1、1本科毕业论文（20 届）育鲲轮营运航速优化分析所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期2育鲲轮营运航速优化分析内容摘要近年来，国际经济状况非常不稳定，燃油价格不断攀升。由于燃油价格对船舶成本影响很大，燃油价格的上涨就导致了船舶营运成本大大提高。教学实习船“育鲲轮” ，它仅用于教学实习和学校出访任务，不参与运输，不盈利。因此燃油价格不断上涨就导致了“育鲲轮”的营运成本大幅度增加。就这一问题，本文从“育鲲轮”营运现状出发，通过对船舶成本的详细分析，得出轮机部人员通过日常管理工作来实现的降低燃油消费从而降低成本的措施。通过分析航速、主机功率、油耗量三者关系以及航速和续航力之间的关系，得出
2、降低航速可以降低油耗量。最后从轮机管理的角度出发，分析选择最经济航速运行时，存在的技术问题及相应的对策。关键词：燃油价格 营运成本 油耗量 经济航速AbstractRecent years, the international economic situation is very unstable and the price of fuel oil keeps rising. Because the fuel oil price has great influence on the ship operating cost, the rising oil price heightened the
3、 ship operating cost greatly. The non-profit training ship “YU KUN LUN”, used only for teaching and training for students and visiting a foreign country on behalf of DMU, does not carry any cargos. The rising fuel oil price makes the operating cost of “YU KUN LUN” increase a lot. On this problem, th
4、is article, based on the “YU KUN LUN” current operating situation, analyses the ship operating cost in detail, and gets cost-saving measures through the daily management of marine engineering department which leads to decreasing fuel oil consumption. Through analysis of the relationship between the
5、ship speed, the power of main engine and the fuel oil consumption, and the relationship between the ship speed and the ship endurance, we get the conclusion of reducing the fuel oil consumption by slowering the ship speed. At last, from the standpoint of marine engineering management, we analyse the
