航浚4009螺旋桨技术改造成果及应用

航浚4009螺旋桨技术改造成果及应用

朱荣;陈优金

【摘 要】本文介绍了中交上海航道局有限公司采用新型导管可调浆对航浚4009

轮进行节能技术改造的情况,阐述了节能技术改造的主要内容以及技术方案.据统计

分析,验证了安装新型导管可调桨后的耙吸挖泥船的实际节能减排效果明显,经济效

益可观.

【期刊名称】《交通节能与环保》

【年(卷),期】2012(008)002

【总页数】3页(P51-53)

【关键词】航道疏浚;螺旋桨;技术改造;节能减排;效益

【作 者】朱荣;陈优金

【作者单位】中交上海航道局有限公司,上海200002;中交上海航道局有限公司,上

海200002

【正文语种】中 文

【中图分类】U664.33

中交上海航道局有限公司是一家国内规模最大、专业从事国内外航道疏浚、整治、

围堰吹填等工程项目的航道施工企业，隶属于中国交通建设集团。至2011年底，

公司资产总额为144 亿元，营业年度汇报ppt 额硬笔书法内容 达120亿元，拥有具有国际先进水平、舱容量

为16 888 m3自航耙吸挖泥船“新海凤”等各类船舶105 艘，年生产能力2.8 亿

m3。本世纪初公司紧紧抓住国内外港口、航道建设快速发展的契机，以增强核心

竞争力，提高疏浚市场占有率为宗旨，从国外引进具有国际先进水平的12 888

m3自航耙吸船“新海龙”的同时，还投资新建了“新海凤”等6 艘万方级的自航

耙吸挖泥船及一批3 500 m3/h绞吸挖泥船，既扩大了公司疏浚船队的规模，也

使船队船龄结构得到了改善。

疏浚船舶是公司主要的施工装备，能源费用在公司生产成本中占据着很大的份额，

2011年底公司能耗总量已达到30多万吨标煤，在目前油价高企的时代，想方设

法降低船舶的能耗水平就成为企业不二的选择。近年来，公司贯彻落实科学发展观，

按照上级部门下发的有关节能文件要求，建立健全制度，强化宣传教育，加强科学

管理，确定节能减排目标，以技术改造为突破口，改造耗能大的设备和生产工艺，

使节能减服务方案范本 排工作全面开展，取得显著效果。

1 项目背景

航浚4009轮是中交上海航道局有限公司1979年由从日本引进的耙吸挖泥船，船

长129 m，型宽18 m，泥舱舱容4 500 m3，主机额定功率2 866.5 kw。由于年

代久远，船舶推进主机老化，导致船舶推进力下降，在航道水流湍急的情况下，船

舶想要双耙施工显得有些力不从心，只能靠单耙维持施工，严重影响了施工效率，

疏浚能耗高居不下。

中交上海航道局有限公司现有大型耙吸挖泥船19艘，其中有13 艘建于上世纪70

年代。针对公司老龄船舶普遍存在的主机老化导致推力下降、能耗高、施工效率低

的问题，公司确定航浚4009作为试验船，联合上海交大船舶与海洋工程设计研究

所进行技术攻关，希望在保持原船推进主机、轴系、桨毂不变的前提下，通过局部

性技术改造，提高船舶的系柱推力，增强船舶施工能力，降低单耗，实现节能减排

的目的。

2 节能技术改造的主要内容

节能技术改造工作主要从围绕以下几个方面展开：

（1）进行实船测试，了解现有船舶主机的最大功率及相应的转速，获得主机特性

曲线、有效功率曲线和船舶阻力曲线，据此设计所需要的螺旋桨的参数。

（2）采用图谱设计法，设计与本船原有主机特性相符的19A导管+Ka系列螺旋

桨，包括螺旋桨主汇率怎么看 要参数的确定，挖泥状态与自航状态的推力计算等。

（3）根据所设计的可调螺距螺旋桨，设计与之相配合的HR导管，同时兼顾导管

桨在船体尾部的布置形式。

（4）将三个模型螺旋桨（即：原船螺旋桨、新桨配合19A导管、新桨配合HR导

管）在不同螺距角时的敞水试验，比较其敞水效率。

（5）根据模型试验结描写山 果及计算分析，比较原可调螺距桨和配合高效导管的新型导

管桨的相关性能，包括挖泥状态推力、航速的变化。

3 技术方案的确定和实施

