（轮机工程专业论文）运输船舶营运经济性分析与研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 本文共分五章对运输船舶营运经济性分析与研究这个论题进行了详细 的论述和论证。企业经营船舶的最终目的是获取尽可能大的盈利，扩大利润 的基本方法一是增加营运收入，二是减少成本。本文以认识成本，分析成本， 控制成本的思路对运输船舶营运经济性进行了研究。第一章主要讨论营运船 舶运输成本，对船舶运输成本的概念、结构、性质与分摊、成本细分进行了 分析，从宏观上阐明了船舶运输成本的生存环境和生长趋势：第二章研究了 船舶动力装置的经济性，在营运船舶降低油耗、废热利用、船机桨匹配、提 高推进效率、提高船舶动力装置经济性的有效途径等方面进行了阐述和论 证；第三章详细论述并论证了航次变动成本的控制措施，全面系统地分析和 总结了航次变动成本。通过对燃油成本、港口使费、航次风险成本的分析与 控制，提出了航次风险成本的概念并论述了若干航次风险成本的控制措施； 第四章对船舶营运成本中的船员费用控制、维修保养及其费用控制、船舶备 件物料管理及其费用控制等几个主要可控性较高的成本进行了细致的分析 并分别讨论了相互的控制措施，提出了基于状态维修决策的马尔可夫数学模 型并论证了模型的正确性及具体解算步骤，对于备件、燃润物料的控制坚持 以科学的预算为前提，以申领、接收、使用、盘存为控制环节，切实做到理 论与实践的密切结合；第五章，结合营运成本的预核算的案例，对船舶营运 成本的预算及核算进行了有益的探讨，旨在揭示成本发生的动因，并给出了 成本预算、核算的编制方法。 关键词：船舶、经济性、分析、研究 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et h e s i sc o n s i s t so fl i v e c h a p t e r s ，w h i c hr e s e a r c h e si n t ot h eo p e r a t i o n e c o n o m y o f s h i pt r a n s p o r t a t i o n t h ef i n i a lp u r p o s eo f a ne n t e r p r i s ei st oa c q u i r e t h em a x i m u m p a y o f f , w h i l et h eb a s i cm e a n sa r et oi n c r e a s eo p e r a t i o ne a r n i n g a n dt od e c r e a s ec o s t t h i sp a p e rs t u d i e sw h a ti sc o s t ，t h es t r u c t u r e so fs h i p t r a n s p o r t a t i o nc o s t ，a n dh o w t ol o wt h ec o s t t h ef i r s t c h a p t e rd i s c u s s e st h e c o n c e p to fo p e r a t i o nc o s t o fat r a n s p o r t a t i o n s h i p ，i t ss t r u c t u r e s ，c h a r a c t e r s ， a p p o r t i o n s ，a n dd e s c r i b e s i t s a r i s i n ge n v i r o n m e n ta n dg r o w t ht e n d e n c y t h e s e c o n dc h a p t e rs t u d i e st h ee c o n o m yo f s h i p sp o w e rp l a n t s ，b a s e do n t h ea s p e c t s o fl o w e r i n gf u e lc o s t ，w a s t eh e a tr e c o v e r y , t h em a t c ho fs h i p ，m a c h i n e r ya n d p r o p e l l e r , i n c r e a s i n gp r o p u l s i o ne f f i c i e n c y , i n c r e a s i n gt h ee c o n o m yo fs h i p s p o w e rp l a n t s ，e t c t h et h i r dc h a p t e rd i s c u s s e si nd e t a i lt h ec o n t r o lm e a s u r e so f v o y a g ec h a n g ec o s t ，a n a l y s i z e ss y s t e m a t i c a l l yt h ev o y a g ec h a n g ec o s tb a s e do n t h ew a