6、 technical problems and the corresponding strategies when we choose operating the ship under economical speed.Key words : fuel oil price operating cost oil consumption economical speed3目 录前言 .51 “育鲲轮”教学实习过程航行速度现状 .52 船舶运输成本分类 .52.1 直接成本与间接成本 .52.2 可控成本与不可控成本 .52.3 变动成本和固定成本 .62.3.1 变动成本分析 .62.3.2 变动
7、成本控制途径 .62.4 轮机部针对船舶营运成本优化分析 .72.4.1 控制燃油费用 .73 船舶航速基本概念 .73.1 技术速度 .73.2 平均速行速度 .73.3 经济航速 .73.4 盈利航速 .83.5 低限功率航速 .84 航速、主机功率、油耗量三者相应关系 .85 主机功率与转速关系 .96 船舶减速航行时对船舶经济性分析 .106.1 续航力与航速的关系 .107 降速航行之后可能带来的技术问题 .108 降速航行之后可能带来的相关技术问题的解决措施 .11结论 .12【参考文献】 .12致谢 .124前言在目前燃油价格不断攀升的形势下，燃油费已经成为船舶运输成本中变动成本
8、的最大支出项目。影响燃油价恪的主要因素有政治（战争） 、经济、自然灾害和石油输出国组织的行动等。由于燃油价格对船舶成本影响很大，对确定船舶最佳营运航速关系重大。为了节约和控制燃油费用，了解世界各国各港口的燃油价格对减少船舶的经营成本有重要意义。在燃料己定的条件下，每一航次的燃料成本取决于船舶航速和燃料消耗。在具体的营运环境和经济条件下，采用不同的航速，船舶的营运经济效果是不样的。船舶在设计时选定速度虽然也充分考虑了船舶的营运经济性，但通常只能适用于某个特定的营运环境及经济条件。由于运输市场的不稳定，船舶在实际使用过程中所处的营运环境及经济条件，如航线的更改，货源充足程度的变化，燃油价格变化等，
9、这些都会影响船舶的航速经济性。这时，就要通过改变船舶原有的航速来保证其营运经济性。对于盈利性运输船舶应该考虑其经济效益，从而改变船舶航速以获得最大盈利；对于非盈利性教学实习船舶“育鲲轮” ，则应该结合其教学任务及航行任务综合考虑，从而计算经济航速，节省成本。1 “育鲲轮”教学实习过程航行速度现状作为中国乃至世界最先进的教学实习船之一的“育鲲轮” ，它不设货舱，无运输任务，完全为教学实习服务零盈利运营。在航行过程中，主要根据各批次实习过程中的航行任务，确定航线，进行国内或国际范围内的航行。航行过程中，除由于进出港口、气候恶劣、设备故障等情况时采取降速航行，其他时间基本保持较高航速航行。在当代经济
10、危机、燃油价格上涨的大环境下，这样无疑使营运成本比较其他营利性船舶高很多。2 船舶运输成本分类2.1 直接成本与间接成本按成本费用的支出性质能否计入船舶的正常营运生产，可将其分为直接成本和间接成本。直接成本是指每艘船舶直接计算的费用，包括折旧费、修理费、船员工资、燃料费、润料费、港口使费、代理费以及其他航行费用等；间接成本是指以某种方去分摊到船上的费用，包括行政管理费、财务费用、办公用品费及其它岸上的费用。2.2 可控成本与不可控成本按成本费用的支出能否控制，可分为可控成本与不可控成本。可控成本与不可控成本是相对一定的时空范围和技术水平而言的，是相对而非绝对的。例如，船舶资本折旧在营运当期不可
11、控而在整个计划期内的折旧量则可控，岸基管理费对船员来说不可控而对公司来说可控，由于技术水平影响，某成本在此公司不可控而在彼公司可控。总之成本发生的空间越大，时闻越长，可控性越小；反之，可控性越大。而对同一成本而言，经营管理及5技术水平越高，可控性越大；反之，可控性越小。分清可控成本与不可控成本对于航运企业控制成本将具有重要的意义。2.3 变动成本和固定成本按成本的支出是否与运输船舶的运量有关，可将其分为变动成本和固定成本。所谓变动成本是指船舶为完成特定航次的运输所发生的成本，它直接与运距和运量相联系，通常包括燃料费、港口使费、货物装卸费和其他费用等。固定成本是指在一定的时空范围内，其发生总额不
