船舶核动力技术发展和展望

摘要:随着海事业脱碳化进程的不断发展,特别是国际海事组织海洋环境保护委员会第80次会议提出在2050年实现净零排放的目标后,液氨、液氢、绿色甲醇、液化天然气等低碳/零碳燃料成为业界热点,相关规模化应用持续加速,核能作为清洁能源之一也引起广泛关注。随着第四代小型模块化反应堆(small modular reactor,SMR)技术的发展,其在提升反应堆本质安全属性的同时,也降低了辐射泄漏的风险,使核动力成为大型商船推进方式的可行方案。该文从海事业脱碳需求出发,概述了目前船舶核动力推进方式,重点关注第四代SMR 的最新技术发展,分析其作为船用小堆的发展潜力,并提出船用小堆上船应用需关注的关键因素。此外,该文还重点分析了熔盐反应堆(特别是钍基固态熔盐反应堆)在民用船舶领域独特的应用优势,并对SMR 在苏伊士型油轮、超大型集装箱船和浮动供电平台上的应用进行分析和展望,以期为船舶核动力的后续工程化应用提供理论支撑和参考。

数据驱动的船体大部件关键尺寸偏差分析预测

摘要:针对船体大部件建造过程中数据分析效率低、精度管控依赖工程经验的现状,研究一种数据驱动的关键尺寸偏差分析预测方法。该方法首先对建造过程中的关键尺寸偏差数据进行分析,利用I-MR控制图判断工序是否处于受控状态,并采用高斯过程回归构建关键尺寸偏差预测模型。以双层底分段建造过程为例,通过I-MR控制图监控生产过程中的异常波动,并验证高斯过程回归模型的有效性。因此,所提出的船体大部件关键尺寸偏差分析与预测方法,可为现场开展定量化的精度管理工作提供指导。

极地航行船舶防覆冰涂层研究进展

摘要:两极地区是未来重要的能源和资源基地。然而,极地长年低温多冰,极大限制了我国对两极地区的科学考察、商业航运和能源开发进程。因此,发展长效稳定的防覆冰技术是推进极地发展战略的关键。系统阐明了船舶在极地航行过程中面临的结冰困境,分析了船舶积冰的类型,总结了目前解决船舶覆冰问题的多种防除冰技术及发展现状,包括主动防除冰技术(机械除冰、超声导波除冰、加热除冰、化学熔融除冰等)和被动防覆冰涂层技术(气体润滑防覆冰涂层、液体润滑防覆冰涂层、“类液体”润滑防覆冰涂层、界面可控断裂防覆冰涂层等),同时对各技术在极地船舶防冰应用中的优缺点和可行性进行了深入分析。展望了船舶装备对特种防冰涂层的关键需求,提出主、被动协同除冰技术是实现极地船舶防覆冰的重要策略。

舰船与能源装备用钛合金研究进展

摘要: 钛具有比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁等特点, 特别是具有良好的耐海水和海洋大气腐蚀性能, 是理想的海洋工程用材料, 被誉为“海洋金属”。我国从20 世纪60 年代开始开发舰船用钛合金, 形成了不同强度级别的钛合金牌号, 在能源开采装备用钛材的研究和应用方面起步较晚, 目前仍处于起步阶段。随着建设海洋强国战略的提出, 我国海洋发展从浅海走向深海、远海, 钛及钛合金在海洋工程领域应用的优势更加凸显出来。从舰船用钛合金和能源装备用钛合金两个方面介绍了我国海洋工程领域用钛合金材料的研究现状, 简述了海洋工程领域用大规格钛合金铸锭及构件制备技术、低成本制备技术及能源开采装备用钛合金无缝管材制备技术等方面的研究进展, 并提出了目前存在的主要问题, 以期为舰船及能源装备用钛合金材料及其构件制备技术的研究提供参考。

超大型自航绞吸挖泥船清洁燃料应用

摘要:为满足更加严格的排放标准,开发使用清洁能源的超大型绞吸挖泥船,不仅可满足绿色港口、航道建设需要,还可以填补国内绞吸挖泥船使用清洁能源的空白,同时也可进一步降低船舶营运成本,提高船舶的营运效益。文章介绍了船舶应用清洁燃料的现状及趋势,以超大型绞吸挖泥船作为大型绞吸挖泥船舶,有针对性地分析了LNG 双燃料和甲醇双燃料超大型绞吸挖泥船动力系统配置、动力系统布置、动力系统初始投资、运营维护成本等。提出了未来超大型自航绞吸挖泥船应用清洁燃料的要点,为船舶设计提供理论和技术参考。