yo ff u e lc o s t ，h a r b o rc o s t ，v o y a g ev e n t u r ec o s t t h ef o u r t hc h a p t e rs t u d i e s t h es t r u c t u r e sa n dc o n t r o lm e a s u r e so fs e a f a r e r sc o s t ，m a i n t e n a n c ec o s t ，s p a r e p a r t sa n ds t o r e sc o s t ，l u b r i c a t i n go i lc o s t ，e t c w h i c ha r er e l a t i v e l ye a s yt o b e c o n t r o l l e d ；b a s e do nt h e s t a t em a i n t e n a n c ed e c i s i o n - m a k i n g ，am a t h e m a t i c a l m o d e li sp u tf o r w a r d ，t h ev a l i d i t ya n di t ss o l v ep r o c e s sa r ed i s c u s s e d t h ec o n t r o l m e a s u r e so f s p a r ep a r t s ，f u e lc o s ta n dl u b r i c a t i n go i l c o s ts h o u l db eb a s e do n s c i e n t i f i c b u d g e t ，t h r o u g ht h e c o n t r o lm e a n so fa p p l i c a t i o n ，r e c e p t i o n ，u s a g e ， s t o r e c h e c k ，t r y t o a c q u i r e t h ei n o s c u l a t i o no ft h e o r y b a s e do na s h i p t r a n s p o r t a t i o nc a s eo f t h ec o s tb u d g e ta n dc o s tc h e c k ，a n dw i t ht h ep u r p o s et o f i n do u tt h ed y n a m i c so ft h ec o s ta r i s i n ga n dg r o w t h ，t h ef i f t hc h a p t e rs t u d i e st h e b a s i cl a w so fc o s tb u d g e ta n dc o s tc h e c k ，a n dp u t sf o r w a r dt h eb a s i cw a y so f m a k i n g c o s tb u d g e ta n dc o s tc h e c k k e yw o r d s ：s h i p ；e c o n o m y ；a n a l y s i s ；c o n t r o l l i n g 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 前言 航运企业是我国交通运输产业的重要组成部分，在我国的国民经济和对 外贸易发展中发挥着重要作用，是我国国民经济发展中具有重要战略意义的 基础产业之一，船舶运输是航运企业的基本生产活动，是航运企业利益的源 泉，当今的航运市场是一个发展成熟的市场。 在国际航运市场上，油轮市场、干散货市场、集装箱船市场都反映了“成 熟市场”所具有的特性。当前，航运企业所面临的国际航运市场的竞争形势 是：燃油价格的上涨，港口使费的上升以及修船费用的增加导致船舶成本 大幅度上升，降低成本是竞争的关键；供给大于需求的总趋势无大的变化， 运价仍处于疲软状态，价格竞争仍将是竞争中的焦点：大量低成本、非公 会船舶将继续投入航运市场：无船承运人大批跻身航运市场参加竞争； 方便旗船队的日益扩大，将成为船东降低运输成本的重要手段，发展中国家 尤其要重视这一竞争特点：优质服务成为市场竞争的主要手段，而且越来 越被船东和货主所接受。 在激烈的市场竞争条件下，船舶运输业是个投资大、风险高、利润大 的行业，世界范围内的船舶运输能力供给过剩及供给刚性的影响，致使航运 市场处于并将长期处于买方市场，以顾客为中心的营销导向决定了航运企业 的经营目标不仅是“利润最大化”，更重要的是“市场最大化”，国际航运已 经成为国际贸易的函数，即航运的发展是国际贸易的必然结果。低水平的运 输价格和高质量的运输服务是赢得市场的两个既相互对立又必不可缺的条 件，在当今买方市场强化，航运立法日趋严格、世界服务行业一体化，标准 化的条件下，塑造良好的企业形象，努力提高服务质量是航运企业别无选择 的道路。在整个行业都致力于提高服务质量时，价格竞争仍是竞争中的焦点， 价格等于成本加利润，毫无疑问降低成本是竞争中的关键，如何对成本进行 有效的控制是一门方兴未艾的学科。