船舶碳捕集、利用与封存技术综述

摘要:追踪了国内外围绕船舶碳捕集、利用与封存(CCUS)技术开展的研究,梳理了重点内容和主要研究成果;从CCUS不同技术路径的优缺点出发,分析了目前CCUS技术在船舶上的应用可行性;针对发展迅猛的液化天然气船舶,提出了开展CCUS的技术路线;总结了目前船舶CCUS技术存在的问题,针对性地提出了建议,并探讨了船舶CCUS关键技术的发展方向。研究结果表明:船舶CCUS技术可以在短期内显著减排,且适用于营运和新造在内的绝大多数含碳燃料船舶;国外正在积极部署船舶CCUS技术实船验证研究,但国内的研究多处于概念设计与仿真研究阶段;由于改造简单,技术成熟度高且成本低,燃烧后捕集法中的化学吸收法目前最适用于船舶碳捕集,但要解决能耗高和系统尺寸大等问题,需加快探索性能更优良的先进化学溶剂及更具革命性的捕集方法;液态存储是目前最成熟的存储方式,但还需要提升其安全性与经济性;亟需加快构建以大型CO2运输船为主的储运方式,推进港口与海洋平台CO2转驳、接收的基础设施建设;CO2在海洋油气田驱油驱气、淡化海水及能源催化重整等领域应用前景广阔,但船舶CO2利用技术亟待规模化、产业化和相关产业技术协同发展;将液态CO2或干冰进行海洋封存是未来的发展趋势,但亟需完善相关标准和法律法规,推动封存配套装备和技术开发;需要探索出一整套标准化、系统化的碳排放管理模式,推动CCUS技术配套发展,构建完整、绿色、经济、高效的船舶CCUS产业链。

高冰级螺旋桨疲劳强度研究

摘要:以某 PC2 冰级螺旋桨为研究对象,将 IACS 规范中2 组交变冰载荷工况的静强度有限元计算数据为输入,分析螺旋桨在应力频率谱和累积疲劳损伤率(MDR)这2 种疲劳准则下的疲劳性能,提出了一种合理和可行的冰区螺旋桨疲劳强度计算方法,并分析了螺旋桨侧斜、纵斜、剖面型式及平均应力修正理论对冰载荷作用下螺旋桨疲劳性能的影响。研究表明:对于非大侧斜桨,正侧斜角和正纵斜角均对疲劳性能有利;导缘和随缘加厚的冰区翼型能显著改善疲劳性能,有利于在保证疲劳强度的情况下实现冰区螺旋桨的轻量化;相对于传统的修正理论,IACS 推荐的平均应力修正理论偏于保守。论文提出的冰区螺旋桨疲劳强度计算方法得到了“雪龙2”号实船走航监测数据的验证。

面向船舶大型复杂结构的多机器人协同焊接研究

摘要:为了适应不同船舶的焊接需求,缩短船舶焊接时间,研究面向船舶大型复杂结构的多机器人协同焊接方法。构建多焊接机器人的焊接动态力平衡方程,设置约束条件并建立焊接规划模型,采用区域划分法划分舰船焊点分区,通过元启发嵌套算法设计多机器人协同焊接规划流程。利用分数阶PID控制器,将焊接控制的传递函数转化为整数阶传递函数,控制机器人精准跟踪目标焊缝,输出理想的船舶焊接轨迹。实验结果表明,采用该技术执行焊接任务的总均衡性高达0.935,具有良好的应用效果。

全球液氢运输船专利技术分析及发展建议

摘要:在碳中和的大环境下,氢能源拥有巨大市场潜力,能否实现液化天然气一样的海上运输规模,成为制约其广泛应用的关键因素,液氢运输船的研制显得尤为迫切。通过检索全球液氢运输船领域的专利文献,采用定量与定性相结合的方法分析专利发展路径,全面展现液氢运输船领域的技术创新态势;聚焦船舶总体设计、液氢储罐设计、液货处理系统研发、液氢动力系统研究等关键技术,从专利布局的角度研究技术发展路径,在技术创新、专利布局、专利风险3 个方面提出发展建议,应重点围绕液氢运输船布置、液氢储罐设计、液氢蒸发气体处理等问题开展技术创新。同时,加快在液氢运输船的船型结构、储罐型式(多种类型)、机舱布置方案及再液化系统(含制冷剂的选择)等关键技术方向的专利布局,并在技术方案成熟应用之前,完成所有具有潜在应用可能性的技术方案的专利保护。

基于声学超材料的水润滑尾轴承系统承载与振动性能仿真

摘要:为提高水润滑尾轴承的减振降噪性能,提出基于声学超材料的新型水润滑尾轴承设计方案,研究声学超材料单胞带隙产生机理和结构承载性能。利用响应面与有限元方法对设计方案的单胞与超材料减振层进行结构优化,并对优化后的新型水润滑尾轴承系统进行承载和减振性能仿真研究。研究表明,与将内衬替换成超材料和在内衬和外衬之间设置超材料方案相比,在外衬与轴承壳之间设置超材料的方案具有更好的承载和减振性能。优化设计轴承方案满足承载能力需求,且在292.31 Hz~601.58 Hz 处具有良好的减振效果。相比于传统轴承,超材料轴承具有更好的减振特性,振动最大衰减为98.48%。研究为低振动噪声水润滑轴承设计提供了新思路。

