船舶高能效技术介绍

1、CCSCCS社审图中心社审图中心船舶高能效技术介绍船舶高能效技术介绍CCSCCS社审图中心社审图中心20132013年年0101月月0808日日CCSCCS社审图中心社审图中心2 典型旧散货船综合能量传递及消耗分布典型旧散货船综合能量传递及消耗分布新旧散货船能耗对比新旧散货船能耗对比整船能量利用效率整船能量利用效率 27.82%27.82% 动力系统能量利用效率 19.03%19.03% 电力系统能量利用效率 27.61% 27.61% 热力系统能量利用效率 73.26% 73.26% 主机能量利用效率 40.64% 40.64% 发电机组能量利用效率 32.30%32.30% 单位货物每小时

2、耗能指标 150 150（kJ/t.hkJ/t.h）CCSCCS社审图中心社审图中心3 新型散货船综合能量传递及消耗分布新型散货船综合能量传递及消耗分布新旧散货船能耗对比新旧散货船能耗对比整船能量利用效率整船能量利用效率 32.58%32.58% 动力系统能量利用效率 20.88% 20.88% 电力系统能量利用效率 31.97%31.97% 热力系统能量利用效率 73.50%73.50% 主机能量利用效率 48.65% 48.65% 发电机组能量利用效率 37.39%37.39% 单位货物每小时耗能指标 117.11117.11（kJ/t.hkJ/t.h）CCSCCS社审图中心社审图中心4新

3、旧散货船能耗对比新旧散货船能耗对比￥ 分析：分析：CCSCCS社审图中心社审图中心5船舶高能效技术 5. 5. 电力系统优化电力系统优化 3. 3. 高效动力系统高效动力系统 7. 7.高效系统高效系统/ /系统系统 2. 2. 船舶轻量化技术船舶轻量化技术 4. 4. 高效推进系统高效推进系统 6. 6. 新能源应用新能源应用 8. 8. 新概念船型新概念船型 1. 1. 船舶减阻技术船舶减阻技术 船舶高能效技术船舶高能效技术CCSCCS社审图中心社审图中心6主尺度和船型参数的优化主尺度和船型参数的优化线型优化线型优化减阻附体减阻附体气膜减阻气膜减阻减阻涂料减阻涂料首部线型优化首部线型优化尾

4、部线型优化尾部线型优化L 、B/T、CP 、CB 、LCB 、Cw 航行减阻航行减阻减少空气阻力减少空气阻力低空气阻力上建的研究低空气阻力上建的研究桨前节能附体桨前节能附体桨后节能附体桨后节能附体减少水阻力减少水阻力尾框高度、螺旋桨与船体间隙、机舱尾框高度、螺旋桨与船体间隙、机舱布置、螺旋桨轴线高度和主机的配合布置、螺旋桨轴线高度和主机的配合前置导管、桨前反应鳍（定子）前置导管、桨前反应鳍（定子） 毂帽鳍毂帽鳍 、舵球、舵球 、扭曲舵、扭曲舵船舶减阻技术船舶减阻技术CCSCCS社审图中心社审图中心7高效推进系统高效推进系统CLT桨桨新式外形螺旋桨新式外形螺旋桨吊舱吊舱-电力推进电力推进船船-机

5、机-桨优化配合桨优化配合CRP桨桨Hybrid CRP桨桨NTP桨桨KAPPEL桨桨吊舱吊舱-电力推进电力推进CCSCCS社审图中心社审图中心8船舶轻量化技术（一）船舶轻量化技术（一）船体骨架形式优化船体骨架形式优化货舱区域优化货舱区域优化货舱区外结构优化货舱区外结构优化船体节点设计优化船体节点设计优化高强度钢的使用高强度钢的使用分舱布置优化分舱布置优化纵向构件优化纵向构件优化其他轻型材料的使用其他轻型材料的使用船体轻量化船体轻量化其他减重措施其他减重措施纵骨架式、横骨架式、及纵横混合骨架形式纵骨架式、横骨架式、及纵横混合骨架形式优化设计纵骨或强框间距优化设计纵骨或强框间距优化纵骨剖面优化纵骨

6、剖面采用高强度钢采用高强度钢横舱壁形式优化横舱壁形式优化CCSCCS社审图中心社审图中心9船舶轻量化技术（二）船舶轻量化技术（二）主机和发电机组优化选型主机和发电机组优化选型轴系的优化设计轴系的优化设计管系优化放样管系优化放样布置形式、阀的类型布置形式、阀的类型其它机电设备其它机电设备强度强度材料材料锅炉、热交换器等锅炉、热交换器等设备轻量化设备轻量化布置布置材料材料CCSCCS社审图中心社审图中心10高效动力系统高效动力系统涡轮增压技涡轮增压技术术智能型柴油机智能型柴油机超长冲程低速机超长冲程低速机降功率使用降功率使用Derating Wartsila公司的公司的RT-flex系列柴油机的共

7、轨技术系列柴油机的共轨技术 MAN B&W公司的公司的ME系列型柴油机系列型柴油机 的电电喷技术的电电喷技术EGB 排气旁通技术排气旁通技术 高效柴油机高效柴油机Wartsila公司推出了公司推出了X系列柴油机系列柴油机 MAN B&W公司推出了公司推出了G系列柴油机系列柴油机 低负荷运转低负荷运转 降低摩擦功耗降低摩擦功耗 两级涡轮增压技术两级涡轮增压技术 VTA (Variable Turbine Area） 涡轮增压技术涡轮增压技术 ECT auto-tuning柴油机电控调节柴油机电控调节 VT（可变喷嘴环（可变喷嘴环 CCSCCS社审图中心社审图中心11电力系统优化电

