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摘要：為了應(yīng)對航運(yùn)市場低迷及降本增效，以船舶節(jié)油為重點(diǎn)來降低營運(yùn)成本，在權(quán)衡各種節(jié)能技術(shù)措施的基礎(chǔ)上，優(yōu)選了船舶縱傾優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，具有實(shí)施容易、初始投資低、操作便利的優(yōu)點(diǎn)。研究了船舶縱傾優(yōu)化方法及實(shí)施方案，提出了船舶與岸基相配合實(shí)現(xiàn)船舶縱傾優(yōu)化節(jié)能的重要性和對策。應(yīng)用結(jié)果表明，船岸雙方共同實(shí)現(xiàn)船舶最佳縱傾，每年可節(jié)省（1-2）%的燃油消耗。

關(guān)鍵詞：船舶；節(jié)能減排；縱傾優(yōu)化；降本增效

引言

隨著航運(yùn)市場競爭日益激烈，海洋環(huán)保、船舶節(jié)能減排等規(guī)范的實(shí)施，加之航運(yùn)市場低迷，航運(yùn)公司要保持較強(qiáng)的競爭力，需要良好的管理能力和高效地成本控制。船舶燃油費(fèi)用為船隊(duì)運(yùn)營中最大的成本支出，是降低營運(yùn)成本的重點(diǎn)。因此，降低燃油消耗，提高能效控制及管理水平，節(jié)約成本支出，是船舶節(jié)能減排的重要舉措。船舶節(jié)油方法有主機(jī)降速航行、增壓器封堵、VIT的適應(yīng)調(diào)節(jié)、高效螺旋槳、防滑油漆等技術(shù)措施，實(shí)施困難且初始投資高，而船舶縱傾優(yōu)化節(jié)能技術(shù)利用軟件控制，實(shí)施容易、初始投資低、操作便利，越來越為航運(yùn)業(yè)界所重視，因此，研究船舶縱傾優(yōu)化節(jié)能技術(shù)具有重要意義。

一、船舶縱傾優(yōu)化

船舶浮于靜水的平衡狀態(tài)有正浮、橫傾、縱傾和橫傾加縱傾4種情況，圖1所示為船舶吃水d、橫傾角θ、縱傾角φ或吃水差Δ等參數(shù)表示。船舶縱傾指船舶只在船尾方向或在船首方向傾斜而無橫向傾斜的漂浮狀態(tài)。因壓載水、貨物或燃料的裝卸和移動(dòng)，使船舶重心偏離船舶正浮時(shí)的浮心位置，產(chǎn)生縱傾力矩，從而引起船舶前后吃水的不同。船舶吃水差為首垂線吃水減去尾垂線吃水，船舶所產(chǎn)生的吃水和吃水差取決于貨物及油、水等在船舶縱向上的配置。船舶首尾吃水差的大小直接影響推進(jìn)器和舵葉的入水深度，對船舶航速、操縱性及阻力產(chǎn)生直接影響。通過合理的調(diào)整首尾吃水差，使船舶航行時(shí)既能保證推進(jìn)器和舵葉入水深度，又能使船舶的阻力達(dá)到最小。合理的船舶縱傾調(diào)節(jié)達(dá)到控制燃油消耗，提高能效控制及管理水平的效果。

二、船舶縱傾優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)

船舶縱傾優(yōu)化分為靜態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化。靜態(tài)優(yōu)化指在裝卸貨、加裝燃油時(shí)，根據(jù)縱傾優(yōu)化軟件的計(jì)算結(jié)果來調(diào)整縱傾吃水差，最大限度的發(fā)揮節(jié)油功效。動(dòng)態(tài)優(yōu)化指在航行過程中，在靜態(tài)優(yōu)化的基礎(chǔ)上根據(jù)海況和燃油淡水等的消耗情況，通過調(diào)整船舶壓載水來調(diào)節(jié)首尾吃水差，實(shí)現(xiàn)船舶的縱傾調(diào)節(jié)。船舶縱傾優(yōu)化不需要改變船體構(gòu)造、不附加安裝設(shè)備的節(jié)能方式，是一種不降低船舶載貨量、不降低航速且易于實(shí)施、效果顯著的節(jié)能方式。根據(jù)船長和輪機(jī)長的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，縱傾優(yōu)化措施不影響船舶、機(jī)械、貨物安全而采取的措施。因此，船舶縱傾優(yōu)化節(jié)能技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)、便利的、減少燃油消耗的措施之一。只需船舶在裝載時(shí)根據(jù)優(yōu)化軟件的計(jì)算結(jié)果調(diào)整好首尾吃水，在航行過程中動(dòng)態(tài)調(diào)整壓載水，實(shí)現(xiàn)船舶的低阻力航行，達(dá)到節(jié)能的目的。

