)度的直接計(jì)算橫向強(qiáng)度的直接計(jì)算通過(guò)有限元法，既能找出高應(yīng)力區(qū)域，通過(guò)有限元法，既能找出高應(yīng)力區(qū)域，同時(shí)也找出設(shè)計(jì)裕度較大的地方并減輕同時(shí)也找出設(shè)計(jì)裕度較大的地方并減輕其重量；其重量；在屈曲強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求的區(qū)域，綜在屈曲強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求的區(qū)域，綜合平衡加屈曲加強(qiáng)筋和增加板厚之間的合平衡加屈曲加強(qiáng)筋和增加板厚之間的重量差異，選取最佳方案。重量差異，選取最佳方案。 輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心

30、30三、船體貨艙外結(jié)構(gòu)優(yōu)化三、船體貨艙外結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)選用合理的骨架形式；結(jié)構(gòu)選用合理的骨架形式；基本結(jié)構(gòu)的布置盡可能考慮所有構(gòu)件的應(yīng)力水平既不至于太高，也不至于基本結(jié)構(gòu)的布置盡可能考慮所有構(gòu)件的應(yīng)力水平既不至于太高，也不至于很低，去除冗余結(jié)構(gòu)，做到材盡其用。很低，去除冗余結(jié)構(gòu)，做到材盡其用。優(yōu)化首尖艙結(jié)構(gòu)平臺(tái)布置；優(yōu)化首尖艙結(jié)構(gòu)平臺(tái)布置；優(yōu)化尾尖艙平臺(tái)布置，并采用輕型尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式；優(yōu)化尾尖艙平臺(tái)布置，并采用輕型尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式；優(yōu)化機(jī)艙布置，減少冗余結(jié)構(gòu)；優(yōu)化機(jī)艙布置，減少冗余結(jié)構(gòu)；完善壓載水置換方案，控制最小結(jié)構(gòu)首吃水；完善壓載水置換方案，控制最小結(jié)構(gòu)首吃水；完善艙室布置，減少冗余的鐵圍

31、壁，但設(shè)置必要的替代支柱。完善艙室布置，減少冗余的鐵圍壁，但設(shè)置必要的替代支柱。完善其他設(shè)備、艙室和油艙的布置，盡量考慮上下、前后對(duì)齊和利用強(qiáng)框完善其他設(shè)備、艙室和油艙的布置，盡量考慮上下、前后對(duì)齊和利用強(qiáng)框結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心31四、船體高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用四、船體高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用 1.1.技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 選用船體構(gòu)件材料主要是考慮經(jīng)濟(jì)性，選用船體構(gòu)件材料主要是考慮經(jīng)濟(jì)性，在保證船體強(qiáng)度和使用要求下船體結(jié)構(gòu)重在保證船體強(qiáng)度和使用要求下船體結(jié)構(gòu)重量的減少，意味著船舶載重量的增加，經(jīng)量的減少，意味著船舶載重量的增加，經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)更高。因此在運(yùn)輸商船的設(shè)計(jì)濟(jì)性

32、的指標(biāo)更高。因此在運(yùn)輸商船的設(shè)計(jì)中，往往把注意力集中到高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用中，往往把注意力集中到高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用上，以期減輕船體結(jié)構(gòu)的重量。上，以期減輕船體結(jié)構(gòu)的重量。 使用高強(qiáng)度鋼的優(yōu)勢(shì)包括：減少船體使用高強(qiáng)度鋼的優(yōu)勢(shì)包括：減少船體鋼料重量、增加了載重量。鋼料重量、增加了載重量。 但對(duì)于高強(qiáng)度鋼的使用最需要考慮的但對(duì)于高強(qiáng)度鋼的使用最需要考慮的就是其對(duì)疲勞壽命的潛在影響。特別是對(duì)就是其對(duì)疲勞壽命的潛在影響。特別是對(duì)于大型船，本身剛度就比較低，加上高強(qiáng)于大型船，本身剛度就比較低，加上高強(qiáng)度鋼的大量使用，會(huì)導(dǎo)致船體剛度再進(jìn)一度鋼的大量使用，會(huì)導(dǎo)致船體剛度再進(jìn)一步降低。因此，各船級(jí)社對(duì)一些主尺度超步降低。