因此，对船舶运输成本控制的研究有其 重要的理论意义和现实意义。 i i l 武汉理工大学硕七学位论文 鉴于此，根据论文工作的需要，查阅了国内、外的相关文献，并按认识 成本、节约成本、提高经济性、分析成本、控制成本等的思路分五个方面进 行综述。文献【1 】、 1 0 、 3 8 、【5 0 对船舶运输成本的概念、结构、性质与 分摊、成本细分情况进行了说明。文献【6 2 1 特别提出了营运船舶在暧计、 建造、使用等方面提高船舶营运经济性的有效途径。文献 2 5 】对营运船舶 在燃油成本、港口使费、航次风险成本等方面提出了控制措旌。文献4 6 5 0 付旨出营运船舶成本中的船员费用控制、维修决策及费用控制措施。本文 在总结和借鉴前人研究成果的基础上，结合自己多年来的航海实践经验，借 助大量的调研、分析、研究工作，完成了论文的写作。通过这次论文写作， 作者不仅巩固了所学的专业知识，拓展了自己的知识面，而且在动手能力， 独立科研能力等方面都得到了很大的提高，希望自己的研究工作能对我国航 运企业营运船舶经济性的理论研究和实践有所裨益。 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章营运船舶运输成本 1 1 运输成本的概述 1 1 1 运输成本的概念 所谓成本就是把消耗的劳动用货币的形式表现出来，它是企业在一定时 期内为生产产品所消耗的费用总和1 3 8 】。 运输业的产品不是商品，而是货物或旅客在空间上的位移，即从一地转 移到另地。转移的过程就得花费劳动。劳动的一部分为船舶的磨损、润物 料的耗费等，即物化劳动；而另一部分为职工的劳动消耗，即活劳动。为运 输所消耗的社会必要劳动，即物化劳动和活劳动的总和，构成水运产品的价 值。所以，船舶运输成本是水运产品价值中生产资料的转移价值和职工的必 要劳动所创造价值的货币表现。 运输劳动是创造价值的劳动，运输劳务的价值构成与工农业产品的价值 构成一样，也包括三部分，即w = c + v + m 。式中的w 为运输劳务的价值， c 为转化过来的物化劳动的价值，他可以分为c - 和c 2 两部分：c l 为运输基 础设施、运输设备、工具等因各种有形磨损和无形磨损而转移的价值c 2 为运输设备运行过程中因消耗燃料、能源及其他辅助材料等而转移的价值； v + m 为运输人工的活劳动而创造的新价值，其中v 相当于劳动力自身的价 值，通过运输人工的活动劳动将其再生出来，m 为增殖了的价值。 在运输劳务的价值构成中，成本k = c + v ，即运输工人在进行客货或船 舶本身位移的过程中作为具体劳动而转移过来的物化劳动的价值c 及运输 工人在进行客货或船舶本身位移过程中而消耗的抽象劳动v 。因此，运输劳 务的成本就是具体客货或船舶本身位移过程中所消耗的物化劳动和活劳动 的总和。在市场经济条件下，各种物化劳动和活劳动的取得都要通过市场交 换，因而它们的价值都可以通过货币表现出来。因为c t 这部分可以多次使 用，其价值周转方式是逐次转移的、因而进入成本的部分只是相当于折旧费 的那部分价值，而c 2 部分是一次投入运输生产过程，一次性使用，一次周 转完毕，其价值一次全部进入成本。 通俗的讲，运输成本就是运输人工的工资和船舶与机械的折旧、燃、润 物料等的消耗费用总和。 1 武汉理工大学硕十学位论文 实际上，为了反映企业的全部支出，常把除上述以外的费用，如贷款利 息、保险费以及事故损失等费用计入成本。所以，船舶运输成本是航运企业 为进行运输生产所支付的切费用的总和。 1 1 1 1 西方经济学中的成本 西方经济学认为：成本是企业、政府乃至消费者个人进行经济决策需要 考虑的重要因素。厂商要取得最大化的利润，政府要想实现资源在全社会范 围内的有效配置，个人要想实现资产的有效组合，都必须进行成本与效益的 分析。因此衍生了一系列与成本有关的概念i l 】： 会计成本与机会成本 会计成本也称作财务成本( 显成本) ，它是以实际发生的成本为基础的， 一般认为：凡属于财务方面的各项支出即为成本。机会成本则不同，它是经 济学意义上的成本( 隐成本) 。经济学认为社会资源是有限的，当一项资源 用作某种用途时，即失去了该项资源用作其它用途的机会，因而其机会成本 就是它用于其它用途可以取得的报酬。 固定成本与变动成本 固定成本是在一定的生产规模内不随所提供的运输服务的数量变动而 变动的成本，如船舶的折旧费，管理费、保险费、借贷资本的利息、管理人 员的工资等。总之，船舶运输固定成本是指运输企业固定占用的运输资源所 形成的成本，即那些只要运输企业存在，不管其是否进行运输生产，都需支 出的费用。变动成本是随着运输服务的数量变动而引起变动的成本，如燃料、 润物料、动力等费用的支出，以及直接生产人员的工资等。 增量成本与沉没成本 增量成本是指随某一特定的决策而引起变动的成本。例如，某运输公司 在做出某项决策前的成本为5 0 0 万元，而决策后的成本为8 0 0 万元，那么增 量成本就是沉没成本。例如，一家运输企业原来运力有富余，现在由于增加 了新的货源，使决策发生改变，那么，对新增加的货源的运输将会引起变动 成本的增加，但它不会引起全部固定成本的变化。因此，刚。变成本增加的部 分就是增量成本，而不随之变动的固定成本则相当于沉没成本。 