8、力系统优化船舶岸电技术船舶岸电技术智能电站智能电站变频技术变频技术电力系统电力系统LED等等 PTOCCSCCS社审图中心社审图中心12上层建筑：上层建筑：-13 轻型结构设计； 节能照明及设备附属结构：附属结构：-13 轻型结构设计 复合材料应用主船体结构：主船体结构：-35 重量控制与结构优化； 少压载设计船艏：船艏：-35 线型优化； 压浪装置；湿表面：湿表面： -58 表面焊缝处理； 减阻涂料船型优化：船型优化： -23 浅吃水超宽船型； 主尺度、线型优化；动力系统：动力系统： -520 新型主机； 余热回收； 燃料改进；推进系统：推进系统： -510 电力推进； 船-桨-机优化； 新

9、型节能推进方式；船艉：船艉： -510 线型优化； 艉流能量回收； 操纵系统优化；在适当运用了高效节能技术的创新型绿色高能效散货船上，能耗可在适当运用了高效节能技术的创新型绿色高能效散货船上，能耗可以以降低降低20302030综合节能效果综合节能效果CCSCCS社审图中心社审图中心13 只能在设计航速和设计吃水时产生正效应 球鼻艏只在其设计的航速上产生正效应 船舶离靠码头和起抛锚时容易把球鼻碰坏 艏部铸钢件的重量大 技术特点： 首柱前移，进水角减小，改善肩部压力梯度 保留球鼻艏横剖面形态，减小舭涡 艏部排水量增加 均衡满载和压载综合性能 兼顾传统球鼻首的整流、消波作用 排水量增加 结构布置简化

10、 焊接工作量减少，建造周期缩短 船体重量减轻 节能效果： 静水中阻力减少 波浪中阻力减少 航速提高3% 适用性： 低速肥大船（傅汝德数小于0.2），如大型散货船、油船 吃水变化较大船舶（满载和压载航行） 成本： 对于建造，无附加成本 线型优化是一项耗费时间的设计工作传统球鼻首直型球首首部线型优化首部线型优化CCSCCS社审图中心社审图中心14尾部线型优化尾部线型优化通过计算流体力学(CFD)模拟尾部伴流场船模试验测试尾部伴流场加装节能装置后，再试验分析船型特点；对于方型系数较大的船舶（如散货船、油船等），尽量延长去流段的长度，以期减小去流角，从而使舭涡和尾部流线分离等现象尽量减小，振动也可以得

11、到减小；尾部剖面形状设计主要考虑对推进性能的影响，以提高桨盘面处伴流的均匀度，推进效率也就得到了提高，螺旋桨引起的振动也就越小 ；螺旋桨轴线高度和主机的配合 ；同时平行中体作相应的前移；对满载状态下的尾部伴流场进行分析；同时对压载状态下的伴流场、螺旋桨匹配及振动等也应测试分析；对于安装低转速、大直径螺旋桨的船舶，瘦削的尾部更有利于满足螺旋桨浸没的要求；最后决定安不安装节能装置。优化手段优化方法尾部线型和螺旋桨的优化匹配将大大提高螺旋桨的推进效率，甚至超过尾部线型和螺旋桨的优化匹配将大大提高螺旋桨的推进效率，甚至超过20%20%。CCSCCS社审图中心社审图中心15桨前节能装置桨前节能装置技术特

12、点技术特点适用性适用性节能效果节能效果新造船及船舶改装导向叶片使水流预旋转，从而提高螺旋桨效率节约燃油35%成本成本灵便型散货船5万美金；如果选择国内设计单位，成本基本忽略不计，只考虑水池试验的费用。先后应用到AFRAMAX油轮，HANDYMAX型，PANAMAX型，以及好望角型散装货船上应用实例应用实例螺旋桨桨前反应鳍螺旋桨桨前反应鳍CCSCCS社审图中心社审图中心16桨前节能装置桨前节能装置技术特点技术特点适用性适用性节能效果节能效果新造船及船舶改装由导管和专用导向叶片组成 导管聚集水流，导向叶片使水流预旋转，从而大大提高螺旋桨效率 有助于提高操纵性节油48%，若配合贝克舵，将更大程度地提

13、高推进效率和节省更多的油成本成本两年收回投资成本应用实例应用实例35000吨散货船Mewis 导管导管CCSCCS社审图中心社审图中心17桨前节能装置桨前节能装置技术特点技术特点适用性适用性节能效果节能效果方形系数0.840.86的肥胖型船直径约为螺旋桨直径的7080% 考虑船体结构的加强船模试验节能78% 实船试验节能89%成本成本灵便型散货船12万美金；如果选择国内设计单位，成本基本忽略不计，只考虑水池试验的费用。50000吨油轮应用实例应用实例前置导管前置导管CCSCCS社审图中心社审图中心18桨后节能装置桨后节能装置 技术特点： 吸收尾流能量 使尾部流场趋于均匀 适用性：新造船 节能效

14、果： 船模试验节能12% 实船试验节能23% 成本：比较低 技术特点： 鳍的数量和桨叶数相等 吸收尾流能量 减少空泡 提高螺旋桨效率 适用性：新造船 节能效果： 船模试验节能24% 成本：灵便型散货船7万美金 技术特点：根据来流方向将舵不同高度处的剖面偏转一个角度,使之与桨后尾流场有更充分的配合,进而提高和改善船舶的推进和操纵性能 适用性：大型集装箱船、油船、工程船、FPSO等 节能效果： 船模试验节能23% 成本：不详舵、舵球及毂帽舵、舵球及毂帽组合体节能装置组合体节能装置毂毂帽帽鳍鳍扭曲舵扭曲舵CCSCCS社审图中心社审图中心高效螺旋桨高效螺旋桨技术特点技术特点适用性适用性节能效果节能效果

15、成本成本一个螺旋桨处于另一个的顺流方位两个螺旋桨相反方向旋转相当复杂的传动装置要求优秀的设计和精良的安装工艺柴-电CRP系统，配置2个同心轴、1个特殊的齿轮箱和1套轴系容易损坏新造船215%昂贵，约3年回收成本CRP桨CCSCCS社审图中心社审图中心高效螺旋桨高效螺旋桨技术特点技术特点适用性适用性节能效果节能效果成本成本克服了传动装置复杂的问题震动小，噪音低环保、操纵性好，机动性好破冰船、大型集装箱船715%昂贵Hybrid CRP桨CCSCCS社审图中心社审图中心技术特点技术特点适用性适用性节能效果节能效果成本成本在叶梢处剖面有边界元叶梢处叶背负压小于常规螺旋桨，而叶面压力则大于常规螺旋桨减

