船舶混合动力系统匹配软件设计开发.pdf

船舶混合动力系统匹配软件设计开发

摘要

为减少航运业污染物排放，提高船舶能源利用效率，国际海事组织出台了一系列严

格的排放法规，同时在航运业脱碳减排方面，船舶行业人员开展了大量研究。混合动力

技术作为船舶清洁能源技术发展过渡阶段的产物，既弥补了现阶段新型动力型式发展的

不足，同时也为未来清洁船舶发展提供了借鉴。本文以船机桨匹配为切入点，从船体，

螺旋桨和主机三者的动力和能量关系出发，分析船舶混合动力系统匹配方法，设计一款

船舶混合动力系统参数匹配选型软件，最后利用具体案例完成软件应用分析。

首先从船机桨匹配理论出发，根据船体，螺旋桨和主机动力系统三者之间的关系，

计算船舶阻力，船舶有效功率，螺旋桨功率等参数，在考虑船舶主机运行储备，分析柴

油机和天然气发动机的工作特性以及船舶混合动力系统主机动力学的基础上，完成船体，

螺旋桨和主机的初步参数匹配。

其次针对串联式，并联式和单轴并联式三种混合动力系统结构，根据EEDI能效计算

方法，在满足船舶能效设计要求的前提下，研究混合动力系统中各动力设备之间的参数

关系，对三种混合动力结构完成初步匹配，终结匹配和空泡校核，根据船舶混合动力系

统的特点，进行经济性计算。

在完成理论分析的基础上，开发一套适用于小型内河运输类船舶，如散货船，油船

和集装箱船的混合动力系统参数匹配选型软件，主要包括软件功能描述、软件开发工具

和设计流程、软件界面介绍以及软件操作方法描述。软件详细功能为：首先根据船型参

数，初步计算船体，螺旋桨，以及动力设备的性能参数，通过终结匹配和空泡校核，确

定匹配结果，最后完成经济性计算，并生成匹配方案计算书。

以一艘载重量3900吨的内河LNG散货船，和一艘载重量5000吨的内河柴油集装

箱船为案例，首先通过对比软件计算结果和船舶实际参数，验证软件船机桨匹配结果的

准确性，然后利用软件实现两艘船混合动力系统改型，借助经济性评估结果给出最终的

改型方案。结果表明，利用软件完成的两艘船舶，船机桨匹配结果误差均小于7%，螺

旋桨选型结果符合设计要求；从两艘船舶串联式，并联式和单轴并联式三种混合动力结

构的改型结果看出，与原动力系统相比，两艘船均采用并联式混合动力结构达到的燃料

成本最低，分别可以减少16%和21.3%的燃料消耗成本。

关键词：船舶设计；混合动力；动力系统；参数匹配；软件设计

船舶混合动力系统匹配软件设计开发

Abstract

Inordertoreducetheemissionofpollutantsfromtheshippingindustryandimprovethe

efficiencyofenergyutilizationofships,theInternationalMaritimeOrganizationhasintroduced

aseriesofstrictemissionregulations.Meanwhile,intermsofdecarbonizationandemission

reductionintheshippingindustry,practitionersintheshippingindustryhavecarriedout

numerousresearches.Hybridtechnologyasaproductofthetransitionalstageofthe

developmentofcleanenergytechnologyforships,notonlymakesupfortheshortcomingsof

thedevelopmentofnewpowertypesatthisstage,butalsoprovidesareferencefor