12、受具体航次运量和运距的影响而相对固定的费 用，包括船舶折旧费、船员工资、管理人员工资、保险费、保陪费、维修保养费、删科费、物科费、供应费、及其它经营管理费等。2.3.1 变动成本分析变动成本主要分为燃油费和港口使费两大类。（1）燃油成本分析燃料成本是船舶在航行、停泊、装卸作业时所耗用的各种燃料费之和。在燃料已定的条件下，每一航次的燃料成本取决于船舶航速和燃料消耗，随着石油价格的不断上升，燃料成本己成为航次成本最重要的项目。燃料的质量和可用性已成为一个重要的因素，那些能够使用廉价的燃料油的船舶比其他船舶具有明显的有利性。燃油价格：决定燃料成本的最主要因素是燃料的价格。燃油价格的变化直接影响船舶的
13、营运成本，世界范围的油价变化是不可控因素，但运输生产中也有不少船公司，对油价进行预测，在油价低位时锁定价格，取得了可观的效益。在日常经营活动中，利用各港口燃油的差价，合理安排加油港和加油量是降低燃油费的最普遍最有效的办法。船舶耗油率：对一条现有的船舶，耗油率的高低是船舶管理水平的一个综合体现。首先体现在船舶技术状况，如果一条船的机务管理水平高，可以使船舶设备处于高效率的运转状态，使船体、推进器处于最小的阻力状态，达到节约能源降低耗油率的目的。选择最佳的营运航速是另一体现，根据不同的船舶、不同的航线，从总成本的角度考虑，以船舶设备状况为基础制定最佳营运航速。燃油品种的确定：目前船用柴油机能使用的
14、燃油品种较多，其价恪不同，性能也有差异。燃烧劣质燃油能较大幅度地降低燃油成本，但同时会带来备件和维修费用的大幅度提升。因此，应合理地选择适当的燃油品种，并采取正确的轮饥管理措施。（2）港口使费港口使费是船舶成本中比重很大的一部分，港口使费的多少，直接影响船舶的总成本。若口使费主要包括两部分：一部分是与船舶净吨以及港口费率水平直接相关的费用，包括靠离泊位费、引航费、拖轮费、船舶吨税、港务费、代理费等；另一部分是与船舶在港停泊时间直接相关的费用，包括停泊费、码头费等。62.3.2 变动成本控制途径变动成本主要分为燃油费和港口使费两大类。因此，控制变动成本即控制燃油费和港口使费。影响燃油费的因素有耗
15、油量和油价，在船舶技术状况一定的情况下，耗油量会因船舶航速的不同而变化，因而降低耗油量可以通过选择最佳营运航速来实现。通过燃油期货可以使船公司在油价水平低时予以锁定，从而达到控制燃油费的目的。港口使费是在船舶实际营运中产生的，需要船长签单时仔细审核，公司商务部门应认真从严把关。2.4 轮机部针对船舶营运成本优化分析综合以上船舶营运过程中的各项成本分析，对于实习船舶“育鲲轮”而言，可以节约成本的手段，除了公司控制直接和间接成本外，还有一个非常可观的节约成本项目，那便是轮机部针对“育鲲轮”营运特点优化营运航速，降低燃油消耗量，从而降低燃油费用。2.4.1 控制燃油费用（1）选择最佳营运航速主要考虑
16、主机技术状况所允许的转速范围、主机耗油率、油耗量相适应的最佳转速、最低营运费用航速、最大盈利航速；气象、潮流及租约规定、货源条件、港口压船情况等。 （2）使用劣质燃油：船舶使用劣质油是降低燃油费用的重要途径，但由于劣质燃油品质和性能的下降，烧用劣质燃油的要求很高，维修保养周期相应缩短，备件消耗和维修保养工作量大。因此，如果缺乏严格的科学管理，将会适得其反，达不到降低运输成本的目的。针对“育鲲轮”专供学生实习、学校出访等特点。我们需要保证它能够长期并且稳定运行，保证机器设备尽可能少受到由于燃油品质问题所带来的损坏。所以我们不能通过使用劣质燃油来减少燃油费用，因为使用劣质燃油会使机器设备维护周期大
17、大缩短，并且对机器设备的损害非常大。所以对于“育鲲轮”而言，我们应该通过优化营运航速来节约营运成本。 3 船舶航速基本概念 3.1 技术速度船舶主机正常运转，在静水中以最大额定转速所能获得的推进速度。该速度是船舶设计要求达到的速度。也称设计航速。当主机持续以最大额定转速运转时。能输出最大的 有效功率，以最高的速度推进船舶，这一速度为船舶的技术速度。但是主机负荷运转或 以较低的转速运转时船舶获得的速度不等于技术速度。3.2 平均速行速度船舶实际航行中，由于航行过程中存在必要的减速和难于避免的速度损失， 如进出港 、过运河或特殊水域，以及雾航减速，受风、浪和流的影响，增大阻力或偏离航向造成损失等，