33、因此，各船級(jí)社對(duì)一些主尺度超過(guò)一定限制的大型船舶提出了強(qiáng)制執(zhí)行疲過(guò)一定限制的大型船舶提出了強(qiáng)制執(zhí)行疲勞強(qiáng)度分析的要求，保證了船舶的疲勞壽勞強(qiáng)度分析的要求，保證了船舶的疲勞壽命。命。 2.2.經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 某巴拿馬型油船的高強(qiáng)鋼使用情況比較表某巴拿馬型油船的高強(qiáng)鋼使用情況比較表高強(qiáng)度鋼應(yīng)用情況 船體結(jié)構(gòu)重量 (t) 與方案1相比重量差 (t) 高強(qiáng)度鋼占結(jié)構(gòu)重量的比例 (%) 全船采用普通鋼（方案1）12192 -僅貨艙區(qū)甲板采用32公斤高強(qiáng)度鋼11895 297 13貨艙區(qū)甲板、底部采用32公斤級(jí)高強(qiáng)度鋼11620 57236結(jié)論：高強(qiáng)度鋼的使用對(duì)于空船重量的控制是結(jié)論：高強(qiáng)度鋼的使用對(duì)于空船

34、重量的控制是十分有效的十分有效的輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心32四、船體高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用四、船體高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用 3.3.結(jié)論及適用性結(jié)論及適用性 散貨船高強(qiáng)度鋼的使用比例一般與船東的要求直接相關(guān)，船東會(huì)對(duì)高強(qiáng)度散貨船高強(qiáng)度鋼的使用比例一般與船東的要求直接相關(guān)，船東會(huì)對(duì)高強(qiáng)度鋼的使用比例在建造規(guī)格書(shū)中加以嚴(yán)格限制。對(duì)于好望角型的大型散貨船，高鋼的使用比例在建造規(guī)格書(shū)中加以嚴(yán)格限制。對(duì)于好望角型的大型散貨船，高強(qiáng)度鋼的實(shí)際使用比例可能會(huì)超過(guò)強(qiáng)度鋼的實(shí)際使用比例可能會(huì)超過(guò)5050，甚至達(dá)到，甚至達(dá)到80%80%左右。所以在保證疲勞左右。所以在保證疲勞強(qiáng)度的前提下盡可能多使用高強(qiáng)

35、度鋼對(duì)經(jīng)濟(jì)性十分可觀。強(qiáng)度的前提下盡可能多使用高強(qiáng)度鋼對(duì)經(jīng)濟(jì)性十分可觀。 高強(qiáng)度鋼材料本身并非疲勞問(wèn)題的根源，但高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)處的高應(yīng)力會(huì)引高強(qiáng)度鋼材料本身并非疲勞問(wèn)題的根源，但高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)處的高應(yīng)力會(huì)引起疲勞成為主要失效模式。因此，為了平衡船體結(jié)構(gòu)減重和保證船體疲勞壽命起疲勞成為主要失效模式。因此，為了平衡船體結(jié)構(gòu)減重和保證船體疲勞壽命這對(duì)矛盾，必須通過(guò)直接計(jì)算找出高強(qiáng)度鋼使用的一個(gè)最佳比例。這對(duì)矛盾，必須通過(guò)直接計(jì)算找出高強(qiáng)度鋼使用的一個(gè)最佳比例。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心33五、船體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化五、船體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化 近幾十年來(lái)，疲勞裂縫引起的船舶損傷事件越來(lái)越多，

36、船舶結(jié)構(gòu)的疲勞破壞越近幾十年來(lái)，疲勞裂縫引起的船舶損傷事件越來(lái)越多，船舶結(jié)構(gòu)的疲勞破壞越來(lái)越引起人們的充分重視，如何改進(jìn)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高疲勞壽命成為一項(xiàng)重要的來(lái)越引起人們的充分重視，如何改進(jìn)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高疲勞壽命成為一項(xiàng)重要的課題。課題。 在設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)疲勞強(qiáng)度校核，適當(dāng)改進(jìn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，選擇合適的鋼在設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)疲勞強(qiáng)度校核，適當(dāng)改進(jìn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，選擇合適的鋼種、構(gòu)件尺寸、節(jié)點(diǎn)形式、焊接工藝以及表面打磨狀態(tài)等，以保證船體結(jié)構(gòu)中受交種、構(gòu)件尺寸、節(jié)點(diǎn)形式、焊接工藝以及表面打磨狀態(tài)等，以保證船體結(jié)構(gòu)中受交變載荷作用的構(gòu)件有足夠的疲勞壽命。同時(shí)驗(yàn)船部門(mén)和用船者在平時(shí)維護(hù)和檢查中變載荷