联合成本或共同成本 在运输生产过程中，当生产某一运输产品的同时，以某一比例生产出另 2 武汉理工大学硕士学位论文 一些运输产品时，就存在着联合成本与共同成本，当两者保持固定的比例时 就是联合成本，比例不固定时就是共同成本。在海运中联合成本与共同成本 是大量存在的，其中有三种情况：一是同一运输设备同时提供两种不同的运 输服务。例如，客滚船、客货两用船、多用途船所提供的运输服务。二是不 同运输企业或运输方式提供相同的运输服务。例如，对同一货物提供联运服 务时。三是在进行往返程运输时。例如，某船由甲地到乙地之间的运输，以 及集装箱的往返情况，满去满回与满去空回的成本将大不相同。经验表明， 当联合成本与共同成本存在时，各种运输产品的成本要比单一运输产品的成 本低的多，这就是运输业中的“多产品经济”。运输企业与运输部门要尽可 能组织合理运输，以便利用联合成本或共同成本创造更大的经济效益与社会 效益。 短期成本与长期成本 短期成本与长期成本不是相对于时间而言的，而是相对与运输生产规模 而言的：短期运输生产成本是在特定的运输生产规模下的成本，长期成本是 生产规模发生变动下的成本。 社会成本与私人成本 社会成本是从社会整体来看待的成本。社会成本也是一种机会成本，即 把社会的资源用于某一种用途就放弃了该资源最有利可图的其他机会。私人 成本是个人活动由他人负担的成本，它包括两方面内容：一是外显成本，也 称直接成本，即指企业购买各种生产要素及其他投入而支出的货币，如管理 人员的工资、船员工资、燃润料等。二是隐含成本，也称内在成本，是指企 业所使用的自用资源相联系的成本，包括企业家的才能、劳务、运输企业自 己拥有的资本、土地等。认识隐含成本对企业的决筻及资本经营有重要的意 义。 1 1 1 2 现代经济管理中的船舶运输质量成本概念 i s 0 9 0 0 4 标准明确提出一个组织( 企业) 的质量体系有两个相互关联的 方面，即满足顾客组织的需要和期望。对顾客而言，则“需要组织具备交 付期望的质量，并对持续保持该质量的能力建立信任”；对组织而言，则“需 要在经营上以适宜的成本达到并保持所期望的质量，为达到此目的，关系到 有计划地、有效地利用组织可获得的技术、人力和物质资源”。为此该标准 武汉理工大学硕士学位论文 又引出了对顾客和企业都具有重要意义的“利益、成本和风险”的考虑。航 运企业在此方面的考虑应为： 利益：考虑提高利润和市场占有率。 成本：考虑由于营销和经营中的缺陷等发生的费用。 风险：考虑由于服务不周、不被认可、可陷入服务陷阱等可能导致的形 象或信誉的损失，丧失市场、意见、索赔责任、人力和财务资源的浪费等风险。 按i s 0 9 0 0 0 1 标准的描述，企业存在的目的就是“为了实现价值和增 殖”，因此，任何企业在正常的生产经营过程中都围绕着“利益最大化，成 本最佳化，和风险最小化”而做文章，不断地从失误中总结经验和教训，去 追求三者的最佳配合，而完善的质量管理体系正是“考虑利益、成本和风险 的基础上使质量最优化”。 按i s 0 8 4 0 2 标准所给的定义，质量成本应描述为：为了确保和保证满 意的质量而发生的费用以及没有达到满意的质量所造成的损失。 关于质量成本的科目分工，i s 0 9 0 0 4 标准根据p a f 成本模型分析将其划 分为：预防成本、鉴定成本、内部故障成本、外部故障成本1 2 1 。 航运企业开展质量成本研究的意义在于：第一，促进管理层重视运输服 务质量和质量管理，提高企业质量职能的有效性。第二，是降低运输总成本， 提高经济效益的重要途径。第三，确定质量成本的最佳水平，提高社会资源 的利用率。第四，有利于质量责任制的贯彻实施。 1 1 2 计算运输成本的意义和目的 1 1 2 1 意义 测算成本是计算船舶投资经济效益必不可少的。船舶投资经济评价的各 项指标都是由投资( 船价) 、产量( 运量) 、支出( 年营运费用) 和收入( 运 费) 四部分( 或其中三部分) 所组成。考虑投资的利率等时间因素后，只不 过表达形式有所不同而已。其中支出部分就是成本或年营运费用。 成本是企业的基本标志和综合性指标【1 。运输成本是航运企业生产耗 费的综合表现，反映企业生产经营活动的一项综合质量指标。如运输量的多 少、润物料的利用和节约程度，劳动生产率的高低，运输质量的优劣等都在 成本上直接或间接地反映出来。它成为衡量航运企业经营管理和生产技术水 平的基本标志。 武汉理工大学硕士学位论文 1 12 2 目的 计算运输成本的目的有：分析本企业的盈亏；分析生产活动各环节 存在的问题，分析成本结构，提出改进措旋，降低成本或控制成本；根据 对现有船舶成本的分析资料，对规划或拟建船舶的运输成本进行预测，供领 导部门决策【j 。 1 1 3 船舶运输成本的作用 1 运输成本对提高运输企业的微观经济效益有着十分重要的作用，这 是因为运输成本是反映运输企业生产和经营管理水平及企业经济效益的综 合性指标，它包括着运输企业在完成运输服务过程中所消耗的各项费用，运 输生产过程中的每一个环节进行的状态如何，都会影响运输成本的高低。运 输成本低，企业在运输生产的营运组织中所消耗的物化劳动与活劳动就少， 取得的经济效益就大：反之，运输成本高，就意味着运输生产中所消耗的物 化劳动与活劳动多，取得的赢利就小，甚至会亏本。