18、造成船舶实际航速小于技术速度。将整个过程中的速度变化加于平均，以实 际航行距离与航行时间加于计算，所得的速度为平均航行速度。73.3 经济航速经济航速的不同理解。通常，将单位海里运输成本最低的航速称为经济航速。应该说，船舶设计时选定的速度也是充分考虑船舶营运经济性的，但在船舶使用过程中会碰到燃油价格上涨等因素，所以始终按设计航速运行往往是不经济的。为此，在实际营运中需要改变原来的航速，以保证营运的经济性，改变后而选定的航速，就是经济航速。由于船舶主机性能不同，燃油价格变化幅度不同，以及维持船舶航行的其它费用支出水平不同，所以根据不同的情况有不同的经济航速。3.4 盈利航速盈利航速是指能使船舶获
19、得最佳盈利效果的运行速度。在实际营运中，船舶不仅要降低每日营运成本，而且需要讲求每日盈利水平。如果只考虑减速节省燃油费用的支出，结果会使船舶延长航次时间，错过市场获利机会，使相同时间内减少航次，影响盈利水平。但是如果置燃油费用上涨而不顾，始终以尽可能高的航速运载货物，结果盈利水平不一定理想。所以，根据燃油价格和货运市场状况。存在着使用不同航速以获得盈利的情况。其中，能使船舶获得最大盈利的航速就是盈利航速，也是船舶最佳航速。3.5 低限功率航速在大幅度减功运行条件下，由于主机运行工况偏离设计工况过远，参数匹配严重失调，导致换气、燃烧、增压配合及燃烧状态等一系列危及主机正常工作条件的问题，若在这种
20、条件下长期运行，除油耗率过大外，还将造成燃烧室及扫、排气系统的迅速污染积碳，气缸活塞付的过度磨损及低温磨蚀等毛病，影响主机运行的可靠性，增加维修保养的工作量。因此，减速航行存在一个不适于长期使用的低限功率，其相应的航速为低限功率航速。4 航速、主机功率、油耗量三者相应关系根据海军系数法：C= e32NV式中：船舶排水量（t）V航速（Kn）Ne主机持续功率（kW）C海军系数对大量船舶试航结果分析，得出这样的结论：即对于船型、主尺度和航速相近、机器类型相同、传动方式和螺旋桨的数目相同，它们的海军系数 C 无明显差异。同一艘船航速改变前后形状、大小、排水量 相等。所以 C 几乎是相等。则上式可改为：
21、 e2313NV8式中： 改变前航速V1改变前主机功率Ne改变后航速2改变后主机功率改变航速后的主机功率为： VN1232e改变主机功率后的航速为： 3122改变航速后航距 S 的燃油消耗量为： 0eg322VG式中： 改变航速后的消耗量e燃油消耗率航行距离S5 主机功率与转速关系在船舶推进系统中，船、机、桨三者处在同一推进系统中，组成一个统一的整体。当要求船舶在某一工况下航行时，同时也决定了机、桨的运转点。当柴油机作为船舶主机带动螺旋桨工作时，无论柴油机与螺旋桨直接连接还是通过减速齿轮箱连接，二者总是要保持能量平衡。根据螺旋桨的运行特性，浆的吸收功率 与转速的三次方成正比。NpCnNp3式中
22、： 螺旋桨吸收功率螺旋桨转速p因为螺旋桨所需的功率与转速的三次方成正比，当柴油机直接传动螺旋桨时时，如不计传动损失，螺旋桨的吸收功率就等于主机功率，螺旋桨转速就等于柴油机的转速。即：9CnNp3e式中： 主机功率主机转速n以上公式说明，主机功率与航速的三次方成正比，而燃油消耗量与航速二次方成正比，如此计算降低主机转速或者说降低航速可以呈三次方关系降低主机功率并且称二次方关系降低燃油消耗量。这样单从节约油耗考虑降低航速，可以带来良好的效果。6 船舶减速航行时对船舶经济性分析船舶航速对船舶经济性影响，主要反映在两个方面。一方面，船舶因航速的提高，使船舶周转加快，在同一时期内完成的货运量增加，运费收