37、作用的構(gòu)件有足夠的疲勞壽命。同時(shí)驗(yàn)船部門(mén)和用船者在平時(shí)維護(hù)和檢查中應(yīng)當(dāng)特別注意。應(yīng)當(dāng)特別注意。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心34六、其他新型材料的應(yīng)用六、其他新型材料的應(yīng)用 1. 1. SPSSPS鋼板鋼板 SPS SPS鋼板鋼板( (“sandwich plate systemsandwich plate system”) )是將聚氨酯彈性體注入兩層鋼板之間作為加固是將聚氨酯彈性體注入兩層鋼板之間作為加固材料。自上個(gè)世紀(jì)材料。自上個(gè)世紀(jì)9090年代面世以來(lái)年代面世以來(lái)SPSSPS鋼板在船舶修理方面得到了一定應(yīng)用。鋼板在船舶修理方面得到了一定應(yīng)用。SPSSPS聚聚氨酯夾芯

38、板體系與傳統(tǒng)的鋼材比起來(lái)可以節(jié)約鋼板和成本，同時(shí)減輕船體重量。氨酯夾芯板體系與傳統(tǒng)的鋼材比起來(lái)可以節(jié)約鋼板和成本，同時(shí)減輕船體重量。 目前目前SPSSPS鋼板已經(jīng)在輕質(zhì)車(chē)輛甲板、煙囪、上層建筑結(jié)構(gòu)、艙口蓋、艙口圍和貨鋼板已經(jīng)在輕質(zhì)車(chē)輛甲板、煙囪、上層建筑結(jié)構(gòu)、艙口蓋、艙口圍和貨艙結(jié)構(gòu)等方面得到了應(yīng)用。艙結(jié)構(gòu)等方面得到了應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)鋼企對(duì)于這種新型材料也表現(xiàn)了較高的積極性，相國(guó)內(nèi)鋼企對(duì)于這種新型材料也表現(xiàn)了較高的積極性，相信隨著技術(shù)的成熟，本材料必將大規(guī)模用于新造船中。信隨著技術(shù)的成熟，本材料必將大規(guī)模用于新造船中。普通鋼板船體結(jié)構(gòu)普通鋼板船體結(jié)構(gòu)SPSSPS復(fù)合鋼板船體結(jié)構(gòu)復(fù)合鋼板船體結(jié)構(gòu)輕量

39、化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心35六、其他新型材料的應(yīng)用六、其他新型材料的應(yīng)用 2. 2. 其他輕質(zhì)材料其他輕質(zhì)材料2.1 2.1 管系材料的選擇：管系材料的選擇： 上建內(nèi)的供水管采用上建內(nèi)的供水管采用PERTPERT（耐高溫（耐高溫8585）材料，疏排水管采用）材料，疏排水管采用PVCPVC材材料，這樣可以一定程度地減輕空船重量。這些技術(shù)已經(jīng)非常成熟。料，這樣可以一定程度地減輕空船重量。這些技術(shù)已經(jīng)非常成熟。 目前，日本船廠較多采用玻璃鋼材料做壓載水管，雖然初期投資并不目前，日本船廠較多采用玻璃鋼材料做壓載水管，雖然初期投資并不較少，但在船舶的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，維修成本得以大大降

40、低，并且也在一定程較少，但在船舶的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，維修成本得以大大降低，并且也在一定程度上減輕了空船重量。度上減輕了空船重量。 其它管系的管子規(guī)格在滿足規(guī)范的前提下，壁厚可參照日韓船廠的選其它管系的管子規(guī)格在滿足規(guī)范的前提下，壁厚可參照日韓船廠的選用標(biāo)準(zhǔn)，尤其是大口徑的液貨、壓載、海水管。用標(biāo)準(zhǔn)，尤其是大口徑的液貨、壓載、海水管。2.2 2.2 內(nèi)裝材料的選擇：內(nèi)裝材料的選擇： 采用超輕質(zhì)甲板敷料，容重采用超輕質(zhì)甲板敷料，容重800kg/m3800kg/m3，減輕船體重量。艙室內(nèi)裝板采，減輕船體重量。艙室內(nèi)裝板采用用25mm25mm鋁蜂窩板，減輕船體重量。鋁蜂窩板，減輕船體重量。 優(yōu)化衛(wèi)生單元減輕