数据驱动的船厂基础设施数字运维平台建设与应用

摘要:[目的]为提升船舶企业基础设施数字化运维服务的能力,[方法]依托中船第九设计研究院工程有限公司几百家船厂核心设计监测数据资产和建筑信息模型(BIM)基础,采用工业互联网、人工智能(AI)等新一代信息技术与工业机理结合的研究方法,将船厂基础设施数据、设备物理机理、绿色环保评估转化为数学算法模型,建设以工业数据采集与边缘计算、工业数据中台、平台创新应用为技术架构的船舶工业基础设施数字资产运维平台,形成以“领域知识+工业数据+模型算法”为核心的船厂基础设施运维服务新模式。在此基础上,结合上海某船舶企业平台应用案例,针对平台已建的气体泄漏计算与分析工业应用(App)进行试验数据分析,[结果]结果显示,实测数据与平台模型算法分析结果基本吻合(R2>0.9),平台得到了有效验证。[结论]研究结果表明,船厂基础设施运维平台在实际工程运维场景中具备应用价值,对船厂绿色节能发展起到积极促进作用。

水深对喷水推进器内部流场的影响

摘要:[目的]为探究水深对喷水推进器内部流场的影响,[方法]以WJPLAB-2018 型喷水推进泵为例,对其敞水性能进行数值模拟,并将所得结果与试验结果进行对比,验证所采用数值模拟方法的有效性。基于建立的数值模拟方法对不同浅水工况下喷水推进器的水动力特性、进水流道内的流动细节和叶片的压力分布进行分析。[结果]结果表明:随着水深的减小,进水流道内的流动分离现象增强,诱导出的涡旋尺度增大,从而对进流质量产生影响。特别是在极浅水工况下,连续涡旋的存在会显著加剧流道出口流体流动的不均匀性,导致叶片所受压力下降且分布不均,进而影响推进泵的推进效率和内流稳定性。[结论]研究成果可为浅水海域喷水推进船舶的安全航行提供参考。

小型无人船关键技术在南极近岸海底地形调查中的应用

摘要:南极大陆是研究全球气候变化的典型区域,也是开展科学考察的“天然实验室”,挖掘南极科考潜力对提升我国在南极领域的话语权具有重要意义。南极近岸海域是全球海洋调查的重点关注区域,现场实测数据可以为合理开发利用南极资源提供数据支撑,但受其高海拔、低温、强风等极端条件影响,南极近岸海域数据资料极度匮乏。随着无人船应用领域逐渐拓宽,这一困境在未来将得到进一步解决。本文主要围绕南极近岸海域作业环境的特殊性,聚焦小型无人船关键技术,分别从船体设计与续航保障、高精度定位、自主避障、通信控制四个主要方面对南极近岸海域场景下小型无人船的具体应用进行分析,旨在完善一套能够适应极区环境作业的无人船系统模式,为未来无人智能设备在南极现场的实际应用奠定基础。

我国深海装备技术发展研究

摘要:深海装备是深海安全保障、深海资源开发、深海科学研究的“脊梁骨”,成为全球海洋装备竞争焦点。着眼我国深海装备与技术未来发展布局,梳理主要海洋国家深海装备相关发展战略规划,分析当前深海装备研究热点,围绕深海探测作业通用装备、深海资源开发装备、深海安全保障装备、深海科学研究装备等4 个领域总结世界深海装备发展现状以及我国存在的问题,研究分析包括推动深海探测作业通用装备谱系化研发、加快深海资源开发装备研制、加强深海安全保障装备研发、夯实深海科学研究装备研发应用等4 个方面11 项重点任务方向,并提出顶层设计、资金投入、协同发展、人才培养、技术合作等方面的对策建议,以期为我国深海装备发展布局提供参考。

船用碳钢大气腐蚀行为的研究进展

摘要:大气腐蚀是船用碳钢最常见的腐蚀形式之一,在造成巨大经济损失的同时严重威胁舰船安全。因此,对船用碳钢大气腐蚀行为的研究具有重要意义。为明确船用碳钢在远洋(Cl-) 、酸性(SO2) 和沿海(Cl-、SO2) 大气环境下的腐蚀行为,本文基于Q235钢梳理了船用碳钢的大气腐蚀机理,在此基础上,分析了碳钢在三种大气环境下的腐蚀特点、锈层形貌和腐蚀产物; 同时,系统性归纳总结了大气腐蚀的试验方法和分析方法;最后,对涂层防护机理和失效问题进行了综述,为舰船在典型地区大气腐蚀行为的预测和防腐设计提供理论依据。