液化天然气船舶低速双燃料发动机推进系统设计方法研究

【摘要】：对液化天然气不断增加的需求和越来越严格的排放标准,使得对LNG运输船的推进系统的选型设计由常规的双燃料蒸汽涡轮转变到如今的二冲程双燃料机。论文的目的是为一艘147210立方米,简称LNG的船舶设计和选择合适的二冲程双燃料推进系统,用于替换最初的蒸汽涡轮推进系统。本文研究了影响液化天然气运输船推进系统设计和选择的各种因素,对比了典型的单一燃料柴油机和传统的蒸汽涡轮推进系统,进一步对二冲程低速推进系统的设计和选择进行了研究。首先介绍了推进系统设计的理念,并将闪蒸汽(BOG)处理作为选择液化天然气运输船推进系统的主要标准。然后分析了现有LNG船推进系统的利弊,阐述了整个推进系统的设计过程,同时也指出了LNG船推进和推进系统评价参数的具体差异。再次给出了设计和选择该船舶推进系统的严谨方法。为了快速有效地计算船舶阻力,运用了分析和估算的方法,类比Holtrop和Mennen方法运用简单if循环在Excel电子表格中进行编程从而得出结果,并与瓦赫宁根B系列图表中的螺旋桨敞水特性曲线的结果进行对比,用简单if循环编程在Excel上绘出了特性曲线。通过比较后发现,相比单一燃料柴油机和传统的蒸汽涡轮推进装置,所选的二冲程低速推进系统的生命周期成本(LCC)具有明显的优势。最后介绍了相应轴系的设计,采用了高强度、高耐蚀材料(Aqualoy22),符合ABYC标准和劳氏船级社运输规则,从第一原则对轴系进行了综合扭矩实验和应力分析,简要说明了二冲程推进系统相关的振动问题。由于液化天然气的全球需求猛增导致LNG运输船越来越大,该研究揭示了在此趋势下采用二冲程双燃料推进系统作为LNG运输船最合适的推进系统的优势。在可预见的未来,无论在航运还是在整个运输行业领域,作为气体燃料的液化天然气将成为传统液体燃料的替代品从而扮演重要的角色。 【关键词】：液化天然气 闪蒸汽 二冲程双燃料机 低生命周期成本 Holtrop and Mennen方法 ABYC指南
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• ABBREVIATIONS10-11
• NOTATIONS11-12
• Chapter 1 INTRODUCTION12-17
• 1.1 Background12-14
• 1.2 Theoretical significance14-15
• 1.3 Research Objectives15-17
• Chapter 2 REVIEW OF LNG CARRIER PROPULSION SYSTEM17-27
• 2.1 Overview17
• 2.2 Development of LNG carriers17-18
• 2.3 Trends in LNG carrier propulsion systems18
• 2.4 Propulsion selection considerations18-21
• 2.4.1 Operating efficiency19
• 2.4.2 Environmental Concern19
• 2.4.3 Safety19
• 2.4.4 Reliability and redundancy19-20
• 2.4.5 Maintainability20
• 2.4.6 Flexibility20
• 2.4.7 Crewability20
• 2.4.8 Reduced Engine room dimensions20-21
• 2.5 Propulsion alternatives21-24
• 2.5.1 Dual Fuel Medium Speed(4-stroke)Diesel Engine(DFDE)21
• 2.5.2 Slow Speed(2-stroke) Diesel Engines21-22
• 2.5.3 Gas turbines in combined cycle22-24
• 2.6 Engine matching and selection24-27
• 2.6.1 Margins24-25
• 2.6.2 Engine Selection process25-27
• Chapter 3 LNG PROPULSION PLANT DESIGN AND SELECTION27-77
• 3.1 Introduction27-28
• 3.2 Estimation of ship Particulars28-34
• 3.2.1 Average Ship Particulars as a Function of Ship Size29-30
• 3.2.2 Average hull design factor,F_(des)30-31
• 3.2.3 Average design ship speed31-33
• 3.2.4 The 147,210 m~3 LNG carrier33-34
• 3.3 Propeller Design34-63
• 3.3.1 Estimation of Total Resistance34-40
• 3.3.2 Hull form coefficients40-42
• 3.3.3 Bulb Parameters42-48
• 3.3.4 Preliminary Design Stage48-59
• 3.3.5 Final Design stage59-63
• 3.4 Main Engine Matching and selection63-66
• 3.4.1 Margins63-66
• 3.5 Economic and Qualitative evaluation66-77
• 3.5.1 Comparative LCC66-67
• 3.5.2 Analysis procedure67
• 3.5.3 Components of annual operating cost,OPEX~P67-77
• Chapter 4 SHAFTING DESIGN AND VIBRATION ANALYSIS77-92
• 4.1 Introduction77
• 4.2 Design of the Propeller shafting system77-87
• 4.2.1 Shaft Materials78-79
• 4.2.2 Propeller and intermediate shaft design79-81
• 4.2.3 Bending Moments calculation81-85
• 4.2.4 Induced Stress calculation85-87
• 4.3 Vibration Analysis87-92
• 4.3.1 2-Stroke engine vibration features and remedies87-88
• 4.3.2 External unbalanced moments88-90
• 4.3.3 Guide force moments90
• 4.3.4 Axial vibrations90
• 4.3.5 Torsional vibrations90-92
• Chapter 5 ConCLUSION AND FUTURE WORK92-95
• 5.1 LNG carrier propulsion Design92-93
• 5.2 Features of the propulsion systems for LNG carriers93-94
• 5.3 Dual Fuel Engines94-95
• REFERENCES95-97
• APPENDICES97-100
• ACKNOWLEDGEMENTS100

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