23、入增多。另一方面船舶航速提高，会使主机功率消耗增加，造成燃油费支出增多。而且这种增多一般不与航速成正比，而是约和航速的三次方成正比。因此，选择船怕航速要经过严格的考虑和比较。6.1 续航力与航速的关系我们假设船舶燃油储量固定不变为一常效即 假设船舶不同航速时动力装置CBt燃油耗率为常数即 假设 则有： CebV21L1221式中： L1航速为降低是的续航力2航速降低后的续航力 该公式说明了船舶的续航力与航速的平方成反比。简单地说，在船舶燃油储量一定的条件下，航速越高的船舶所能航行的最大的距离越小，当然，在相同的距离下航行所需要的时间少；航速越低，船舶航行的距离就越长，当然，在相同的距离下所需要
24、的时间多。虽然航速降低后，航行时间增长，但是综合计算很容易得出，最终耗油量仍然大大减少。以上分析得出，对于“育鲲轮”而言，采取降速航行不仅可以降低主机功率、降低油耗还可以延长航行距离从而大大降低成本，节约资源。7 降速航行之后可能带来的技术问题（1）因排气涡轮增压器供气量不足所带来的问题。主机负荷降低时，排气量明显减少，如果采用定压增压系统，由于排气中的脉冲能量没有利用将使这个问题显得更为严重。因此，减速航行带来的首要问题是增压柴油机的过量空气系数能否保证燃油的完全燃烧（即是否会发生冒黑烟）以及热负荷是否在允许的限度以下，前者关系到经济性，后者则牵涉到可靠性及耐久性问题，供气不足的问题，当增压
25、系统性能明显劣化时将显得更为尖锐。10（2）供油系统的问题。供油系统一般是按柴油机的持续功率（CSR）匹配的，当负荷降得较低时，供油系统将发生失配现象，表现为喷油平均压力明显下降，从而导致燃油雾化质量下降，因而可能产生后燃和不完全燃烧，使柴油机的经济性和可靠性下降，这种情况在供油系统技术状况较差时将更为明显。（3）磨损与腐蚀问题。喷油压力的下降将使油雾颗粒变大，加上循环平均温度下降，使燃油燃烧的物理滞燃期延长，并可能使循环中的部分燃油未能燃烧。未燃烧的燃油除随废气排出汽缸之外（通过聚积在排气管中） ，还将部分积聚在活塞顶的凹坑中或冲稀缸壁的滑油使磨损增加，上述不完全燃烧所引起的活塞积碳也将导致
26、磨损增加，循环平均温度下降使缸壁温度也下降，如果缸壁温度低于硫酸露点湿度，结果可能造成冷腐蚀。（4）振动问题。在减速运行区不应有转速禁区，实际上对于部分工况下，轴系以及船体的振动特性过去并未研究计算过，轴承的工作特性在部分负荷下也未计算过。这些问题在高负荷运行时只是通过而已，问题可能并未暴露过。但长时间要在等转速下运行是否会有问题只能通过量和观察才得到较可靠的结论。8 降速航行之后可能带来的相关技术问题的解决措施柴油机的工作范围非常宽广，从最低稳定转速 到额定转速 。都可工作。在应nmi H急情况下还可短期超负荷工作，这在新造船或修船试航中加以验证，在调速器一高压油泵油量杆上加以限制。但在柴油
27、机整个工作区间中，其中有一个工况点是最佳的。设计航速时，柴油机的最佳工况点是额定工况，柴油机的各种结构参数、性能参数和管理参数均以这个工况点为标准。从理论上讲，柴油机在这个工况点下工作，性能是最好的，其说明书、试验数据验收标准以及其他技术文件均以这一工况点的参数为基础的。最佳航速的选择，一般要离开额定工况点，选择其他工况点，离开最佳工况点的长期工作，对柴油机是不利的，因此，对有关的主要参数进行调整，近似的使其接近这一工况点，处于最佳状态，是非常重要的。参数调整（1）提高压缩比由于柴油机低负荷运转时，使气缸中空气每循环漏气和冷却时间延长，压缩终点压力、温度降低、燃烧恶化、经济性下降。压缩比提高后，能有效地解决以上问题：最高爆炸压力升高，促进燃烧条件的改善，热效率提高，但压缩比的提高应该是适度的，其爆炸压力最大值不能超过额定工况时的数值。（2）增大喷油提前角。对始点和始终点调节式高压油泵，不论回油孔式或回油阀式，当柴油机低负荷工作时，其喷油提前角部减少，使燃油的滞燃期后延，燃烧始点后移，使整个燃烧过程后移，燃烧质量恶化，后燃严重，排温过高，影响柴油机的经济性。增大喷油提前角，可克服以上问题，使燃烧过程前移，因而改善了燃烧质量。增大喷油提前角是适度的，它的制约条件是