16、少了水动力螺距角提升螺旋桨效率油船、散货船、滚装船、客船、渔船等比较低船模试验节能12%实船试验节能23%高效螺旋桨高效螺旋桨CLT桨CCSCCS社审图中心社审图中心22高效螺旋桨高效螺旋桨技术特点技术特点适用性适用性节能效果节能效果成本成本 通过减小桨叶表面积以减少摩擦力，从而降低能量损失 桨叶所受压力平均分布 螺旋桨传递到船体的激振力也将减少 空泡特性也将得到改善 有效降低螺旋桨重量和惯性大型散货船、油船等和常规桨相比，不增加任何额外费用。船模试验节能3%实船试验节能6%某32500吨散货船常规设计螺旋桨与NPT螺旋桨海试结果对比NPT桨CCSCCS社审图中心社审图中心231.1.技术特点

17、技术特点 船体结构按照板格布置方向分为纵骨架式、横骨架式和纵横混合骨架式三种船体结构按照板格布置方向分为纵骨架式、横骨架式和纵横混合骨架式三种形式。在形式。在9090年代之前由于造船工艺的限制，那个年代所造的船由于普遍吨位比较年代之前由于造船工艺的限制，那个年代所造的船由于普遍吨位比较小，采用横骨架式比较普遍，随着造船技术的发展进步，造船工艺的持续改善，小，采用横骨架式比较普遍，随着造船技术的发展进步，造船工艺的持续改善，纵骨架式船体结构逐步成为主流，因其施工问题不再成为瓶颈，纵骨架式因其对纵骨架式船体结构逐步成为主流，因其施工问题不再成为瓶颈，纵骨架式因其对总强度的贡献使得船体结构重量更为经

18、济。总强度的贡献使得船体结构重量更为经济。 2. 2. 经济性经济性 针对针对120120车位滚装船的主尺度为车位滚装船的主尺度为: :两柱间长两柱间长(Lbp) : 134m;(Lbp) : 134m;型宽型宽(B) :23.1m;(B) :23.1m;设计吃水设计吃水( T) :5.1m;( T) :5.1m;结构吃水结构吃水( TS) :5.14m;( TS) :5.14m;航速航速:VS = 18.15kn:VS = 18.15kn。该船我们将。该船我们将上述两种不同的骨架形式上述两种不同的骨架形式( (纵骨架和横骨架纵骨架和横骨架) ) 的构件重量进行计算并将其进行比的构件重量进行计

19、算并将其进行比较。较。 结论结论: :纵骨架式的首部区域的构件重量为纵骨架式的首部区域的构件重量为25119(kg) ,25119(kg) ,而横骨架式的构件重而横骨架式的构件重量为量为32263(kg) ;32263(kg) ;纵骨架式的构件比横骨架式的构件重量轻纵骨架式的构件比横骨架式的构件重量轻28 %28 %。当然本船较小。当然本船较小且原设计年代较远，所以样本的选择有一定的局限性。在目前新的设计中采用且原设计年代较远，所以样本的选择有一定的局限性。在目前新的设计中采用纵骨架式比采用横骨架式实际轻不了这么多，但重量还是有较大的挖掘空间，纵骨架式比采用横骨架式实际轻不了这么多，但重量还是

20、有较大的挖掘空间，并且采用纵骨架式的经济性确实比横骨架式好很多。并且采用纵骨架式的经济性确实比横骨架式好很多。轻量化技术轻量化技术一、船体骨架形式优化一、船体骨架形式优化CCSCCS社审图中心社审图中心243.3.结论及结论及适用性适用性 纵骨架式结构常见于大型油船和矿砂船。纵横混合骨架式结构主要应用于大纵骨架式结构常见于大型油船和矿砂船。纵横混合骨架式结构主要应用于大中型散装货船，大中型油船，大中型集装箱船。目前比较主流的设计是纵横混合中型散装货船，大中型油船，大中型集装箱船。目前比较主流的设计是纵横混合骨架式，即全船尽可能采用纵骨架式，除无法设置纵骨或施工无法满足外。纵横骨架式，即全船尽可

21、能采用纵骨架式，除无法设置纵骨或施工无法满足外。纵横混合骨架形式很好的解决了船体总强度问题又合理地解决了施工工艺，尤其重要混合骨架形式很好的解决了船体总强度问题又合理地解决了施工工艺，尤其重要的是，在这种骨架形式中，主船体以及首部的纵骨架形式使得船体结构的重量更的是，在这种骨架形式中，主船体以及首部的纵骨架形式使得船体结构的重量更轻，经济性更好，符合目前运输船追求高能效的要求。轻，经济性更好，符合目前运输船追求高能效的要求。 由此可见，以纵骨架式为主的纵横混合骨架形式是在未来运输商船的新造船由此可见，以纵骨架式为主的纵横混合骨架形式是在未来运输商船的新造船船体骨架形式选择中是值得推广的。船体骨

22、架形式选择中是值得推广的。轻量化技术轻量化技术一、船体骨架形式优化一、船体骨架形式优化CCSCCS社审图中心社审图中心251.1.技术特点技术特点 由于船舶的中横剖面图是船舶结构设计尤其是货舱区的指针性文件，所以中由于船舶的中横剖面图是船舶结构设计尤其是货舱区的指针性文件，所以中横剖面的优化设计是结构设计的关键。因为对于大型运输船而言，货舱区的船体横剖面的优化设计是结构设计的关键。因为对于大型运输船而言，货舱区的船体纵向构件的重量约占整个船体结构重量的纵向构件的重量约占整个船体结构重量的60%60%以上，中横剖面上构件的布置不仅以上，中横剖面上构件的布置不仅直接影响到结构的功能和合理性，而且对

23、空船重量产生直接影响。在初步确定构直接影响到结构的功能和合理性，而且对空船重量产生直接影响。在初步确定构件布置基础上，利用有关船级社规范进行中横剖面构件尺寸计算，确定其大小；件布置基础上，利用有关船级社规范进行中横剖面构件尺寸计算，确定其大小；再经过仔细分析比较，适当调整布置尺寸，合理选用高强度钢及组合型材，力求再经过仔细分析比较，适当调整布置尺寸，合理选用高强度钢及组合型材，力求在保证船体结构强度的前提下，做出最优的结构设计，以使构件重量最轻，提高在保证船体结构强度的前提下，做出最优的结构设计，以使构件重量最轻，提高市场竞争能力。市场竞争能力。2.2.优化思路和方法优化思路和方法2.1 2.