另外，运输成本也是运 输企业进行决策的重要依据，无论是运输企业的投资决策、技术决策，还是 管理决策，都必须考虑成本这一重要因素，对不同技术经济方案的成本进行 分析比较。是运输企业进行各项决策的重要依据。 2 运输成本对于提高整个国民经济的宏观经济效益更超着十分重要的 作用。这是因为运输成本是决定运价的关键性因素，运输成本的高低决定着 运价的高低，如果运输企业的成本降下来了，全社会的运价也必然随之降低 而运价又是物价的主要组成部分，运输业劳动生产率的提高，管理水平的提 高，成本和运价的降低必然带来全社会物价总水平的下降，创造十分可观的 宏观经济效益，使广大老百姓得到更多的实惠。 1 2 船舶运输成本的结构 运输成本各项目占成本的比重称之为成本结构。从成本结构我们知道船 舶运输成本的特点：不同航运企业，同一企业不同船类，其成本各项目的比 重往往有很大的差别，按不同的情况我们把它分成以下几类。 1 2 1 赢接成本和间接成本 南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、运河费、港口费、代理费以及其他航行费用等；间接 武汉理工大学硕+ 学位论文 成本，是指以某种方法分摊到船上的费用，包括行政管理费、财务费用、办 公用品费及其它岸上的费用。 1 2 2 航次成本和非航次成本 所谓航次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，通常包括燃润料费、港口和运河费、货物装卸费和其他 费用等，航次成本通常亦称为变动成本。非航次成本是指在一定的时空范围 内，其发生总额不受具体航次运量和运距的影响而相对固定的费用，通常亦 称其为固定成本，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、燃料费、润料费、物料费、供应费、及其它经营管理费 等。 1 2 3 可控成本与不可控成本 可控成本与不可控成本是相对一不定期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时不可控而在整个计划期 内的折旧量则可控，岸基管理费对船员来说不可控而列公司来说可控，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 问越大，时间越长，可控性越小：反之，可控性越大。而对同一成本而言， 经营管理及技术水平越高，可控性越大；反之，可控性越小。 1 2 4 资本成本、经营成本和管理成本 资本成本归属于船东，即船舶所有权的取得者；经营成本归属于船舶的 经营者，即经营权的取得者；管理成本归属于船舶管理者。即船舶管理权的 取得者。 1 3 船舶运输成本性质与分摊 船舶在营运过程中，各项成本的发生是在不同的经济活动领域，因此进 行资金、成本、利润的分析时亦应按国际航运成本分类构成及其分摊。如表 1 1 所示。 1 4 船舶运输成本细分 不同船种、船型，不同的公司因财务计算方法的不同以及不同的年份由 于价格因素的变动对应的成本所占的比例会有所不同。因此本文仅参照我曾 武汉理工大学硕士学位论文 工作过的某船公司散货船单船平均某年度成本资料给出成本细目的大致比 例，如表1 2 供参考。 表1 - 1国际航运成本分类构成及其分摊| 5 0 成本项目成本性质不同租船方式卜的费用分摊 成本定期船运输不定期期租船 航次租船包 成本分类光租船运合同长期班轮运输 构成 ( 班轮运输)船运输 航次期租 运输合同 k d s 。船东负担 k c i s l $ 2 s 3船 s 4东 s 船 s s 负 s m 东 s 6 担 船 s 七租 负 s ，东 船 担 s 8 负 人 s 9 担 负 s f 担 租 s p c船 s 。 s w 人 负 s o 担 s j - us 垤 按合同规定 表1 1 中s c _ 一船舶资本成本；s m 一经营成本；s v 一一航次成本；j ( d 一船舶年折旧额： k 。i 一船价；s l 一船员工资；s 2 一保险费；s 3 一保赔费：s 4 船舶维修费； s 5 一润料费：s 6 一供应费；s 7 一供应费：s b 一管理赞：s 9 一其他营运费：s ，一燃 料费；s n 。一港口费及运河费：s 。一其他航次费；s i 。一货物装卸费；s = s 。+ s 。； s 。c = s 。； 武汉理工大学硕士学位论文 表1 - 2 船舶运输成本细分 成本分类成本构成成本细分 所占比例 燃油费用重油费、轻油费等1 3 变 船相关：船舶吨税、停泊费、锚泊费( 某些港口) 、 动 码头费、引水费、拖轮费、解缆费、检瘦费、海关 成 港口使费检验费、贷理费、灯塔费、运河及海峡通过费等 1 5 本 货相关：理货费、开关舱费、待时费、加班费、平 舱费、绑扎费及货物装卸费 船舶折旧包括租金费、计提折旧、利息 3 3 保险费包括般体和主机( h m ) 险，运费险，船员险等 许多船舶加入保赔协会( p & jc l u b ) ，以便使船东 8 保陪费免遭因罢工、检疫限制、故障等引起的员必，并防 止因疏忽而造成的索赔 岁修费、检修费、坞修费、航修工程费、自修材料 维修费 4 5 费、船舶检验费、自修奖 主机滑油、汽缸滑油、发电机滑油、其他如液压油、 润料费 