集装箱船船型发展和主机选型

　　当今世界商船队中，集装箱船队运力规模最大，对世界贸易影响范围最广，因此集装箱船船型发展及主机开发一直受到业内人士的高度关注。

　　1集装箱船船型发展

　　1.1发展简史

　　真正意义上的集装箱海运始自1956年4月26日，当时使用的是“集装箱运输之父”马尔科姆﹒麦克莱恩改装的美国二战时期的油船“Gateway City”号。1960年，麦特森航运公司建造第1艘全集装箱船"Hawaiian Citizen"号。此后不久，海陆轮船公司可装载610个20英尺集装箱的货船"Supanya"号投入使用，从事美国沿海运输。业内人士认为，这是第1艘改装成功的集装箱船。1966年4月23日，该公司的“Fairland”号装载236个集装箱从美国伊利莎白港驶往荷兰鹿特丹港，这是集装箱船的第1次国际航行。集装箱海运获得长足发展是在1968年以后。1968年，全球共建造集装箱船18艘，其中10艘达到1000TEU的装载量，在当时属大型货船。1969年共建造25艘，其中最大的1艘装载量近2000TEU。1972年，德国Howaldtwerke造船厂建造第1艘装载量超过3000TEU的集装箱船。1980年国际航线出现4100TEU的集装箱船。1984年建造的集装箱船运力为4600-5000TEU，船体最大宽度达到32.3m，最大长度为294.1m，最大吃水为12.0m，是当时可通过巴拿马运河的最大货船。由于巴拿马型集装箱船无法满足世界贸易增长需求，1988年，超巴拿马型集装箱船问世，宽度为39.8-45.6m。1996年，7200TEU集装箱船问世。20世纪70年代到80年代，集装箱运输呈指数级增长，全球年均建造60-70艘集装箱船，1994年以后年均建造143艘。2007年全球在役集装箱船约4300艘，其中1980年以后建造的约占94%。集装箱船的使用寿命大约是26a。

　　1.2巴拿马运河扩建前后的集装箱船船型

　　世界航运权威杂志BIMCO Bulletin上载文指出，2014年巴拿马运河扩建竣工后，集装箱船船型将有新发展(见表1)。

　　表1巴拿马运河扩建前后的集装箱船船型

　　目前全球集装箱船总运力为1080万TEU，按表1所示的船型分类，小型船占26%，支线船占40%，巴拿马型船占22%，超巴拿马型船和巨型集装箱船合计占12%。截至2008年5月31日，全球集装箱船订单量为1437艘，总运力为653万TEU，单船平均运力为4550TEU。按运力计，小型船占3%，支线船占12%，巴拿马型船占24%，超巴拿马型船占30%，新巴拿马型船和巨型集装箱船合计占31%，但数量只占11%。

　　2集装箱船主机选型

　　2.1集装箱船主机

　　一般情况下，集装箱船与同载重量的油船和散货船相比航行速度较高，推进系统的功率也较大。船舶航行速度越高，需要的推动力越大，消耗率也迅速上升。大型集装箱船船速为25kn时，船速增长与发动机推力增长的关系大约为1:4。通常船型越小，船速越低。小型船舶船速变化对对耗油率的影响没有大型船舶明显。以目前单船运力最大的15500TEU(171000t)超大型集装箱船为例，航速为25kn时，满足其推力需要的发动机功率至少要达到100MW。这是以效率较高的单螺旋桨推力核算的数据，双螺旋桨船舶则需要更大的推进功率。德国梅克伦堡船厂生产的重达131t，直径为9.6m的6叶单螺旋桨推进器使超大型集装箱船不必采用造价昂贵、操作复杂的双螺旋桨推进系统，从而使超大型集装箱船的单船运力不断打破纪录。目前韩国国STX造船厂计划建造单船运力为22000TEU的新巴拿马型集装箱船。

　　2.2集装箱船主机选型考虑因素

　　大型船舶的主机多为“量身定制”，即根据船舶设计参数确定主机参数，其中最主要的参数是功率。由于船舶在不同状态下对主机功率的需求变化很大，因此，在设计船舶时，需要由船舶所有人和船舶建造商议定最大持续运行功率(SMCR)。在正常情况下，航行时的最大运行功率是最大持续运行功率的90%。

　　确定集装箱船主机的最大持续运行功率时主要考虑载重量、平均船速和船舶尺寸等因素，有时还要考虑航线因素。

　　20世纪90年代以来，燃油价格成为船舶经营成本中最不确定的因素之一。船舶所有人和经营人希望船舶主机能在多种航速下保持最佳工况，从而实现经营成本最小化。这对船舶发动机的设计者和制造商提出更高要求。

　　研究人员根据对2003-2008年已经竣工和计划建造的载箱量在400~18000TEU的集装箱船的统计，总结出集装箱船载箱量与船舶参数、主机最大持续运行功率和主机选型的关系，形成集装箱船主机选型参考标准(见表2)。

　　表2集装箱船主机选型参考标准

　　3发展趋势

　　3.1超大型船舶配备单主机、单推进系统

　　双主机和双轴推进器螺旋桨的安全优势明显，但成本太高，尤其是在石油价格高企的情况下。因此，船舶所有人为新巴拿马型或巨型集装箱船配备单主机和单螺旋桨推进器。同时，研究人员也在努力开发适用于新巴拿马型和巨型集装箱船的6叶螺旋桨推进器，其中K98系列中的14K98ME7型推进器螺旋桨直径达到9.8m，自重135t，转速97r/min时的功率达到87220kW。针对超大型集装箱船的14K98ME9型推进器也在研制中。

　　3.2智能化控制系统

　　载箱量为11000TEU的集装箱船的总长和宽度分别在350m和50m左右，其主机高度相当于普通6层建筑物，而船员仅13人，因此其操作和控制高度智能化，大量采用先进的信息技术。船上复杂的计算机系统不仅用于驾驶和轮机管理，而且也用于装卸控制，例如，船员只要通过触摸按钮增减压舱水，就可在实现精确装卸的同时保持船体平衡。