24、1 主尺度及分舱布置优化主尺度及分舱布置优化2.2 2.2 纵向构件优化纵向构件优化2.3 2.3 横舱壁形式的优化横舱壁形式的优化2.4 2.4 横向强度的直接计算横向强度的直接计算轻量化技术轻量化技术二、船体中横剖面优化二、船体中横剖面优化CCSCCS社审图中心社审图中心262.1 2.1 主尺度及分舱布置优化主尺度及分舱布置优化在设计的前期参与总布置的规划。纵向货油舱的位置及长度划分通常要兼在设计的前期参与总布置的规划。纵向货油舱的位置及长度划分通常要兼顾到舱容、总纵强度、破舱稳性、装卸方便等因素，统筹考虑安排，通过合理顾到舱容、总纵强度、破舱稳性、装卸方便等因素，统筹考虑安排，通过合理

25、划分舱容，布置压载舱，减小船舶静水弯矩和剪力，从而使船舶剖面模数要求划分舱容，布置压载舱，减小船舶静水弯矩和剪力，从而使船舶剖面模数要求降低，剖面面积减少，以达到减轻船体重量的目的。降低，剖面面积减少，以达到减轻船体重量的目的。2.2 2.2 纵向构件优化纵向构件优化纵向构件的优化设计对降低全船结构重量意义十分重大。优化设计船体纵纵向构件的优化设计对降低全船结构重量意义十分重大。优化设计船体纵向构件的方法较多，纵向构件包括板和纵骨优化，但这些方法中比较容易实现向构件的方法较多，纵向构件包括板和纵骨优化，但这些方法中比较容易实现和较有效的，一是优化设计纵骨或强框间距；二是优化纵骨剖面（以剖面模数

26、和较有效的，一是优化设计纵骨或强框间距；二是优化纵骨剖面（以剖面模数为原则，通过变化剖面形状，得到最优的剖面面积）；三是采用高强度钢。为原则，通过变化剖面形状，得到最优的剖面面积）；三是采用高强度钢。轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心272.2 2.2 纵向构件优化纵向构件优化纵骨间距的优化纵骨间距的优化优化必须满足的要求优化必须满足的要求所有构件满足规范的局部强度要求；所有构件满足规范的局部强度要求；所有构件满足规范的屈曲强度的要求；所有构件满足规范的屈曲强度的要求；所有构件满足规范的腐蚀要求；所有构件满足规范的腐蚀要求；甲板处船体梁剖面模数满足总强度储备的要求。甲板处船体

27、梁剖面模数满足总强度储备的要求。优化目标：优化目标：在各方案均满足前面所设定的约束条件的前提下，追求中剖面纵向构件面积之在各方案均满足前面所设定的约束条件的前提下，追求中剖面纵向构件面积之和（表征纵向构件的重量）最小。和（表征纵向构件的重量）最小。轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心28方案纵骨间距（mm）总强度储备纵向构件面积（cm2）甲板（%）底部（%）A850107123.9120231B900107126.4122261C950107127.31224292.2 2.2 纵向构件优化纵向构件优化优化结果：优化结果： 某某VLCCVLCC三种纵骨间距方案纵向构件面积计算结

28、果比较三种纵骨间距方案纵向构件面积计算结果比较 在增加焊接工作量不多的前提下，主张采用略小的纵骨间距，更适合中国国情。在增加焊接工作量不多的前提下，主张采用略小的纵骨间距，更适合中国国情。轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心292.3 2.3 横舱壁形式的优化横舱壁形式的优化横舱壁采用多种槽条组合型横舱壁的结构形式有效地解决了多边形槽条横舱壁采用多种槽条组合型横舱壁的结构形式有效地解决了多边形槽条的抗压技术问题及澳大利亚货舱梯的布置。的抗压技术问题及澳大利亚货舱梯的布置。槽型形状的优化，在满足模数和强度的前提下，通过变化不同的形状组合，槽型形状的优化，在满足模数和强度的前提下，

29、通过变化不同的形状组合，得到最轻的单位长度重量。得到最轻的单位长度重量。槽型舱壁采用级别较高的高强度钢对重量控制比较有利。槽型舱壁采用级别较高的高强度钢对重量控制比较有利。 2.4 2.4 横向强度的直接计算横向强度的直接计算通过有限元法，既能找出高应力区域，通过有限元法，既能找出高应力区域，同时也找出设计裕度较大的地方并减轻同时也找出设计裕度较大的地方并减轻其重量；其重量；在屈曲强度不满足规范要求的区域，综在屈曲强度不满足规范要求的区域，综合平衡加屈曲加强筋和增加板厚之间的合平衡加屈曲加强筋和增加板厚之间的重量差异，选取最佳方案。重量差异，选取最佳方案。 轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审

30、图中心社审图中心30三、船体货舱外结构优化三、船体货舱外结构优化结构选用合理的骨架形式；结构选用合理的骨架形式；基本结构的布置尽可能考虑所有构件的应力水平既不至于太高，也不至于基本结构的布置尽可能考虑所有构件的应力水平既不至于太高，也不至于很低，去除冗余结构，做到材尽其用。很低，去除冗余结构，做到材尽其用。优化首尖舱结构平台布置；优化首尖舱结构平台布置；优化尾尖舱平台布置，并采用轻型尾部结构设计模式；优化尾尖舱平台布置，并采用轻型尾部结构设计模式；优化机舱布置，减少冗余结构；优化机舱布置，减少冗余结构；完善压载水置换方案，控制最小结构首吃水；完善压载水置换方案，控制最小结构首吃水；完善舱室布置