2 4 船用牛油等 油漆、绳索、化学品、气瓶氧气或乙炔、背通物料、 物料费各类文具用品( 包括电子设备耗材) 、药t 目，、日用 固品、消毒荆、清洁剂、电器物料、船用淡水等 定 劳保费 工作农裤、安全鞋、安全帽、手套、防护面罩、防 2 5 成寒衣物、防雨衣、裤、鞋等费用 本 康乐费为船员提供的影、音、书刊、杂志、健身器材等费用 主机、锅炉、发电机、辅机、船电系统及仪器、操 备件费 3 6 货瑟备、其了备件以及备件的转运交付费等 管理人员差旅费、招待费、会议费、房租、乍辆等、 管理费行政费以及营销过程中发生的业务活动费和揽货 5 佣金等 船员费在航工资、奖金、加班费、伙食费、差旅费及培训费 1 2 通讯费船东负担的电话费、电报费、传真费、电传费等 0 5 船级检验贽( 入级与保级) 、法定检验费( 初次、 年度、中间、换证、船底外部、以及临时检验等) 、 检验费 o5 公证检验费( 海损、货损、索赔、起退租、船舶状 况、其它公证检验) 武汉理 j 大学硕士学位论文 第2 章船舶动力装置的经济性 2 1 概述 民用运输船舶的经济性，就是运量越多，消耗越少，其经济效益就越高。 因此，要求动力装置，无论在设计、建造和使用管理上都要着眼于提高经济 效益。一般从以下几个方面加以研究。 2 1 1 降低燃料消耗 燃料费用在运输成本中占有很大的比例。随着油价的上涨。这比例也越 来越大。表2 1 示出以柴油机为主机的1 0 0 ，0 0 0 吨级散装货船1 9 9 2 年和1 9 9 9 年各项费用所占的比例。表2 2 为1 9 9 9 年统计的几种类型船舶的燃料费用 占船舶总营运费用( 包括燃料费、润料费、船员工资、维修费、给养费、保 险费等) 的百分比。由表2 2 可知，根据船舶的航速、航行时间及载重量， 对于柴油机船燃料费在船舶总营运费中占3 3 ，卜嗡o 。 年份燃油费用其他营运费用初投资折旧费 l 1 9 9 21 03 55 5 | 1 9 9 94 22 83 0 l 由表可见，要降低运输成本主要应从减少燃料费用着手。构成运输船舶 燃料费用着手。构成运输船舶燃料经济性的诸因素为：完成的运输量、燃料 消耗量和燃料价格。其文字表达式为： 燃料费用营运指标= 丽霸疆毳誓差等筹冀蓊挈器 上式的燃料费用营运指标是表示单位燃料费用所完成的运输量( 吨公里 或吨海里) 。从上式可看出，降低燃料费用的努力方向是增大运输量、降低 燃料消耗量和采用廉价燃料【1 5 i 。 在动力装置方面，采用热效率较高的发动机和高效率的推进装置，可使 耗油率降低，不但在节省燃料开支方面带来显著好处，而且在同样的航程中， 可以减少所携带的燃料重量和相应载燃料的空间，从而增加载货吨位，提高 船舶生产能力、降低营运成本。 武汉理工大学硕士学位论文 表2 - 21 9 9 9 年燃油费用在船舶总营运费用所占百分比 年航行时间所l i i 百燃油费所占百分 载重量航速( 节) 分比( )比( ) 定期货船1 7 0 0 0 吨 】75 03 3 集装箱船 l3 0 0 只( t e u )1 95 54 7 油轮1 5 0 0 0 吨 1 67 05 2 散货船1 2 0 0 0 0 吨 1 58 46 0 在燃料使用方面，尽可能的使用低质廉价燃料，也可以加添加剂。如二 甲醚作为一种新兴的清洁代用燃料，近年来引起了研究者的广泛关注研究 表明，d m e 的十六烷值高，其分子结构中无c c 键，雾化性能好，在柴 油机上燃用可以完全消除碳烟排放，并能有效的降低n o x 排放和发动机的 运行噪声，因此非常适合作为柴油机的代用燃料但二甲醚的低热值 ( 2 8 4 3 m j k g ) 仅为柴油( 4 2 5 m j k g ) 的7 0 左右，如果单独作为燃料用在传统 柴油机上，柴油机的最大功率将下降3 0 要想达到原有额定功率，必须增 大柴油系统的供油量，必须改进原有的供油系统于是，有学者提出了用二 甲醚和传统燃料混合改善传统燃料燃烧特性的观点【9 】重柴油较轻柴浊价 格便宜，燃料油价格更便宜。因此，在保证发动机正常运转的情况下，应尽 量采用以重柴油或燃料油代轻柴油的措施。以往低质燃料油大多用在大型低 速机上。近几年来，由于技术进步，中速机也己使用低质的燃料油，不少高 速机也开始用重柴油，无疑这对降低船舶营运成本是大有收益的。 2 1 2 废热利用燃料在柴油机中燃烧所产生的热量 由于受到机器的高温热负荷和周围环境温度的限制，理论循环热效率一 般都不高，而且显著低于在相同的高低温度界限内的理论卡诺循环效率。同 时，热机在实际工作过程中存在着各种损失。根据柴油机热平衡。它们的数 值范围如下( 不同机型其数值上是有差异的) ：转变为机械功的热 q ，：( 3 5 5 0 ) ；排气带走的热q ，= ( 2 7 4 0 ) ：冷却介质( 缸套冷却 水、增压空气冷却水、润滑油等) 带走的热q ，= ( 1 5 3 0 ) ；其他热损失( 辐 射热、摩擦损失热) q 。= ( 2 8 ) 。可以看出，热机的主要热损失为排气损 失和冷却损失，它们一般共约占燃料热量的4 5 一5 0 【2 8 j 。因此，要提高柴 油机的效率，节约能源，必须从以下方面入手。 l n 武汉理工大学硕士学位论文 对于柴油机来说，要减少燃烧损失必须改进燃烧过程，提高燃烧温度。 