41、整體單元重量（建議采用用于高鐵內(nèi)裝墻體的最新優(yōu)化衛(wèi)生單元減輕整體單元重量（建議采用用于高鐵內(nèi)裝墻體的最新材料材料SMCSMC，可大幅減輕單元重量）。，可大幅減輕單元重量）。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心36七、七、其他減重措施的研究與分析其他減重措施的研究與分析 船舶減重，除了船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面需要進(jìn)行優(yōu)化外，還存在很多其他減重措船舶減重，除了船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面需要進(jìn)行優(yōu)化外，還存在很多其他減重措施可以實(shí)施。減重是一個(gè)系統(tǒng)的工程，關(guān)系到船體結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、設(shè)備制造、施可以實(shí)施。減重是一個(gè)系統(tǒng)的工程，關(guān)系到船體結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、設(shè)備制造、工業(yè)水平和工藝等各方面。工業(yè)水平和工藝等各

42、方面。1.1.概述概述2.2.用鋼板焊接形式替代翻砂鑄造用鋼板焊接形式替代翻砂鑄造 鑄造產(chǎn)品不但工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、笨重、費(fèi)料，而且造成環(huán)境污染。如：船舶鑄造產(chǎn)品不但工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、笨重、費(fèi)料，而且造成環(huán)境污染。如：船舶上的許多導(dǎo)纜滾輪，大多是鑄造的，十分笨重。采用鋼板卷制后，其重量可以減上的許多導(dǎo)纜滾輪，大多是鑄造的，十分笨重。采用鋼板卷制后，其重量可以減少少60%60%。 3.3.降低關(guān)閉設(shè)備厚度降低關(guān)閉設(shè)備厚度 船上配置的關(guān)閉設(shè)備，規(guī)格品種繁多，如門(mén)、窗、蓋就有成千上百個(gè)品種。其船上配置的關(guān)閉設(shè)備，規(guī)格品種繁多，如門(mén)、窗、蓋就有成千上百個(gè)品種。其產(chǎn)品厚度可以考慮減少，因?yàn)槠溆昧勘容^大，如門(mén)，

43、全船就有上百扇，如果每扇產(chǎn)品厚度可以考慮減少，因?yàn)槠溆昧勘容^大，如門(mén)，全船就有上百扇，如果每扇鋼質(zhì)門(mén)采用壓筋式，其厚度可減少鋼質(zhì)門(mén)采用壓筋式，其厚度可減少2mm,2mm,約減重約減重20%20%以上。據(jù)粗略計(jì)算，某型散貨船以上。據(jù)粗略計(jì)算，某型散貨船僅門(mén)一項(xiàng)全船約可減輕重量?jī)H門(mén)一項(xiàng)全船約可減輕重量4 4噸。噸。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心37七、七、其他減重措施的研究與分析其他減重措施的研究與分析 船用配置的舷梯、碼頭梯和各類直梯、斜梯，數(shù)量很多，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減重船用配置的舷梯、碼頭梯和各類直梯、斜梯，數(shù)量很多，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減重15%15%，應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題的。如鋁質(zhì)舷梯

44、強(qiáng)度有富余，與日本同類產(chǎn)品比顯得很笨重，應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題的。如鋁質(zhì)舷梯強(qiáng)度有富余，與日本同類產(chǎn)品比顯得很笨重，所用角鋁很厚。，所用角鋁很厚。4.4.調(diào)整梯桿設(shè)備的材料和結(jié)構(gòu)調(diào)整梯桿設(shè)備的材料和結(jié)構(gòu) 5. 5. “廣義廣義“舾裝件減重空間舾裝件減重空間 錨唇輕量化：我國(guó)船舶錨唇鑄鋼件厚度在錨唇輕量化：我國(guó)船舶錨唇鑄鋼件厚度在100mm100mm左右，韓國(guó)的錨唇平均厚度只有左右，韓國(guó)的錨唇平均厚度只有55mm55mm，因此我國(guó)錨唇船上一對(duì)就比日韓重，因此我國(guó)錨唇船上一對(duì)就比日韓重10t10t左右。左右。 舵系設(shè)計(jì)輕量化：據(jù)有關(guān)廠家計(jì)算，我國(guó)船舶上裝置的舵系設(shè)備總重量要比國(guó)舵系設(shè)計(jì)輕量化：據(jù)有關(guān)廠家計(jì)