31、，减少冗余的铁围壁，但设置必要的替代支柱。完善舱室布置，减少冗余的铁围壁，但设置必要的替代支柱。完善其他设备、舱室和油舱的布置，尽量考虑上下、前后对齐和利用强框完善其他设备、舱室和油舱的布置，尽量考虑上下、前后对齐和利用强框结构；结构；轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心31四、船体高强度钢的应用四、船体高强度钢的应用 1.1.技术特点技术特点 选用船体构件材料主要是考虑经济性，选用船体构件材料主要是考虑经济性，在保证船体强度和使用要求下船体结构重在保证船体强度和使用要求下船体结构重量的减少，意味着船舶载重量的增加，经量的减少，意味着船舶载重量的增加，经济性的指标更高。因此在运

32、输商船的设计济性的指标更高。因此在运输商船的设计中，往往把注意力集中到高强度钢的应用中，往往把注意力集中到高强度钢的应用上，以期减轻船体结构的重量。上，以期减轻船体结构的重量。 使用高强度钢的优势包括：减少船体使用高强度钢的优势包括：减少船体钢料重量、增加了载重量。钢料重量、增加了载重量。 但对于高强度钢的使用最需要考虑的但对于高强度钢的使用最需要考虑的就是其对疲劳寿命的潜在影响。特别是对就是其对疲劳寿命的潜在影响。特别是对于大型船，本身刚度就比较低，加上高强于大型船，本身刚度就比较低，加上高强度钢的大量使用，会导致船体刚度再进一度钢的大量使用，会导致船体刚度再进一步降低。因此，各船级社对一些

33、主尺度超步降低。因此，各船级社对一些主尺度超过一定限制的大型船舶提出了强制执行疲过一定限制的大型船舶提出了强制执行疲劳强度分析的要求，保证了船舶的疲劳寿劳强度分析的要求，保证了船舶的疲劳寿命。命。 2.2.经济性经济性 某巴拿马型油船的高强钢使用情况比较表某巴拿马型油船的高强钢使用情况比较表高强度钢应用情况 船体结构重量 (t) 与方案1相比重量差 (t) 高强度钢占结构重量的比例 (%) 全船采用普通钢（方案1）12192 -仅货舱区甲板采用32公斤高强度钢11895 297 13货舱区甲板、底部采用32公斤级高强度钢11620 57236结论：高强度钢的使用对于空船重量的控制是结论：高强度

34、钢的使用对于空船重量的控制是十分有效的十分有效的轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心32四、船体高强度钢的应用四、船体高强度钢的应用 3.3.结论及适用性结论及适用性 散货船高强度钢的使用比例一般与船东的要求直接相关，船东会对高强度散货船高强度钢的使用比例一般与船东的要求直接相关，船东会对高强度钢的使用比例在建造规格书中加以严格限制。对于好望角型的大型散货船，高钢的使用比例在建造规格书中加以严格限制。对于好望角型的大型散货船，高强度钢的实际使用比例可能会超过强度钢的实际使用比例可能会超过5050，甚至达到，甚至达到80%80%左右。所以在保证疲劳左右。所以在保证疲劳强度的前提下

35、尽可能多使用高强度钢对经济性十分可观。强度的前提下尽可能多使用高强度钢对经济性十分可观。 高强度钢材料本身并非疲劳问题的根源，但高强度钢结构处的高应力会引高强度钢材料本身并非疲劳问题的根源，但高强度钢结构处的高应力会引起疲劳成为主要失效模式。因此，为了平衡船体结构减重和保证船体疲劳寿命起疲劳成为主要失效模式。因此，为了平衡船体结构减重和保证船体疲劳寿命这对矛盾，必须通过直接计算找出高强度钢使用的一个最佳比例。这对矛盾，必须通过直接计算找出高强度钢使用的一个最佳比例。轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心33五、船体节点设计优化五、船体节点设计优化 近几十年来，疲劳裂缝引起的船舶损

36、伤事件越来越多，船舶结构的疲劳破坏越近几十年来，疲劳裂缝引起的船舶损伤事件越来越多，船舶结构的疲劳破坏越来越引起人们的充分重视，如何改进船舶结构设计，提高疲劳寿命成为一项重要的来越引起人们的充分重视，如何改进船舶结构设计，提高疲劳寿命成为一项重要的课题。课题。 在设计时，可通过疲劳强度校核，适当改进结构节点的设计，选择合适的钢在设计时，可通过疲劳强度校核，适当改进结构节点的设计，选择合适的钢种、构件尺寸、节点形式、焊接工艺以及表面打磨状态等，以保证船体结构中受交种、构件尺寸、节点形式、焊接工艺以及表面打磨状态等，以保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。同时验船部门和用船者在平时维

37、护和检查中变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。同时验船部门和用船者在平时维护和检查中应当特别注意。应当特别注意。轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心34六、其他新型材料的应用六、其他新型材料的应用 1. 1. SPSSPS钢板钢板 SPS SPS钢板钢板( (“sandwich plate systemsandwich plate system”) )是将聚氨酯弹性体注入两层钢板之间作为加固是将聚氨酯弹性体注入两层钢板之间作为加固材料。自上个世纪材料。自上个世纪9090年代面世以来年代面世以来SPSSPS钢板在船舶修理方面得到了一定应用。钢板在船舶修理方面得到了一定应用。SPSS