在对航浚4009轮进行相关实船测试并取得主机的特性曲线、阻力曲线后，通过构

建相应数模、物模，应用上海交通大学自主研发的可调桨系列试验图谱，结合目标

船的尾部结构，研发设计满足目标船改造需要、提高船舶系柱推力的新型导管可调

桨及相关技术。经过大量对比性试验以及对试验数据的统计、分析、计算，最终确

定项目节能技术改造的方案为HR高效导管配JDC4-55型系列可调桨。船模水池

试验结果表明，在实验室内同等条件下，采用新型导管可调桨后，船舶在3～5

kN航速时的耙吸拖力可提高约17.5%～20%。

2009年4月，公司利用该船小修期间进行新型导管可调桨的技术改造，改造完成

后，公司组织相关部门和人员，按施工航行和满载航行两种工况下对该船进行了测

试，试验结果显示改造后船舶的系柱拖力提高了26%，船舶在逆水施工时航速比

原先提高了2 节左右，逆水满载时航速比原先提高1 节左右，不同工况下的提速

比较明显。

4 节能减排效果及效益

4.1 节能减排效果

为了进一步验证安装新型导管可调桨后节能减排的实际效果，围绕单位小时油耗率

和万方油耗两项指标，将航浚4009轮改造前后的运行数据作了统计分析，见表1、

表2所示。

表1 航浚4009在不同工程、不同区域施工能耗对比表单耗吨/小时对比时间段施现代歌曲

工区域单耗吨/万方长江口工程黄骅工程2009年1-3月2009年4-12月2008年

4-12月2010年5-12月改造前改造后改造前改造后节能率/%节能率/%0.904

0.873 3.43 0.8 0.78 2.5 13.8 10.6 23.19 12.01 9.08 24.4

表2 航浚4009与航浚4008不同年份施工能耗对比表注：航浚4009轮与航浚

4008轮为姐妹船，航浚4008轮尚未进行安装新型导管可调桨改造单耗吨/小时金

额年份单耗吨/万方2009年2010年航浚4008航浚4009航浚4008航浚4009

差异率/%差异率/%0.915 0.881-3.72 0.915 0.807-11.80 12.57 11.39-9.39

15.30 10.59-30.78

从表1、表2中可以明显看出：无论是从不同工程、不同施工，还是姐妹船之间进

行的统计数据比较，航浚4009轮在进行新型导管可调桨节能技术改造后，其单位

小时油耗率和万方油耗两项指标都有不同程度的下降，节能减排的效果明显。

4.2 经济效益

航浚4009新型导管可调桨技术改造总投资为480万元，包含设计、制作、安装

等费用。仅以航浚4009轮为例，主机使用的油料品种有0#燃料油、4#燃料油、

180#燃料油。考虑到施工工况、施工工艺以及操作人员的差异性等因素，航浚

4009轮在实施新型导管可调桨节能技术改造后，按预计平均万方单耗下降3.2 吨、

每年完成土方量650 万方进行测算，可节约燃油消耗2 080 吨/年，项目的经济效

益十分可观。

5 老旧耙吸船实施节能技术改造的意义

（1）本项目节能技术改造的对象主要是一些上个世纪70年代建造的老旧船舶，

在不变更原有船舶主机、轴系及调距机构的前提下，对可调螺距螺旋桨进行重新设

计并配合高效导管。从航浚4009实船改造的效果看，采用新型导管可调桨后，成

功解决了老旧挖泥船施工作业推力不足的问题，提高了耙吸船的施工效率，节能降

耗效果明显，为耙吸船的国内自主改造提供了成功的经验。

（2）项目的研究从理论到实际，整个分析过程都通过各种手段进行验证、分析，

设计图纸通过CCS船级社审核批准，各项技术指标均经过模型试验、实船测试和

改造后实船使用情况等多个环节验证，技术上是成熟的，操作上是可行的。

（3）本项目改造成本低，投资回报高，见效快，在疏浚行业内有着良好的示范、

推广作驾考科目一 用。现有的先进技术给我们带来了巨大的节能潜力，而螺旋桨加装高效导管，

也是现代船舶发展的趋势，所以该技术也适用于航运业的老旧船舶改造，在交通运

输行业也有着良好的推广前景。