45、算，我國(guó)船舶上裝置的舵系設(shè)備總重量要比國(guó)外同類船重外同類船重8080噸之多。噸之多。 基座結(jié)構(gòu)輕量化：船上的各種設(shè)備的基座，如主機(jī)基座、發(fā)電機(jī)基座、各種重基座結(jié)構(gòu)輕量化：船上的各種設(shè)備的基座，如主機(jī)基座、發(fā)電機(jī)基座、各種重大設(shè)備基座普遍比日韓重。大設(shè)備基座普遍比日韓重。 支架組合減重：船上各種管路、油路，氣路和電纜縱橫交叉，十分復(fù)雜，各有支架組合減重：船上各種管路、油路，氣路和電纜縱橫交叉，十分復(fù)雜，各有自己的支架，現(xiàn)在可以考慮采用組合支架，上下分層，把許多不同的管路、線路自己的支架，現(xiàn)在可以考慮采用組合支架，上下分層，把許多不同的管路、線路安裝在同一個(gè)組合支架上，節(jié)省重量又排列有序。安裝在同

46、一個(gè)組合支架上，節(jié)省重量又排列有序。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心38七、七、其他減重措施的研究與分析其他減重措施的研究與分析 施工單位加強(qiáng)管理，嚴(yán)格控制，依圖施工減少施工冗余重量，也是控制船施工單位加強(qiáng)管理，嚴(yán)格控制，依圖施工減少施工冗余重量，也是控制船舶重量的一項(xiàng)須提起關(guān)注的事項(xiàng)。例如：舶重量的一項(xiàng)須提起關(guān)注的事項(xiàng)。例如：船體結(jié)構(gòu)不按圖施工，必將造成大的返工修補(bǔ)，勢(shì)必大量增加船體重量，還會(huì)船體結(jié)構(gòu)不按圖施工，必將造成大的返工修補(bǔ)，勢(shì)必大量增加船體重量，還會(huì)造成安全隱患。造成安全隱患。管系放樣施工，許多管系由于布置的原因，到了接口處發(fā)現(xiàn)有大的位移偏差管系放樣施工，許多管

47、系由于布置的原因，到了接口處發(fā)現(xiàn)有大的位移偏差（接不上），于是就要來(lái)一段（接不上），于是就要來(lái)一段“現(xiàn)校管現(xiàn)校管”，長(zhǎng)度肯定大于直線管，有時(shí)還要增，長(zhǎng)度肯定大于直線管，有時(shí)還要增加一對(duì)法蘭什么的，對(duì)于大型管系重量自然增加。加一對(duì)法蘭什么的，對(duì)于大型管系重量自然增加。內(nèi)裝的甲板敷料，是施工中最失控的部分，為了最后的房間平整，工人就直接內(nèi)裝的甲板敷料，是施工中最失控的部分，為了最后的房間平整，工人就直接用水泥鋪，要校平就得多鋪，造成重量增加很多。用水泥鋪，要校平就得多鋪，造成重量增加很多。 這些錯(cuò)誤的施工方式，只要施工單位嚴(yán)格管理控制，也是可以避免的。這些錯(cuò)誤的施工方式，只要施工單位嚴(yán)格管理控制，

48、也是可以避免的。6. 6. 船廠施工管理控制船廠施工管理控制輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)CCSCCS社審圖中心社審圖中心主機(jī)的重量占據(jù)船舶機(jī)艙設(shè)備的比重比較大，一般為主機(jī)的重量占據(jù)船舶機(jī)艙設(shè)備的比重比較大，一般為50%50%，因此，因此選擇高性能的、重量輕的主機(jī)，對(duì)船舶的輕量化有較大的意義。選擇高性能的、重量輕的主機(jī)，對(duì)船舶的輕量化有較大的意義。由于柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，電控共軌燃油噴射技術(shù)已在柴油機(jī)上大由于柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，電控共軌燃油噴射技術(shù)已在柴油機(jī)上大量應(yīng)用。與傳統(tǒng)柴油機(jī)相比，由于取消了凸輪等大部件，減輕了量應(yīng)用。與傳統(tǒng)柴油機(jī)相比，由于取消了凸輪等大部件，減輕了主機(jī)的重量和體積。主機(jī)的重量和體積。

