姜 彭，張 超，劉維娜，馬 坤

(1.濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261000；2.大連理工大學(xué) 船舶工程學(xué)院，遼寧 大連 116024)

0 引言

越南漁船眾多，但船東對建造漁船的適航性和經(jīng)濟性缺乏了解[1]，往往是根據(jù)自己的意愿和經(jīng)驗來建造。新船船體由木板經(jīng)過切削、烤彎、鉚接、敲釘?shù)裙に嚻囱b，主機和螺旋漿的選配依靠當(dāng)?shù)貪O民經(jīng)驗。由于造船工藝落后，技術(shù)水平低，故所建造的漁船存在較大的安全性、可靠性和經(jīng)濟性的問題[2]。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，海上漁業(yè)生產(chǎn)已屬高危行業(yè)[3]。為減少海上事故發(fā)生，降低燃料消耗和污染物排放，整個越南市場迫切需要匹配合理的機槳動力總成。本文通過對越南堅江調(diào)研得到的22 m拖網(wǎng)漁船進行NAPA建模、靜水力計算、航速阻力計算、螺旋槳優(yōu)化、主機匹配和自航預(yù)報研究，匹配出一套新的動力總成，打破了當(dāng)?shù)貪O民靠經(jīng)驗匹配主機和螺旋槳的局面，對提高當(dāng)?shù)貪O業(yè)安全和經(jīng)濟性具有重要意義。

1 越南22 m漁船基本情況

堅江省是越南南部重要的木質(zhì)漁船制造基地，所建漁船長從十幾米到二十幾米不等。本文選取的是調(diào)研得到的22 m船型，其具體參數(shù)見表1。

2 NAPA航速與阻力預(yù)報

2.1 NAPA模型建立及靜水力計算

本文根據(jù)越南22 m漁船型線圖建立模型，所建模型如圖1所示。

表1 22 m漁船參數(shù)表

圖1 越南22 m漁船模型

根據(jù)所建模型進行靜水力計算，所得計算結(jié)果見表2。

2.2 阻力計算

經(jīng)調(diào)研，堅江漁船主要在馬來西亞海域作業(yè)，自由航行航速為10 kn，拖網(wǎng)航行航速為2.5 kn。本文按照艏艉吃水均為2.17 m，箱型龍骨作為附體進行阻力計算。設(shè)定艏部風(fēng)阻系數(shù)為0.75，測量水線以上受風(fēng)面積為35 m3，風(fēng)速為5.144 m/s，空氣密度為1.27 kg/m3，附體阻力因子為1.5，量得附體濕表面積為15 m2。NAPA選用HL84方法進行計算，結(jié)果與NAVCAD選用的Holtrop方法和Starccm+計算流體力學(xué)計算結(jié)果進行對比，驗證了NAPA計算阻力的準確度。所計算的船體有效功率見表3，船體有效功率曲線如圖2所示。

表2 越南22 m漁船靜水力數(shù)據(jù)

表3 船體有效功率數(shù)據(jù)

2.3 槳的匹配

由于越南漁船普遍不用導(dǎo)管槳，故本文槳型選擇B型槳。根據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示：堅江漁船自由航行只占行程很小的比例，絕大多數(shù)時間為拖網(wǎng)工況，待魚艙裝滿就將魚貨駁到收魚船，然后繼續(xù)拖網(wǎng)。故本文以拖網(wǎng)工況來優(yōu)化螺旋槳，輸入螺旋槳直徑為1.7 m，槳葉數(shù)為4，拖網(wǎng)航速為2.5 kn。