38、PS聚聚氨酯夹芯板体系与传统的钢材比起来可以节约钢板和成本，同时减轻船体重量。氨酯夹芯板体系与传统的钢材比起来可以节约钢板和成本，同时减轻船体重量。 目前目前SPSSPS钢板已经在轻质车辆甲板、烟囱、上层建筑结构、舱口盖、舱口围和货钢板已经在轻质车辆甲板、烟囱、上层建筑结构、舱口盖、舱口围和货舱结构等方面得到了应用。舱结构等方面得到了应用。 国内钢企对于这种新型材料也表现了较高的积极性，相国内钢企对于这种新型材料也表现了较高的积极性，相信随着技术的成熟，本材料必将大规模用于新造船中。信随着技术的成熟，本材料必将大规模用于新造船中。普通钢板船体结构普通钢板船体结构SPSSPS复合钢板船体结构复合

39、钢板船体结构轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心35六、其他新型材料的应用六、其他新型材料的应用 2. 2. 其他轻质材料其他轻质材料2.1 2.1 管系材料的选择：管系材料的选择： 上建内的供水管采用上建内的供水管采用PERTPERT（耐高温（耐高温8585）材料，疏排水管采用）材料，疏排水管采用PVCPVC材材料，这样可以一定程度地减轻空船重量。这些技术已经非常成熟。料，这样可以一定程度地减轻空船重量。这些技术已经非常成熟。 目前，日本船厂较多采用玻璃钢材料做压载水管，虽然初期投资并不目前，日本船厂较多采用玻璃钢材料做压载水管，虽然初期投资并不较少，但在船舶的营运过程中，维

40、修成本得以大大降低，并且也在一定程较少，但在船舶的营运过程中，维修成本得以大大降低，并且也在一定程度上减轻了空船重量。度上减轻了空船重量。 其它管系的管子规格在满足规范的前提下，壁厚可参照日韩船厂的选其它管系的管子规格在满足规范的前提下，壁厚可参照日韩船厂的选用标准，尤其是大口径的液货、压载、海水管。用标准，尤其是大口径的液货、压载、海水管。2.2 2.2 内装材料的选择：内装材料的选择： 采用超轻质甲板敷料，容重采用超轻质甲板敷料，容重800kg/m3800kg/m3，减轻船体重量。舱室内装板采，减轻船体重量。舱室内装板采用用25mm25mm铝蜂窝板，减轻船体重量。铝蜂窝板，减轻船体重量。

41、优化卫生单元减轻整体单元重量（建议采用用于高铁内装墙体的最新优化卫生单元减轻整体单元重量（建议采用用于高铁内装墙体的最新材料材料SMCSMC，可大幅减轻单元重量）。，可大幅减轻单元重量）。轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心36七、七、其他减重措施的研究与分析其他减重措施的研究与分析 船舶减重，除了船体结构设计方面需要进行优化外，还存在很多其他减重措船舶减重，除了船体结构设计方面需要进行优化外，还存在很多其他减重措施可以实施。减重是一个系统的工程，关系到船体结构、设备选型、设备制造、施可以实施。减重是一个系统的工程，关系到船体结构、设备选型、设备制造、工业水平和工艺等各方面。工

42、业水平和工艺等各方面。1.1.概述概述2.2.用钢板焊接形式替代翻砂铸造用钢板焊接形式替代翻砂铸造 铸造产品不但工人劳动强度大、笨重、费料，而且造成环境污染。如：船舶铸造产品不但工人劳动强度大、笨重、费料，而且造成环境污染。如：船舶上的许多导缆滚轮，大多是铸造的，十分笨重。采用钢板卷制后，其重量可以减上的许多导缆滚轮，大多是铸造的，十分笨重。采用钢板卷制后，其重量可以减少少60%60%。 3.3.降低关闭设备厚度降低关闭设备厚度 船上配置的关闭设备，规格品种繁多，如门、窗、盖就有成千上百个品种。其船上配置的关闭设备，规格品种繁多，如门、窗、盖就有成千上百个品种。其产品厚度可以考虑减少，因为其用

43、量比较大，如门，全船就有上百扇，如果每扇产品厚度可以考虑减少，因为其用量比较大，如门，全船就有上百扇，如果每扇钢质门采用压筋式，其厚度可减少钢质门采用压筋式，其厚度可减少2mm,2mm,约减重约减重20%20%以上。据粗略计算，某型散货船以上。据粗略计算，某型散货船仅门一项全船约可减轻重量仅门一项全船约可减轻重量4 4吨。吨。轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心37七、七、其他减重措施的研究与分析其他减重措施的研究与分析 船用配置的舷梯、码头梯和各类直梯、斜梯，数量很多，在现有基础上减重船用配置的舷梯、码头梯和各类直梯、斜梯，数量很多，在现有基础上减重15%15%，应该是没有问

44、题的。如铝质舷梯强度有富余，与日本同类产品比显得很笨重，应该是没有问题的。如铝质舷梯强度有富余，与日本同类产品比显得很笨重，所用角铝很厚。，所用角铝很厚。4.4.调整梯杆设备的材料和结构调整梯杆设备的材料和结构 5. 5. “广义广义“舾装件减重空间舾装件减重空间 锚唇轻量化：我国船舶锚唇铸钢件厚度在锚唇轻量化：我国船舶锚唇铸钢件厚度在100mm100mm左右，韩国的锚唇平均厚度只有左右，韩国的锚唇平均厚度只有55mm55mm，因此我国锚唇船上一对就比日韩重，因此我国锚唇船上一对就比日韩重10t10t左右。左右。 舵系设计轻量化：据有关厂家计算，我国船舶上装置的舵系设备总重量要比国舵系设计轻量

45、化：据有关厂家计算，我国船舶上装置的舵系设备总重量要比国外同类船重外同类船重8080吨之多。吨之多。 基座结构轻量化：船上的各种设备的基座，如主机基座、发电机基座、各种重基座结构轻量化：船上的各种设备的基座，如主机基座、发电机基座、各种重大设备基座普遍比日韩重。大设备基座普遍比日韩重。 支架组合减重：船上各种管路、油路，气路和电缆纵横交叉，十分复杂，各有支架组合减重：船上各种管路、油路，气路和电缆纵横交叉，十分复杂，各有自己的支架，现在可以考虑采用组合支架，上下分层，把许多不同的管路、线路自己的支架，现在可以考虑采用组合支架，上下分层，把许多不同的管路、线路安装在同一个组合支架上，节省重量又排