49、由于中速機(jī)和高速機(jī)相對(duì)于低速機(jī)重量較輕，采用中、高速機(jī)作由于中速機(jī)和高速機(jī)相對(duì)于低速機(jī)重量較輕，采用中、高速機(jī)作為主機(jī)可以有效地減輕柴油機(jī)重量。為主機(jī)可以有效地減輕柴油機(jī)重量。采用電力推進(jìn)技術(shù)可以提高推進(jìn)效率，同時(shí)也可以減少了軸系的采用電力推進(jìn)技術(shù)可以提高推進(jìn)效率，同時(shí)也可以減少了軸系的重量。重量。在柴油發(fā)電機(jī)組的選型配備上，如果考慮采用軸帶發(fā)電機(jī)，可以在柴油發(fā)電機(jī)組的選型配備上，如果考慮采用軸帶發(fā)電機(jī)，可以省去一臺(tái)備用的柴油發(fā)電機(jī)組。軸帶發(fā)電機(jī)的重量相對(duì)于柴油發(fā)省去一臺(tái)備用的柴油發(fā)電機(jī)組。軸帶發(fā)電機(jī)的重量相對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組也大為減輕。電機(jī)組也大為減輕。 輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)船舶推進(jìn)主機(jī)和發(fā)電

50、機(jī)組的優(yōu)選船舶推進(jìn)主機(jī)和發(fā)電機(jī)組的優(yōu)選CCSCCS社審圖中心社審圖中心軸系設(shè)計(jì)時(shí)，首先是考慮軸的強(qiáng)度。通過(guò)規(guī)范計(jì)算，選用滿軸系設(shè)計(jì)時(shí)，首先是考慮軸的強(qiáng)度。通過(guò)規(guī)范計(jì)算，選用滿足相應(yīng)要求的軸徑，規(guī)范計(jì)算值已經(jīng)考慮了安全裕度。但在足相應(yīng)要求的軸徑，規(guī)范計(jì)算值已經(jīng)考慮了安全裕度。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往根據(jù)母型船資料設(shè)計(jì)軸徑，尺寸取實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往根據(jù)母型船資料設(shè)計(jì)軸徑，尺寸取的較大，因此軸的尺寸和重量也相應(yīng)增大。的較大，因此軸的尺寸和重量也相應(yīng)增大。軸系設(shè)計(jì)采用有限元分析方法計(jì)算并適當(dāng)優(yōu)化尺寸并滿足軸軸系設(shè)計(jì)采用有限元分析方法計(jì)算并適當(dāng)優(yōu)化尺寸并滿足軸系扭振計(jì)算的要求，也可以減輕重量。系扭

51、振計(jì)算的要求，也可以減輕重量。采用合金鋼材料代替碳鋼材料，在提高軸系的強(qiáng)度的同時(shí)也采用合金鋼材料代替碳鋼材料，在提高軸系的強(qiáng)度的同時(shí)也可以減輕軸的設(shè)計(jì)尺寸。可以減輕軸的設(shè)計(jì)尺寸。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)軸系設(shè)計(jì)優(yōu)化軸系設(shè)計(jì)優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心在布置機(jī)艙時(shí)，盡量將相關(guān)設(shè)備合理緊湊布置，可以有效減少管路在布置機(jī)艙時(shí)，盡量將相關(guān)設(shè)備合理緊湊布置，可以有效減少管路長(zhǎng)度和數(shù)量。長(zhǎng)度和數(shù)量。采用其他材料管代替碳鋼管（如玻璃鋼管、塑料管、不銹鋼管、鋁采用其他材料管代替碳鋼管（如玻璃鋼管、塑料管、不銹鋼管、鋁管等）也可以減輕管系重量。管等）也可以減輕管系重量。在管壁厚滿足規(guī)范要求的前提下，適當(dāng)選用