具體優(yōu)化結(jié)果見表4。

圖2 船體有效功率數(shù)據(jù)圖

表4 螺旋槳優(yōu)化結(jié)果

2.4 主機選型

若選用此優(yōu)化槳，根據(jù)計算結(jié)果，該船以2.5 kn航速自由航行時需要主機功率為3.164 kW，螺旋槳轉(zhuǎn)速為78.44 r/min，槳敞水效率為0.544，船身效率為1.057，相對旋轉(zhuǎn)效率為1.018，總效率為0.573，推力減額分數(shù)為0.22，伴流分數(shù)為0.262。若該船以10 kn設(shè)計航速航行時需要螺旋槳轉(zhuǎn)速為344.88 r/min，主機功率為275.66 kW，槳敞水效率為0.525，船身效率為1.05，相對旋轉(zhuǎn)效率為1.007，總效率為0.544，推力減額分數(shù)為0.22，伴流分數(shù)為0.257。以2.5 kn航速拖網(wǎng)航行時產(chǎn)生36 kN拖力，主機功率為259.47 kW，螺旋槳轉(zhuǎn)速為297.97 r/min。

考慮到10%的海況余量，即最大持續(xù)功率工況點的功率為303.22 kW。根據(jù)調(diào)研情況，當(dāng)?shù)剡x用的高速機轉(zhuǎn)速約為1 500 r/min，故設(shè)定齒輪箱減速比為4.3。22 m漁船主機選型以常用功率工況點(275.66 kW、1 483 r/min)和最大持續(xù)功率工況點(303.22 kW、1 529 r/min)要落在選型區(qū)域作為評判標準[4-5]。據(jù)此，對濰柴船用發(fā)動機各系列產(chǎn)品進行篩查，只有A4和A6這兩機型符合要求。因此，本文選擇A6柴油機作為主機，其額定功率367 kW，額定轉(zhuǎn)速1 800 r/min。

2.5 自航預(yù)報

根據(jù)所選的A6型號柴油機和所優(yōu)化的B型槳，考慮10%的海況余量，可以預(yù)測22 m漁船在主機常用功率下能達到10.306 kn航速，此時螺旋槳轉(zhuǎn)速為362.4 r/min。具體自航預(yù)報見圖3。

圖3 自航預(yù)報圖

2.6 油耗分析

油耗是漁民關(guān)注的焦點。本套動力總成耗油量預(yù)測如下：在設(shè)計航速10 kn航行時，主機轉(zhuǎn)速為1 483 r/min，螺旋槳轉(zhuǎn)速為344.88 r/min，減速比為4.3，查燃油消耗率曲線得到此時燃油消耗率為198.6 g/kWh。因每噸燃油大約1 190 L，故此航速每小時消耗燃油為65.07 L。同理在拖網(wǎng)時，主機功率為259.47 kW，主機轉(zhuǎn)速為1 281.27 r/min，燃油消耗率為206.13 g/kWh，故每小時燃油消耗為63.57 L。具體濰柴A6型號主機燃油消耗率曲線如圖4所示。

3 結(jié)果

通過NAPA對越南22 m漁船航速阻力計算和主機槳的匹配，最終計算出船身有效功率，匹配了濰柴A6型號主機，選擇了減速比為4.3的齒輪箱并優(yōu)化選擇了直徑為1.7 m、螺距比為0.621、槳葉數(shù)為4、盤面比為0.571的B型槳，整套動力總成方案可以打包出售，打破了越南市場機槳匹配完全憑主觀經(jīng)驗的局面，對實現(xiàn)“安全、環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟”的漁業(yè)健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

圖4 A6主機燃油消耗率曲線

4 結(jié)語

通過開展此次越南堅江漁船市場調(diào)研，初步掌握了越南漁船建造、匹配和運營的基本情況。鑒于此次調(diào)研沒有完全得到相關(guān)有效信息，如22 m漁船所配主機機型、功率轉(zhuǎn)速、油耗情況和其所配螺旋槳的基本參數(shù)，故暫時還不能和該船實際運營油耗作對比。

此外，本次調(diào)研也沒有得到該船實際出港載況、拖網(wǎng)載況等相關(guān)信息，故本文依據(jù)該船正浮并達到設(shè)計吃水2.17 m進行有效功率計算和拖網(wǎng)工況下螺旋槳優(yōu)化選配，而實際情況是在拖網(wǎng)工況下，船舶吃水要比2.17 m小，故按照實際載況進行計算所得的油耗要比本文按設(shè)計吃水計算所得油耗值要低。因此，待得到其自由航行和拖網(wǎng)的浮態(tài)信息，該船機槳匹配可以進一步優(yōu)化。