46、列有序。安装在同一个组合支架上，节省重量又排列有序。轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心38七、七、其他减重措施的研究与分析其他减重措施的研究与分析 施工单位加强管理，严格控制，依图施工减少施工冗余重量，也是控制船施工单位加强管理，严格控制，依图施工减少施工冗余重量，也是控制船舶重量的一项须提起关注的事项。例如：舶重量的一项须提起关注的事项。例如：船体结构不按图施工，必将造成大的返工修补，势必大量增加船体重量，还会船体结构不按图施工，必将造成大的返工修补，势必大量增加船体重量，还会造成安全隐患。造成安全隐患。管系放样施工，许多管系由于布置的原因，到了接口处发现有大的位移偏差管系

47、放样施工，许多管系由于布置的原因，到了接口处发现有大的位移偏差（接不上），于是就要来一段（接不上），于是就要来一段“现校管现校管”，长度肯定大于直线管，有时还要增，长度肯定大于直线管，有时还要增加一对法兰什么的，对于大型管系重量自然增加。加一对法兰什么的，对于大型管系重量自然增加。内装的甲板敷料，是施工中最失控的部分，为了最后的房间平整，工人就直接内装的甲板敷料，是施工中最失控的部分，为了最后的房间平整，工人就直接用水泥铺，要校平就得多铺，造成重量增加很多。用水泥铺，要校平就得多铺，造成重量增加很多。 这些错误的施工方式，只要施工单位严格管理控制，也是可以避免的。这些错误的施工方式，只要施工单

48、位严格管理控制，也是可以避免的。6. 6. 船厂施工管理控制船厂施工管理控制轻量化技术轻量化技术CCSCCS社审图中心社审图中心主机的重量占据船舶机舱设备的比重比较大，一般为主机的重量占据船舶机舱设备的比重比较大，一般为50%50%，因此，因此选择高性能的、重量轻的主机，对船舶的轻量化有较大的意义。选择高性能的、重量轻的主机，对船舶的轻量化有较大的意义。由于柴油机技术的进步，电控共轨燃油喷射技术已在柴油机上大由于柴油机技术的进步，电控共轨燃油喷射技术已在柴油机上大量应用。与传统柴油机相比，由于取消了凸轮等大部件，减轻了量应用。与传统柴油机相比，由于取消了凸轮等大部件，减轻了主机的重量和体积。主

49、机的重量和体积。由于中速机和高速机相对于低速机重量较轻，采用中、高速机作由于中速机和高速机相对于低速机重量较轻，采用中、高速机作为主机可以有效地减轻柴油机重量。为主机可以有效地减轻柴油机重量。采用电力推进技术可以提高推进效率，同时也可以减少了轴系的采用电力推进技术可以提高推进效率，同时也可以减少了轴系的重量。重量。在柴油发电机组的选型配备上，如果考虑采用轴带发电机，可以在柴油发电机组的选型配备上，如果考虑采用轴带发电机，可以省去一台备用的柴油发电机组。轴带发电机的重量相对于柴油发省去一台备用的柴油发电机组。轴带发电机的重量相对于柴油发电机组也大为减轻。电机组也大为减轻。 轻量化技术轻量化技术船

50、舶推进主机和发电机组的优选船舶推进主机和发电机组的优选CCSCCS社审图中心社审图中心轴系设计时，首先是考虑轴的强度。通过规范计算，选用满轴系设计时，首先是考虑轴的强度。通过规范计算，选用满足相应要求的轴径，规范计算值已经考虑了安全裕度。但在足相应要求的轴径，规范计算值已经考虑了安全裕度。但在实际设计中，设计者往往根据母型船资料设计轴径，尺寸取实际设计中，设计者往往根据母型船资料设计轴径，尺寸取的较大，因此轴的尺寸和重量也相应增大。的较大，因此轴的尺寸和重量也相应增大。轴系设计采用有限元分析方法计算并适当优化尺寸并满足轴轴系设计采用有限元分析方法计算并适当优化尺寸并满足轴系扭振计算的要求，也可

51、以减轻重量。系扭振计算的要求，也可以减轻重量。采用合金钢材料代替碳钢材料，在提高轴系的强度的同时也采用合金钢材料代替碳钢材料，在提高轴系的强度的同时也可以减轻轴的设计尺寸。可以减轻轴的设计尺寸。轻量化技术轻量化技术轴系设计优化轴系设计优化CCSCCS社审图中心社审图中心在布置机舱时，尽量将相关设备合理紧凑布置，可以有效减少管路在布置机舱时，尽量将相关设备合理紧凑布置，可以有效减少管路长度和数量。长度和数量。采用其他材料管代替碳钢管（如玻璃钢管、塑料管、不锈钢管、铝采用其他材料管代替碳钢管（如玻璃钢管、塑料管、不锈钢管、铝管等）也可以减轻管系重量。管等）也可以减轻管系重量。在管壁厚满足规范要求的

52、前提下，适当选用比较接近规范值的管子在管壁厚满足规范要求的前提下，适当选用比较接近规范值的管子也可以起到减轻重量的目的。也可以起到减轻重量的目的。轻量化技术轻量化技术管系管系设计优化设计优化CCSCCS社审图中心社审图中心管系设计布置合理以及管系原理简单也可以减少管子重量。如管系设计布置合理以及管系原理简单也可以减少管子重量。如舱底管系避免采用多个分支管的布置，可以采用总管式结合遥舱底管系避免采用多个分支管的布置，可以采用总管式结合遥控阀的布置。控阀的布置。机舱内部分油舱的空气管可以适当合并到透气总管并接至一个机舱内部分油舱的空气管可以适当合并到透气总管并接至一个油雾箱透气。可以减少透气管头，