在热负荷允许的条件下提高压缩比或提高压力升高比，可以减少燃烧过程的 损失，从而提高循环热效率【3 j 。采用绝热型内燃机来改进燃烧过程和减少冷 却损失是今后的发展方向，另外就是设法减少排气损失和冷却损失。为此， 就要对排气和冷却损失进行回收利用，通常，是通过废气锅炉产生蒸汽供船 上用热，也有作动力利用回收机械能或电能。 废热在船上的用途大致有两种，一种是用于加热。在船上，船员生活所 需热水，远洋船将海水蒸馏以制造淡水，寒冷季节的舱室取暖以及油类的加 热保温等等所需的蒸汽和热水都属于加热用途。如果利用废热能满足正常航 行时上述全部或大部分要求，就可以代替燃油辅助锅炉的全部或大部分供汽 任务，从而达到节省燃油辅助锅炉所耗用的燃料。另种用途是用于产生动 力，通常是通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮发电机产生电能，供全船各种用 电需要。这样可在航行时全部或部分代替柴油发电机发电而节省柴油发电机 所耗用的燃料。 2 2 提高船舶动力装置经济性的途径 2 2 。1 提高推进效率 要使主机所产生的有用机械功尽可能多的用来推进船舶，使船舶具有较 大推力和较高航速，则改善推进性能、提高推进系统的效率是十分重要的。 其中以提高螺旋桨敞水效率r 。最为有效。这就要求总体设计时不仅要选好 主机，也要选好螺旋桨，更要注意船、桨和机的性能的匹配l 。 船舶整个推进过程中，存在着各种损失，有螺旋桨的，有螺旋桨与船体 之间的，有主机与螺旋桨之间轴系和传动设备的。衡量整个推进系统( 发动 机螺旋桨船体) 的有效能可用船舶有效功率e h p 与主机制动功率b h p 之 比值c ，来代表【2 8 】( c ，称推进系数) 。 c ，= e h p b h p ， 或者 c ，= 叩。卵 叩，叩。 式中，玑为船身效率。 ( 2 1 ) ( 2 2 ) 武汉理工大学硕士学位论文 为了说明主机产生机械能后能量消耗情况，现以某沿海客货船为例，试 看上述各系数大小。该船采用两台主机，每台8 8 2 k w ( 1 2 0 0 h p ) ，系数 仇= o 9 3 2 ，r h = o 9 6 4 ，玑= 1 0 ，叩。= 0 6 7 9 。 已经知道，轴系和传动设备的传递效率仉表示主机输出的功率应扣除 消耗于轴系与轴承，减速箱等摩擦损失，r ，= o 9 3 2 。其意是主机发出1 0 0 k w 功率经轴系和传动设备的损失，螺旋桨收到只有9 3 2 k w 功率，故该客货轮 每只螺旋桨收到的功率为主机输出功率的o 9 3 2 8 8 2 ，即8 2 2 k w 。螺旋桨收 到这些功率后，由于在艉部与船体相互影响，损失部分推力，但同时存在伴 流，螺旋桨增加部分收益，综合考虑两者因素，就构成了所谓船体效率r ( 如 若推力减颧系数f 与伴流系数讲相等，q l , = ；! = 1 ，这表明推力减额的损 l 一 失与伴流收益所得两者相当，螺旋桨与船体的相互作用不消耗主机功率) 。 上例中r 。= o 9 6 4 ，意味着3 6 的功率损耗在相互影响上。在8 2 2 k w 功率 中，有3 0 k w 功率被损耗。叩。表示伴流不均匀的影响，玑= l ，说明伴流比 较均匀，不消耗主机功率。最后，螺旋桨效率r 。= o 6 7 9 ，意思是明确的。 所以该船的推进系数c ，= r l r h r ，r 。= 0 9 3 2 0 9 6 4 1 0 0 6 7 9 = o 6 0 8 。 一般说来，轴系与传动设备的传动效率玎，随不同的船型变化不大，但船身 效率、螺旋浆效率r 。却与船型密切相关，负荷很重的拖船螺旋桨，其螺 旋桨效率可能低至0 2 0 3 ，则其推进系数就更小。 由上可知，要使得船舶具有较大的推力、较高的航速，则改善推进性能、 提高推进系统的效率是十分重要的，其中以提高敞水螺旋桨效率叩。最为 有效【6 j 。 2 2 1 1 采用低转速、大宣径螺旋桨 根据螺旋桨理论，理想螺旋桨效率玎。是推力载荷系数盯，的函数，即 2 高 。3 而 听2 赤 沼。， 式中：t 、a 与v 。分别为螺旋桨推力，浆盘面积和进速；p 为流体密度。 式( 2 4 ) 中，推力t 与进速v 。取决于船体尺寸和航速的初始设计。在 武汉理工大学硕士学位论文 船舶营运要求下，则t 和v 。为已定。要提高螺旋桨效率，加大浆盘面积a ， 即加大螺旋桨直径是唯一办法。在这种 青况下，如果转速保持不变，则叶梢 线速度的增加会引起摩擦损耗的增大，从而导致推进效率的下降。因此，在 功率一定下，采用大直径螺旋桨必须同时降低转速。这罩，螺旋桨转速与其 直径有一个最佳关系( 使效率达到最高值时的直径) 。 过去，低速螺旋桨的设计，转速常在1 2 0 f r a i n 以上，效率一般为0 5 0 7 范围内。现在，国内外普遍采用了低转速、大直径的螺旋桨。当转速从 1 2 0 r m i n 下降至6 0 r m i n 时，螺旋桨效率的提高可节约主机功率( 1 6 1 8 ) ， 可以较大幅度地改善装置经济性【”j 。 当螺旋桨最低转速下降至5 0 6 0 r r a i n 时，即使是大型低速柴油机，由于 发动机结构限制，机器转速不能太低，这时必须采用减速装置。