14-01-04 作者：李碧英   编辑：刘亚男
来源：http://uzone.univs.cn/news2_2008_542360.html

根据Marpol公约附则Ⅵ——船舶能效规则的要求，2013年1月1日至2014年12月31日之间，响关船舶满足基准线标准，2015年1月1日起至2019年12月31日将执行Phase 1标准，Phase 1阶段标准值将在原来的基准线标准值上折减10％，即该段时间建造的船舶能效水平需要在现有水平之上提高10%。

根据对我国国际航行海船EEDI值的计算结果可知，我国现有船队满足EEDI Phase 1标准的情况不容乐观，有相当部分船舶的EEDI值在基线之上。因此，我国在“十三五”期间（2015年至2020年）建造的船舶，必须考虑采取相应的措施来提高船舶的能效水平。


图一：提高船舶能效的措施

从上图可以看出，由(a)项增加船舶载重量引起的EEDI值变化基本是沿着参考线变化，也就是说，对能效改进作用不大。并且船舶的载重量达到一定程度后，再增加载重量对能效改进非常小；(b)项降低船舶航速明显能减小EEDI值，但是减小航速与船东的经济利益有直接的关系，只能当作一个保留的可选操作，不能作为船舶满足EEDI要求的有效措施。因此，满足能效折减后的要求主要依靠(c)项新型节能技术和设备的应用来实现。

船舶节能装置，根据其与螺旋桨的相对位置和作用机理可以分为桨前进流优化控制和桨后能量回收两种。近年来，随着油价的快速上涨，以及国际航运形势的持续低迷，毂帽鳍、伴流补偿导管、前置导轮、舵球、扭曲舵等几种结构比较简单的节能装置正重新被利用，并取得了较好的节能效果。

1986年，日本三井造船开始研究在螺旋桨毂帽上安装与螺旋桨桨叶数量相同的小鳍片，鳍片的半径约为桨叶半径的1/4，以期减弱在螺旋桨后毂帽处形成的涡流，消除毂涡引起的诱导阻力，从而达到提高螺旋桨效率的目的。毂帽鳍在1987年作为一种新型的节能装置被正式提出，它被定义为连接在螺旋桨毂帽上与螺旋桨桨叶数量相同并与螺旋桨一同旋转的几个鳍状叶片。



图二、图三：毂帽鳍照片

船在航行中毂帽表面的水流是沿着螺旋桨的旋转方向流动的，因而在毂帽后端中心位置形成低压，产生很强的涡和空泡，这种涡和空泡降低了螺旋桨的效率。对于大型船舶，尤其是螺距比大的船舶这种现象更为突出。针对这种空泡现象，在毂帽上装有适当角度和形状的毂帽鳍，使表面水流几乎沿着鳍直线流出并向毂帽的后方离散，从而不能形成毂涡。由于消除了毂涡，桨毂后部的压力降减少了，整个桨的阻力减少，使螺旋桨推力增加；另外，毂帽鳍小叶产生了扭力，从而降低了螺旋桨的扭矩并产生推力，提高了螺旋桨的推进效率。同时，毂帽鳍还能有效消除螺旋桨噪音、减小螺旋桨的振动幅度，提高船舶的舒适性。

毂帽鳍适用对象广泛，无论是新船设计或旧船改造，毂帽鳍均能产生一定的节能效果。对中低速船，特别是船体尾部肥大、伴流不均的船舶，以及螺旋桨毂涡较大、螺距较大的船舶，节能效果更为明显。

毂帽鳍加工方便、成本低、长期效益和安全性好。它的直径为螺旋桨直径的25%以下，与毂帽没有相对运动，因此可靠性很高，发生故障的可能性极小。为防止电解腐蚀，其材料宜与螺旋桨材料相同。其节能效果的大小与鳍的大小、安装角度、倾斜角、鳍的叶数等有关系。



图四、图五：安装毂帽鳍前后消涡情况比较图

鳍片的直径：取值在0.18～0.33倍螺旋桨直径之间，一般在0.25～0.3效果较好。鳍片的螺距角：与桨叶叶根螺距角相差-20°～+30°。鳍片轴向位置：不同螺旋桨差异较大，使毂帽鳍表面速度最大为佳，一般0.03倍螺旋桨直径左右。

影响毂帽鳍节能效果的因素有很多，主要包括毂帽鳍自身参数，螺旋桨与毂帽鳍相对位置，以及螺旋桨的负荷形式等。在设计阶段一般通过水池试验来预报毂帽鳍的节能效果，但其与实船试验结果相比，存在一定的误差，如表1所示。因此，关于该装置节能效果的预报需要依靠实船试验与模型试验对比，以得出经验性的结论。


图六：毂帽鳍模型试验和实船试验节能效果对比

从表中可以得出，实船试验得到的毂帽鳍节能效果要明显好于模型试验得到的节能效果。

随着国际油价的上涨以及企业节能减排意识的增强，近年来，越来越多的船舶开始在螺旋桨桨毂上安装毂帽鳍，并取得了一定的节能效果。毂帽鳍在船上的应用及产生的节能效果如下图所示。


图七：毂帽鳍实船应用及节能效果