53、相应也减少了管系重量。油雾箱透气。可以减少透气管头，相应也减少了管系重量。船上选用大型阀尽量选用构造简单且重量较轻的蝶阀，以代替船上选用大型阀尽量选用构造简单且重量较轻的蝶阀，以代替较重的截止阀或闸阀或阀箱。较重的截止阀或闸阀或阀箱。设计设计CO2CO2固定式灭火系统，对于散货船的货舱，在满足公约要固定式灭火系统，对于散货船的货舱，在满足公约要求的前提下，可通过免除货舱固定式灭火系统，这样可以避免求的前提下，可通过免除货舱固定式灭火系统，这样可以避免设置较多的设置较多的CO2CO2气瓶，相应也减少了重量。气瓶，相应也减少了重量。在设计船舶消防系统时，尽量考虑采用其他灭火系统时，如高在设计船舶消

54、防系统时，尽量考虑采用其他灭火系统时，如高倍泡沫灭火系统、压力水雾灭火系统或气熔胶灭火系统等以代倍泡沫灭火系统、压力水雾灭火系统或气熔胶灭火系统等以代替替CO2CO2灭火系统。灭火系统。轻量化技术轻量化技术管系管系设计优化设计优化CCSCCS社审图中心社审图中心锅炉可以选用热效率高的热油锅炉代替蒸汽锅炉。热油锅炉的锅炉可以选用热效率高的热油锅炉代替蒸汽锅炉。热油锅炉的重量相对于蒸汽锅炉较轻。重量相对于蒸汽锅炉较轻。热交换器采用板式替代管壳式。通过系统的合理设计，可以在热交换器采用板式替代管壳式。通过系统的合理设计，可以在满足规范以及船东使用要求的前提下适当缩减设备的冗余度和满足规范以及船东使用

55、要求的前提下适当缩减设备的冗余度和设计裕度，也可以起到轻量化的效果。设计裕度，也可以起到轻量化的效果。 轻量化技术轻量化技术其他机电设备的其他机电设备的优化优化CCSCCS社审图中心社审图中心序号项目某国内设计某国内设计5800058000吨散货船吨散货船日本设计日本设计5800058000吨散货船吨散货船后者轻(T)1主发电机680kW*3-Wartsila193g/kWh10.5吨550KW*3（柴油机功率）9.5吨32锅炉1.2T废气/1.5T燃油-格林重量18.5吨116kg/h1t/h(废气) 1t/h(燃油)-Aalborg重量17吨1.53焚烧炉350000 kcal/h1300

56、MJ/h 大约310000kcal/h0.54空气压缩系统200*2+40*1 30bar139*1 7bar主空压机（2台，135m3/h*2.9MPa）,没有应急空压机和辅空气瓶。死船起动采用应急发电机主空压机主空气瓶的方式25燃油系统DN200/100,30*23.52300L*2DN125/DN80，15m3/h3bar(燃油输送泵)，5m3/h3bar(柴油输送泵)3200L*23.56滑油系统DN80/50,220*21250L*2DN65/40，205*21950L*1+1050L*117海水系统620*2+250*12.5bar500*2+180*12.5/2.2bar0.58

57、淡水冷却水系统560*2+230*13bar无，采用海水开式冷却系统19压载系统1000*22.5bar DN350环状700*22.4bar DN450单根16.510通风系统42000*4600Pa54000*2400Pa0.511固定灭火系统CO2，197瓶，重25.6T机舱高倍泡沫灭火系统：泡沫柜（1000L），供水泵：130m3/h*8.5bar2012轴系艉轴直径500mm/9700kg 中间轴直径450mm/7255kg艉轴直径490mm/10514kg 中间轴直径410mm/7850kg-113中央冷却器4900kW *2无，采用海水开式冷却系统0.549.5轻量化技术轻量化技

58、术结论：由上述比较，可以看出后者在系统设计和设备选型上做了一定的优化，从而有效减轻了设备的重量。结论：由上述比较，可以看出后者在系统设计和设备选型上做了一定的优化，从而有效减轻了设备的重量。CCSCCS社审图中心社审图中心45一级涡轮增压技术一级涡轮增压技术两级涡轮增压技术两级涡轮增压技术VTA 涡轮增压技术涡轮增压技术高效柴油机高效柴油机涡轮增压技术涡轮增压技术 降低油耗降低油耗23%。CCSCCS社审图中心社审图中心46智能型柴油机的典型代表智能型柴油机的典型代表高效柴油机高效柴油机智能型柴油机智能型柴油机 电子控制单元电子控制单元( ECU)比例电子喷射控制阀比例电子喷射控制阀( ELF

59、I)降低降低2%油耗油耗智能监测和分析系统智能监测和分析系统机械式凸轮结构机械式凸轮结构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社审图中心社审图中心47 这类低速柴油机，拥有超长的冲程缸径比这类低速柴油机，拥有超长的冲程缸径比和更低转速的功率输出范围，提高了主机本身和更低转速的功率输出范围，提高了主机本身的热效率；超低转速的设计，则有利于船舶匹的热效率；超低转速的设计，则有利于船舶匹配更大的螺旋桨来提高推进效率，使同吨位船配更大的螺旋桨来提高推进效率，使同吨位船舶在保持一定航速条件下，消耗更小的功率，舶在保持一定航速条件下，消

60、耗更小的功率，从而使船舶拥有更经济的日油耗。从而使船舶拥有更经济的日油耗。 作为各自公司超长冲程柴油机的典型代表，作为各自公司超长冲程柴油机的典型代表，WartsilaWartsila公司推出了公司推出了X X系列柴油机，系列柴油机，MAN B&WMAN B&W公公司推出了司推出了G G系列柴油机。系列柴油机。高效柴油机高效柴油机超长冲程低速机超长冲程低速机 降低油耗降低油耗49%。CCSCCS社审图中心社审图中心48高效柴油机高效柴油机超长冲程低速机超长冲程低速机 以一艘好望角型散货船为例，以一艘好望角型散货船为例，分别安装分别安装6G70ME-C9.2型和传统型和传统的的6S70ME-C8.2型柴油机。型柴油机。 M