52、比較接近規(guī)范值的管子在管壁厚滿足規(guī)范要求的前提下，適當(dāng)選用比較接近規(guī)范值的管子也可以起到減輕重量的目的。也可以起到減輕重量的目的。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)管系管系設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心管系設(shè)計(jì)布置合理以及管系原理簡(jiǎn)單也可以減少管子重量。如管系設(shè)計(jì)布置合理以及管系原理簡(jiǎn)單也可以減少管子重量。如艙底管系避免采用多個(gè)分支管的布置，可以采用總管式結(jié)合遙艙底管系避免采用多個(gè)分支管的布置，可以采用總管式結(jié)合遙控閥的布置?？亻y的布置。機(jī)艙內(nèi)部分油艙的空氣管可以適當(dāng)合并到透氣總管并接至一個(gè)機(jī)艙內(nèi)部分油艙的空氣管可以適當(dāng)合并到透氣總管并接至一個(gè)油霧箱透氣?？梢詼p少透氣管頭，相應(yīng)也減少了管系

53、重量。油霧箱透氣。可以減少透氣管頭，相應(yīng)也減少了管系重量。船上選用大型閥盡量選用構(gòu)造簡(jiǎn)單且重量較輕的蝶閥，以代替船上選用大型閥盡量選用構(gòu)造簡(jiǎn)單且重量較輕的蝶閥，以代替較重的截止閥或閘閥或閥箱。較重的截止閥或閘閥或閥箱。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)CO2CO2固定式滅火系統(tǒng)，對(duì)于散貨船的貨艙，在滿足公約要固定式滅火系統(tǒng)，對(duì)于散貨船的貨艙，在滿足公約要求的前提下，可通過(guò)免除貨艙固定式滅火系統(tǒng)，這樣可以避免求的前提下，可通過(guò)免除貨艙固定式滅火系統(tǒng)，這樣可以避免設(shè)置較多的設(shè)置較多的CO2CO2氣瓶，相應(yīng)也減少了重量。氣瓶，相應(yīng)也減少了重量。在設(shè)計(jì)船舶消防系統(tǒng)時(shí)，盡量考慮采用其他滅火系統(tǒng)時(shí)，如高在設(shè)計(jì)船舶消防系統(tǒng)時(shí)，盡量考

54、慮采用其他滅火系統(tǒng)時(shí)，如高倍泡沫滅火系統(tǒng)、壓力水霧滅火系統(tǒng)或氣熔膠滅火系統(tǒng)等以代倍泡沫滅火系統(tǒng)、壓力水霧滅火系統(tǒng)或氣熔膠滅火系統(tǒng)等以代替替CO2CO2滅火系統(tǒng)。滅火系統(tǒng)。輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)管系管系設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心鍋爐可以選用熱效率高的熱油鍋爐代替蒸汽鍋爐。熱油鍋爐的鍋爐可以選用熱效率高的熱油鍋爐代替蒸汽鍋爐。熱油鍋爐的重量相對(duì)于蒸汽鍋爐較輕。重量相對(duì)于蒸汽鍋爐較輕。熱交換器采用板式替代管殼式。通過(guò)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，可以在熱交換器采用板式替代管殼式。通過(guò)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，可以在滿足規(guī)范以及船東使用要求的前提下適當(dāng)縮減設(shè)備的冗余度和滿足規(guī)范以及船東使用要求的前提下適當(dāng)

55、縮減設(shè)備的冗余度和設(shè)計(jì)裕度，也可以起到輕量化的效果。設(shè)計(jì)裕度，也可以起到輕量化的效果。 輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)其他機(jī)電設(shè)備的其他機(jī)電設(shè)備的優(yōu)化優(yōu)化CCSCCS社審圖中心社審圖中心序號(hào)項(xiàng)目某國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)某國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)5800058000噸散貨船噸散貨船日本設(shè)計(jì)日本設(shè)計(jì)5800058000噸散貨船噸散貨船后者輕(T)1主發(fā)電機(jī)680kW*3-Wartsila193g/kWh10.5噸550KW*3（柴油機(jī)功率）9.5噸32鍋爐1.2T廢氣/1.5T燃油-格林重量18.5噸116kg/h1t/h(廢氣) 1t/h(燃油)-Aalborg重量17噸1.53焚燒爐350000 kcal/h1300MJ/h 大約3

