液压系统整体设计在船舶节能中的应用

摘 要：船舶是水上运输的主要交通工具，随着物流业的不断发展，船舶数量越来越多，逐渐成为能源消耗的大户。本文从船舶液压系统的整体设计、混合动力装置、废气经济器、载热剂锅炉等方面对船舶节能应用进行探究，以适应船舶设计中节能要求越来越高的趋势。

关键词：液压系统 整体设计 船舶节能

随着物流业的不断发展，船舶的数量越来越多，逐渐成为了能源消耗的大户。一般来说，燃料油的成本占船舶航运企业总成本的30%～40%。尤其随着燃料油价的一路走高，这一比例不断加大，造成航运企业效益出现大幅下降。本文从船舶液压系统的整体设计、节能动力系统、废气经济器、载热剂锅炉等方面，对船舶节能应用进行探究，以适应船舶设计中对节能要求越来越高的趋势。

一、液压系统整体设计驱动方式

现代船舶所使用的节能措施除了提高燃油的利用效率之外，还可以在船舶结构和机械设计方面寻找新的节能方法。在船舶辅机的驱动方面，采用液压系统整体设计的驱动方式，就可以达到节能的目的。液压系统整体设计的驱动方式见下图。

图 主机驱动液压系统整体设计图

船舶主机的尾端按照正常方式驱动轴系螺旋桨，为船舶前进提供动力，而主机的首端则为液压泵提供驱动力。液压泵再供油给起锚机、压载泵、发电机、绞车等辅机，为其提供动力。很明显，采用这种驱动方式可以充分利用船舶主机的多余功率，以达到节能的目的。将这种整体液压设计方法应用于内河油船，当船舶主机通过变量油泵为发电机提供动力的时候，在主机功率低于50%额定功率的情况下，在出入港、航行过程和装卸货油时，都可以使用主机来驱动发电机工作。除了船舶主机驱动液压泵外，还安装了辅助柴油机串联着的辅助液压油泵。在主机停机时，启动辅助柴油机，仍可以使用甲板机械液压设备。

甲板机械液压设备的使用存在以下两种不同情况：一是两舷起锚机和首端尾端压载水泵同时起用，二是一舷侧的起锚机、艏艉端压载水泵和绞车同时起用。在这两种情况下，各个甲板机械设备均可以全速正常运转。如果起锚机和与系泊绞车的负荷较小时，则可以使它们的运转速度为三倍的额定转速，从而使工作效率得到较大的提高。

二、液压系统整体设计在节能方面的措施

在船舶机械设备中，主机和辅机的排气余热与冷却水的余热是可以利用的热能形式，充分合理地利用这些余热损失是研究船舶节能措施的重要方面。

在船上安装轴带式发电机、废气锅炉、蒸汽透平发电机组、船舶电站管理设备等，组成的节能动力系统可以实现节能的目的。节能动力系统利用在主辅机系统回收的余热为废气锅炉提供热源，来加热锅炉产生蒸汽，蒸汽驱动蒸汽透平发电机组运转产生电能。通过电站管理设备产生的电能可以与轴带发电机产生的电能互为补充。也就是说，当节能动力系统提供的电能高于船舶辅机所需电能的时候，高出的电能输送给轴带式发电机，为船舶提供推进力；当节能动力系统提供的电能低于船舶辅机所需电能时，短缺的电能由轴带式电动机供给，保证船舶辅机的正常运行；当船舶主机提供的输出功率小于船舶运行所需要的推进功率时，短缺的功率可以由节能动力系统产生的电能提供，并通过轴带电动机把动力输送给螺旋桨。

三、船舶动力系统的其他节能措施

1.废气经济器

在主柴油机的烟道中安装废气经济器，其作用是回收主柴油机燃烧产生的废气中的热量，用这些热量加热水以得到更多的蒸汽，这样就能节省辅助锅炉燃烧所需的燃料油，提高主柴油机的总体热效率。辅助锅炉的主要作用是产生蒸汽，用于货油的保温和燃料油的加热。在压载航行不烧辅助锅炉时，现有船舶就要耗电去加热燃料油，而安装了废气经济器的船舶则可以在不烧辅助锅炉的情况下，仍有蒸汽加热燃料油，这样就可以节约用来加热燃油的电能。

2.冷却水余热收集

冷却水余热可以回收再利用。回收冷却水余热可以作为制淡设备的热源、低温加热器热源、高温热泵热源、制冷设备的热源和氟利昂透平系统的热源。

四、船舶节能措施的优点

采用前文所述的各种船舶节能措施的主要优点如下。一是降低主机的设计功率，增加了船舶的可用功率；二是科学的电站管理设备能够有效地分配船舶航行各个工况所需电能的来源构成；三是通过废气锅炉和废气经济器回收排气余热，降低了燃料油消耗；四是采用新型载热剂锅炉提高了锅炉燃烧效率；五是在一定的程度上降低了船舶推进能力的冗余；六是回收余热节省燃料和电力推进的方式能减轻二氧化碳的排量，从而减少对环境的污染；七是增加的投入成本能很快回收，經济效益高；八是为船舶设计提供有利条件来缩短机舱、优化船体线型。

另外，如果采用载热剂锅炉，其与普通蒸汽锅炉相比，燃料费可以节省25%，所占容量可以缩小1/5～1/3，且不使用钢管。从而达到节省费用的目的。

节能船舶的设计方案可以参考以下三种。一是采用现有主机、节能船型、定距桨、废气经济器；二是采用节能主机、节能船型、定距桨、废气锅炉、废气经济器；三是采用节能主机、节能船型、调距桨、载热剂锅炉、混合动力装置、废气经济器。方案一和方案二，船舶建造投资费用虽然会越来越多，但每年节约的燃料费用也越来越多。在一般情况下，节能船建造时投资增加的费用可以在两年内从节约的燃料费用中收回。

五、小结

本文从船舶液压系统的整体设计、节能动力系统、废气经济器、载热剂锅炉和节能船舶设计方案等方面，探讨了船舶节能应用措施。其中的一些措施正在应用并且取得了很好的效果，一些措施还正在研究开发中。随着能源价格的提高和社会环保意识的增强，我国发展节能减排技术乃大势所趋，未来船舶在节能环保方面的表现将成为船舶设计研究的热点之一。

参考文献：

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[2]魏德宝，纪玉龙等.船舶综合液压推进系统设计[J].液压气动与密封，2008（1）.

[3]孙玉清.船舶综合液压推进及其泵马达设计[M].中国航海，2007（2）.

[4]阎欣，沈岩，纪玉龙，新型船舶推进方式——船舶综合液压推进[J].液压气动与密封，2006（2）.

（作者单位：渤海船舶职业学院）