一般使用较 多的是单机偏心型减速方案，当减速比较大时，这类减速机的体积、质量以 及输入、输出轴间的中心距离变得较大，从而对机舱布置带来了困难。为此， 日本造船公司提出了双排机布置( 两台柴油机背靠背地连成一体) 。另外， 在许多传动装置中出现了低速机亦配置减速齿轮箱的方案，并出现了体积、 质量均较小、效率较高的行星齿轮减速机。 2 2 1 2 机浆节油匹配和主机选型 近几年来，在节能要求下，世界各名牌柴油机的制造厂商之间为追求“低 油耗”展开了激烈的竞争，垄断世界低速机的s u l z e r 和b & w 两家厂商在不 断角逐中，把二冲程低速柴油机的单位功率油耗从1 9 0 9 ( k w h ) ( 1 4 0 9 ( h p h 1 降低到1 6 0 9 ( k w h ) ( 1 18 9 ( h p h ) ) ，从而使柴油机的热效率提升到5 0 。 f 确选择主机。涉及的面很广，这里仅从改善动力装置经济性出发，合 理选择、使用主机和匹配机桨，以提高推进效率，从而降低装置油耗。 1 ) 主机按节油点运行一利用主机减额输出 提高柴油机热效率，即降低柴油机耗油率方法之一，是设法提高气缸内 最大爆压p 与平均有效压力之间的比值。运行中一般把最大持续功率 m c r 时的p 定为额定值。减额输出时，把m c r 时的p t 值降低到某一持续 运转值作为新的额定点。此时柴油机的喷油系统、冷却系统和增压器等进行 最佳化调正使只。值维持与m c r 时相同的值。这样，提高了尸和只的比 值，从而，机的单位油耗率就比m c r 时降低1 2 0 1 。 武汉理工大学硕士学位论文 2 ) 主机选型 在以前对同一缸径及冲程的柴油机只有一个额定输出点( m c r ) 。这在 定程度上不能使某一己定船舶的螺旋桨达到最佳转速和发出所需功率，另 外，吨位差异较大的船舶，往往能供匹配的主机甚少，结果形成“船配机” 的传统性船机匹配设计。按此配合，所选主机的常用功率是否合适，经济性 是否最佳，并用此主机转速和功率所设计的螺旋桨在船体尾部型线下是否能 满足布置要求等出现了一系列问题【4 9 | 。 当今，减额输出方法的主机选型，首先应有确定的船舶类型、尺度、航 速及航线。按船舶特性，由技术设计部门估算一个必须包括海况贮各的连续 运行功率c s r 。一般船东总要求再加主机能力贮备，然后，确定主机最大 连续输出功率m c r 及其相应的转速。 从几台适用的机型中挑选最经济主机时，除考虑推进系统效率外，还应 根据具体机型( 如低、中速机) 和该主机的废热回收率，进行整个动力装置 的经济性效率计算。 根据柴油机工作原理，为提高柴油机的热效率降低柴油机燃油消耗率的 方法之一是提高气缸最高燃烧压力p m a x 和平均有效压力尸的比值。 p m 。、e 越大，柴油机指示热效率越高，燃油消耗率可降低】。如果提高p m a x 会受发动机机械负荷限制，只有降低使用负荷只来实现，所谓减额输出， 即把最高燃烧压力维持在标定功率时的最高燃烧压力，降低标定功率时的有 效压力，使二者比值增大来实现比标定功率时低的燃油消耗率对同一缸径及 行程的柴油机，在改变匹配的增压器面积、改变气缸压缩容积、并用一种可 变定时的喷油泵，使其在菜一负荷内保持其最大燃烧压力不变以形成一个降 低燃油消耗率的功率及转速的输出范围。 主机选型设计是根据设计任务书中的技术要求以及船体资料进行。它与 螺旋桨设计、推进装置设备选型等密切相关，是通过船、机、桨匹配计算分 析选定螺旋桨的参数和主机型号，在满足设计任务书要求的基础上，同时考 虑主机重量、尺寸、油耗、造价、可靠性、可维修度、使用寿命、吊缸高度、 震动等前提下，选择一套从主机到螺旋桨的推进装置，使船舶在营运中具有 最佳的经济性。由于减额输出柴油机的出现，为动力装置主机选型设计提供 了新思路，改善动力装置的经济性已成为设计成功关键之一。 武汉理j ：人学硕士学位论文 下面介绍等航速条件下“机配船”船、机、桨匹配方法的设计步骤，并 结合3 5 0 0 0 吨油船的主机选型进行论述。 2 2 1 3 主机选型的方法步骤 1 ) 计算和选定参考桨的设计的点 从船机桨匹能量传递公式：b 胁l 仇玑仉仇3 6 0 0 = 只式中：b 为主 机燃油消量，堙 ，f m 为燃油的低发热值k j 姆；玑为柴油机有效热效率： 仇轴系的传动效率；仉为桨的相对旋转效率；为桨的敞水效率：为船 身效率；p 为船舶的有效功率，k w 。 从式中，当船舶在某一航速下有效功率一定，只要使叩。提高就可选小 档功率柴油机。只要选巩高的柴油机，就可获得燃油消耗率低的主机。因 此，首先是优化螺旋桨，获得最优的螺旋桨敞水效率时的桨的主要参数，然 后确定主机的功率和转速。 2 ) 绘制等航速所需的不同转速下的常用功率曲线尸 根据船体资料及不同桨径计算等航速下的功率与转速的变化关系，根据 p = b ( h h 0 ) “计算出功率因数，通过优化参考点o ( p 。，n 。) ，作出常用功率的 等航速线。 式中：p 、h 一减额输出点的功率与转速，即通过参考点o ( p 。，n 。) 的等 航速线上任一点。 口一功率变化因数，与船体线形，阻力有关。其值可由实船阻力计算及船 模实验实测阻力换算可得。 3 ) 绘制等航速所需标定功率曲线群 根据主机、机型、航区、污修期等情况，考虑一定的储备( 海况与主机 的储备) ，绘制标定功率d