三、船舶縱傾優(yōu)化分析

提高船舶速度性能、推進(jìn)效率、改善舵效提高操縱靈活性，船舶航行時(shí)需要有一定的尾傾，尾傾大小應(yīng)根據(jù)不同船舶和不同裝載狀態(tài)來確定。船長根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將船舶縱傾調(diào)整為平吃水或尾傾狀態(tài)。這一狀態(tài)針對小型船舶能提高效率，但大型化、高速化船舶，船體線型發(fā)生了明顯的變化，大型船舶航行顛覆了尾傾能夠提高航速和節(jié)油的觀念。

1．船舶阻力分析

船舶在自由液面上航行激起興波，改變船體表面的壓力分布和首尾的壓力差，產(chǎn)生了興波阻力Rw；船舶在黏性流場中運(yùn)動(dòng)，船體表面形成邊界層，引起運(yùn)動(dòng)方向的切向作用力，從而產(chǎn)生摩擦阻力Rf；同樣，船舶在黏性流場中的運(yùn)動(dòng)也產(chǎn)生旋渦，旋渦處壓力較低，使船舶前后壓力不均衡，從而產(chǎn)生旋渦阻力RF。如圖2所示：摩擦阻力、旋渦（形狀）阻力和興波阻力，這三種阻力均隨航速Vs增加而增加。對同一船型，各種阻力系數(shù)隨船速變化各不相同，各種阻力與航速的函數(shù)關(guān)系也各異。一般摩擦阻力Rf∝Vs1.86，旋渦阻力RF∝Vs2，興波阻力RW∝Vs4，各阻力在不同航速下的比例也不一樣。若不考慮外界風(fēng)的影響，則船舶航行總阻力為三者之和。三者阻力間的比重因海況、船型、船速等不同而有所變化。其中，摩擦阻力占的比重比較大，約為80%，剩余阻力占比重較小。

2．船舶最佳縱傾

船舶航行中遭受風(fēng)海浪流、縱傾及舵效等因素影響，船舶主機(jī)輸出功率有一部分被無效地耗散，這降低了船舶能效水平。改變船舶縱傾可在一定程度上影響船舶推進(jìn)功率的無效耗散。船舶縱傾引起船體水下幾何形狀、水線長度、浮心位置、首尾流場分布等發(fā)生改變。在船舶航行期間，這些變化也將導(dǎo)致螺旋槳推進(jìn)效率和船體水阻力的改變，從而影響了船舶能效指數(shù)。船舶縱傾航行對螺旋槳水動(dòng)力特性影響較小；但一定的縱傾可提高螺旋槳推進(jìn)效率，降低尾流對船尾沖擊引起的振動(dòng)。若不考慮外部環(huán)境，如氣象、風(fēng)浪等因素，船舶航行阻力主要與排水量、航行速度及吃水差相關(guān)。集裝箱船等班輪的航次明確，其排水量與航行速度的實(shí)際值可以基本確定，因此航行阻力便只與船舶吃水差相關(guān)。但航行阻力與吃水差間不是簡單的線性函數(shù)關(guān)系，只有選取合適的吃水差才可取得相應(yīng)的最小航行阻力。阻力-縱傾曲線只能通過最佳縱傾試驗(yàn)獲得，不同船舶具有不同的阻力-縱傾曲線。這種在確定的排水量和航行速度前提下，使船舶能耗最低的吃水差為船舶最佳縱傾。