56、10000kcal/h0.54空氣壓縮系統(tǒng)200*2+40*1 30bar139*1 7bar主空壓機(jī)（2臺(tái)，135m3/h*2.9MPa）,沒(méi)有應(yīng)急空壓機(jī)和輔空氣瓶。死船起動(dòng)采用應(yīng)急發(fā)電機(jī)主空壓機(jī)主空氣瓶的方式25燃油系統(tǒng)DN200/100,30*23.52300L*2DN125/DN80，15m3/h3bar(燃油輸送泵)，5m3/h3bar(柴油輸送泵)3200L*23.56滑油系統(tǒng)DN80/50,220*21250L*2DN65/40，205*21950L*1+1050L*117海水系統(tǒng)620*2+250*12.5bar500*2+180*12.5/2.2bar0.58淡水冷卻水系統(tǒng)5

57、60*2+230*13bar無(wú)，采用海水開(kāi)式冷卻系統(tǒng)19壓載系統(tǒng)1000*22.5bar DN350環(huán)狀700*22.4bar DN450單根16.510通風(fēng)系統(tǒng)42000*4600Pa54000*2400Pa0.511固定滅火系統(tǒng)CO2，197瓶，重25.6T機(jī)艙高倍泡沫滅火系統(tǒng)：泡沫柜（1000L），供水泵：130m3/h*8.5bar2012軸系艉軸直徑500mm/9700kg 中間軸直徑450mm/7255kg艉軸直徑490mm/10514kg 中間軸直徑410mm/7850kg-113中央冷卻器4900kW *2無(wú)，采用海水開(kāi)式冷卻系統(tǒng)0.549.5輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)結(jié)論：由上述比

58、較，可以看出后者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型上做了一定的優(yōu)化，從而有效減輕了設(shè)備的重量。結(jié)論：由上述比較，可以看出后者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型上做了一定的優(yōu)化，從而有效減輕了設(shè)備的重量。CCSCCS社審圖中心社審圖中心45一級(jí)渦輪增壓技術(shù)一級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)VTA 渦輪增壓技術(shù)渦輪增壓技術(shù)高效柴油機(jī)高效柴油機(jī)渦輪增壓技術(shù)渦輪增壓技術(shù) 降低油耗降低油耗23%。CCSCCS社審圖中心社審圖中心46智能型柴油機(jī)的典型代表智能型柴油機(jī)的典型代表高效柴油機(jī)高效柴油機(jī)智能型柴油機(jī)智能型柴油機(jī) 電子控制單元電子控制單元( ECU)比例電子噴射控制閥比例電子噴射控制閥( ELFI)降低降低2%

59、油耗油耗智能監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)機(jī)械式凸輪結(jié)構(gòu)機(jī)械式凸輪結(jié)構(gòu)Wartsila公司的公司的RT-flex系列系列MAN B&W公司的公司的ME系列系列CCSCCS社審圖中心社審圖中心47 這類低速柴油機(jī)，擁有超長(zhǎng)的沖程缸徑比這類低速柴油機(jī)，擁有超長(zhǎng)的沖程缸徑比和更低轉(zhuǎn)速的功率輸出范圍，提高了主機(jī)本身和更低轉(zhuǎn)速的功率輸出范圍，提高了主機(jī)本身的熱效率；超低轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)，則有利于船舶匹的熱效率；超低轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)，則有利于船舶匹配更大的螺旋槳來(lái)提高推進(jìn)效率，使同噸位船配更大的螺旋槳來(lái)提高推進(jìn)效率，使同噸位船舶在保持一定航速條件下，消耗更小的功率，舶在保持一定航速條件下，消耗更小的功率，從而使船舶

60、擁有更經(jīng)濟(jì)的日油耗。從而使船舶擁有更經(jīng)濟(jì)的日油耗。 作為各自公司超長(zhǎng)沖程柴油機(jī)的典型代表，作為各自公司超長(zhǎng)沖程柴油機(jī)的典型代表，WartsilaWartsila公司推出了公司推出了X X系列柴油機(jī)，系列柴油機(jī)，MAN B&WMAN B&W公公司推出了司推出了G G系列柴油機(jī)。系列柴油機(jī)。高效柴油機(jī)高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī) 降低油耗降低油耗49%。CCSCCS社審圖中心社審圖中心48高效柴油機(jī)高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī) 以一艘好望角型散貨船為例，以一艘好望角型散貨船為例，分別安裝分別安裝6G70ME-C9.2型和傳統(tǒng)型和傳統(tǒng)的的6S70ME-C8.2型柴油機(jī)。型柴油機(jī)。