船舶铝合金增材制造技术的研究现状及展望

摘要: 增材制造技术在船舶装备制造领域极具发展前景,轻量化、低损耗的制造模式大大地提高了能源及材料利用率。受限于铝合金自身冶金特性和增材制造工艺,铝合金构件在增材制造过程中易产生气孔、开裂等冶金缺陷,影响船舶装备的质量安全和可靠性。本研究主要概述了船舶铝合金电弧熔丝增材、选区激光熔化和摩擦搅拌沉积三种增材制造工艺及冶金缺陷控制方面的研究现状及进展,并对船舶铝合金增材制造技术的未来发展方向进行了展望,为船舶铝合金增材制造技术的发展及铝合金构件的缺陷控制提供参考。

石墨烯/凹凸棒石复合润滑添加剂对缸套-活塞环润滑性能的影响

摘要:船舶柴油机作为船舶的核心动力来源,其中的缸套- 活塞环作为重要摩擦副之一,保障其可靠性,而采用优质润滑添加剂是针对缸套- 活塞环磨损控制的有效方法之一。制备了不同类型的石墨烯/ 凹凸棒石(G-ATP)复合润滑添加剂,在不同试验工况下进行了缸套- 活塞环的摩擦学试验。结果表明:制备比例为4 ∶ 1 的G-ATP 复合添加剂材料表现出最佳的减摩抗磨效果,在高速重载工况下平均摩擦系数降低了25.40%,磨损质量降低了70.91%,平均磨痕深度降低了71.78%。同时缸套试样表面粗糙度也得到改善,表面均方根偏差Sq 值降低了61.60%,谷区液体滞留指数Svi 值提升了44.57%。G-ATP 复合添加剂材料的协同润滑能够显著提升缸套- 活塞环的摩擦学性能,凹凸棒石作为石墨烯的负载单元能增强石墨烯的层间滑动,减少摩擦副之间的接触面积并形成优质的摩擦保护膜,使摩擦副接触形式由金属-金属接触转为氧化膜- 氧化膜,降低摩擦系数,同时剥落的凹凸棒石能沉积缸套试样磨损表面产生填充自修复作用并抛光表面,减少磨损。该研究结果为利用G-ATP 复合添加剂抑制船舶柴油机缸套- 活塞环磨损提供了一种方法。

“双碳”目标下中国船用绿色甲醇燃料的发展趋势分析

摘要:梳理了绿色甲醇燃料概念,对比分析了生物质路径、电制路径及电−生物质耦合路径等主要制备技术路径方法、减排潜力及其优劣势;总结归纳了中国国家、行业层面有关水运行业醇燃料相关政策,明确推动甲醇燃料在沿海和内河船舶中试点应用、加快甲醇加注站及储存等配套设施建设,梳理了目前中国已发布绿色甲醇相关标准文件,包括船舶甲醇燃料相关指南及聚焦绿色甲醇评价、绿色甲醇产品碳足迹评价团体标准,明确政策标准处于起步阶段;同时基于低排放分析平台(LEAP)构建中国碳排放预测综合评估模型,量化计算中长期中国水运行业能源消耗及碳排放总量,预估2050 年中国水运行业能耗总量约为5800 万~8500 万t标准煤,排放总量将下降至约0.3 亿~1.2 亿t CO2。提出未来中国推进船用绿色甲醇燃料产业发展路径建议,应持续跟踪并深度参与国际海事组织净零框架谈判进展及相关规则建设,结合行业内外优势系统深化水运行业转型路径量化研究,同时先试先行,由点及面,系统推进中国绿色甲醇有序发展。

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。

大洋钻探船技术发展现状及趋势

摘要:目前,国际大洋科学钻探共经历了4 个主要阶段:深海钻探计划、国际大洋钻探计划、综合大洋钻探计划、国际大洋发现计划,各阶段均取得了重要科学成果。其中,我国先后主导了3 个计划(4 个航次)的大洋科学钻探,并在南海取得了一系列科学成果。国际大洋科学钻探的发展阶段与大洋钻探船的发展息息相关,该文按照时间顺序介绍了国内外大洋钻探船的发展历程,重点介绍了我国首艘大洋钻探船“梦想”号的技术特点,并结合大洋科学钻探发展历程与大洋钻探船更新迭代规律,分析了大洋科学钻探技术发展趋势,为相关领域的科学研究提供了参考。