3．阻力縱傾曲線

關(guān)于船舶水動(dòng)力特性研究有理論研究、數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)研究3種。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD已廣泛應(yīng)用于船舶運(yùn)動(dòng)流場的數(shù)值計(jì)算，具其較高的求解精度和良好的適應(yīng)性，為船舶阻力研究提供了新方法，其計(jì)算復(fù)雜流動(dòng)問題的能力更強(qiáng)，比試驗(yàn)研究所需的時(shí)間及費(fèi)用較少，且不受模型的尺寸限制。要獲得最佳的阻力-縱傾曲線，首先進(jìn)行船舶建模，利用計(jì)算機(jī)軟件建立船舶數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用CFD計(jì)算出不同吃水和航速下的縱傾曲線。但得到的縱傾曲線，還要通過實(shí)船實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。利用CFD計(jì)算船舶運(yùn)動(dòng)流場，計(jì)算船舶在不同裝載工況和不同航速下的阻力，采用優(yōu)化算法，以最小阻力為目標(biāo)，綜合考慮航線、穩(wěn)性、強(qiáng)度安全的基礎(chǔ)上，給出船舶航行最佳縱傾浮態(tài)，作為船舶實(shí)際營運(yùn)中最佳縱傾操作。

四、應(yīng)用結(jié)果分析

船舶縱傾優(yōu)化需要建立船舶數(shù)學(xué)模型，通過計(jì)算得出不同吃水和航速下的縱傾曲線，這些工作不能在船上完成，需要通過岸基支持實(shí)現(xiàn)。針對多艘相同類型的船舶，它們具有相同的特性。因此，只需編寫一套縱傾優(yōu)化軟件，就可在同類型船舶中推廣應(yīng)用。船員根據(jù)軟件推薦的縱傾值調(diào)整船舶的吃水，實(shí)現(xiàn)縱傾優(yōu)化。船岸雙方都能看到軟件推薦的最佳縱傾值，每年可節(jié)省1%~2%的燃油消耗。馬士基集團(tuán)建立了全方位的船舶運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，使用了包括縱傾優(yōu)化工具在內(nèi)的多種節(jié)能軟件。只要測量到船舶運(yùn)行狀態(tài)，就能進(jìn)行管理和控制。馬士基全球航運(yùn)管理中心（GVC）組建高水平船員監(jiān)測團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行船舶全面監(jiān)控，對船舶實(shí)行24h不間斷的技術(shù)指導(dǎo)，確保船舶運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。

五、結(jié)論

船舶縱傾優(yōu)化與船舶管理操作具有很大關(guān)系，需要對船員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，強(qiáng)化節(jié)能意識(shí)，對船舶縱傾優(yōu)化節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行指導(dǎo)，才能有效實(shí)施縱傾優(yōu)化節(jié)能目標(biāo)。船舶節(jié)油是建立船舶狀態(tài)全面監(jiān)測和管控基礎(chǔ)上的，首要實(shí)現(xiàn)船舶的全面監(jiān)控，需要高級(jí)技術(shù)人員全方位指導(dǎo)船員操作，才能實(shí)現(xiàn)船舶縱傾優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，達(dá)到進(jìn)一步降低船舶營運(yùn)成本目的。

參考文獻(xiàn)

[1]宣虎.船舶節(jié)能減排實(shí)船應(yīng)用[J].航海技術(shù)，2014，（5）：64-68.

[2]譚親明，胡以懷，張旭升.現(xiàn)代船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究[J].環(huán)境工程，2015：76-80.

[3]郝金鳳，強(qiáng)兆新，石俊令等.船舶設(shè)計(jì)節(jié)能減排技術(shù)策略[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2012，34（9）：3-10.

[4]劉伊凡，張劍，張躍文.縱傾優(yōu)化下的船舶能效數(shù)值模擬[J].2015，37（12）：31-34.

[5]張劍.基于縱傾優(yōu)化的船舶能效研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2015.

作者:邵勇 單位:深圳市長航國際船舶管理有限公司