船用大功率柴油机发展综述

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1、 第一 期方案用V T R ( 或R T C 4 ) 系列渴轮增压 器， 一级 增压S T C系 统 第二期 指标P 。 为2 . 5 MP a 。 在第一期研究的 基础上提高， P为1 4 . 5 MP a , 缸内过程 根据第 一期指标的研究结果， 选定一个方案， 但 尸 ， 为2 - 5 M工， a 时， 进气阀在下止点前 0 0 关 第二期指标的方案也用一级增压S T C系统， 由于压比高一些， 可用VT R P系列涡轮增压 器， 一级压比可达 5 以上改进提高的方案应该说现实可行， 是符合我国国情的， 经过努力在较短时问内有把握 达到 。 4 . 2 研制生产 1 6 P A 6 S

2、 T C机 相继增压技术有 较多优点， 对 提高舰 船动 力装置性能有重 要意义 我国在，“ / l 五” 期间已 进 行了S T C的 理论研究， 并在1 2 P A 6 机上作了原理性试验, 1 9 9 8 年底完成了1 6 P A 6 S T C机的 研制， 单机功率5 1 8 0 k W， 油耗2 0 4 g / k W “ h , 1 9 9 9 年2 月进行了评审。 该机的研制成功， 对 P A6 机的进一步开发具有重要意义， 应抓紧完成定型， 尽早试用。 4 . 3 开展P A6 长冲程机的预研工作。 如前所述， 法国停止二级增压B T C机研制生产、 1 9 8 9 年研制成相

3、继增压 S T C机后， 迅速 获得5 6 台机的 装舰订单， 又 研制了长 冲程机， 转速1 0 5 0 2 / m i n , 冲程为3 3 0 m m, C ， 由1 0 . 1 5 增 加到 I 1 . 5 5 m/ s ， 单缸功率由 3 2 4提高到 4 0 5 k W / C Y L， 使 P A6系列机单机功率提高到 8 1 0 0 k W , 研制 1 6 P A6 S T C机， 为完善整个系列机型打下基础; 尽快开展长 冲程机的预研工作。 上接第6 9页) 柴油机行业的另一个动态是综合产品化， 如船用柴油机公司发展生产船用推进系统其它 设备， 或与船用相关设备的厂家合并

4、我国柴油机行业相对混乱， 可谓春秋战国 一方面大量引进国外先进柴油机技术和生产专 利， 而消化吸收太慢， 依赖性太强; 另一方面. 有些国外同一牌子甚至同一机型， 国内多家厂家 引进生产， 容易在市场上形成无序竞争。 两方面的结果是， 资源大大浪费， 柴油机水平相对国外 越拉越大。因此拙文认为， 业内人士对我国柴油机的发展策略有必要首先进行论证。 5参考文献 1 B . Wad.- 1 9 5 3 9 MW o f Ma r i n e D i c s e l P o w e r . D i e s e l 而数量最多的是功率在 0 . 5 - B M W之间的高速机， 占总数的大部分。 从燃

5、料类型看， 3 . 5 M W功率以下的绝大部分是轻柴油机， 重油机主要集中在 3 . 5 MW 以 上 。 从区域分布看， 机械推进荣油机在西欧和远东的销量最大， 可见这二个地区是世界主要造 船大户。北美地区主要集中在2 . O MW 以下的柴油机， 且占据较大的市场， 这是由于美国燃气 一66 一 轮机工业的飞速发展， 及其在船舶主机大力推广的结果。 22 电力推进柴油机主机 电力推进柴油主机1 9 9 8 年的销量达到 3 10 台， 输出总功率 1 5 9 2 Mw( 见表 2)， 1 9 9 7 年的 量是2 4 3 台g 6 o MW。 表 2 1 9 9 8 年电力推进柴油主机市

6、场分布情况 功率档 ( M W 少呱 输出 功 不 M W 转 速 范 围 ( r / rn in )燃料类型西 欧 靛 霭 牢 轰一 远 东 嘟 非 洲 1 北 美 霭 羹 3 ; 肪嗽石吕 罗 柴孚 由 重油 一 0 . 5一 1 064 一 J - F 一 一 L 6 6 1 . 0 2 . 05 lS 8 49 2 一 1 少 ，. 1 0-3 53 3 一一 一一 一 1 0 2 0 3 54 8 1 25 3 。 1 。 3 9 g 2 ， 6一4 9 3 5 一 5. 08 03 5 2 1 806 9一1 16 0 3 5 l 2 5 0 7 . 5 8 05 5 32 81

7、52魂 了 3 33 3 一! 一 八 不 3 6 7 ， 5以 上 4 5 ; 7 5 3 3 上1 2 6 3 。 4 5 合 计3 1 0 1 5 o 76 l 2 371 22 0 8 1 0 : : 0 2 “ 1 4 2 04 。 、 。 从转速分布看， 电力推进柴油主机绝大部分采用中速机， 其次是超大功率的低速机。其中 中速机的比例继续提高， 而高速机则进一步 F 降。燃料类型上， 柴油机约为重油机的二倍。 从区域分布值可见， 西欧仍然保持巨大的电力推进船市场 其次是北美。 2 . 3 船用电站柴油机 船用电站大功率柴油机 1 9 9 R 年销售 2 2 8 5 台， 输出总功率

8、为2 5 7 5 MW， 见表3 。 表 3 船用电站大功率柴油机分布情况 东亚 中中 欧国 东俄 功 率 档 ( M W ) 臀 纂 转速范围 r 厂 mi n ) 燃料类型西 欧 东南亚 非洲 了 澳洲 北 美 害 羹 妇一比11一6 即一4 0 5 1 。 0一军 菩 级 典 黔 重 油 翼 _4 _ 8 1 1 5 1 三 衬飞 百 3 8 1 3 I 3 . 5 5 . 0 1 5 峨 ( 5 0 7 2 1 2 2 5 输 出 功 率 M W 1 1 9 0 7 3 0 5 5 7 9 3 5 ， 6 2 5 7 5 氢 带 蒸 吕 8 q 里 士 合 计 2 2 8 5 1 3

9、1 6 4 0 ;6 3 2 9 6 0 I J Z 引 7 0 0 1 1 8( 1 8 6 远 东 83 7 1 6 0 9 7 1 0 9 4 4 411 1 7 6 5 6 船用电站柴油机以7 2 0 1 00o r / m认 、 的中速机为主， 主要集中在3 . S Mw 以下的中大功率 机器。燃料类型上， 重油机要多于柴油机一区域分布情况与主机市场相对应， 主要集中在西欧 和远东 与1 9 9 7 年相比， 。 . 5 一I MW 级功率的机器有较大增加， 高速机的比例上升。相反， 3 . 5 一 S MW 的大型柴油机及低速机则减少。柴油机的相对比例有所提高。西欧和中东地区增长最

10、 快， 远东有较大幅度下降， 南美所占份额很小， 但上升速度很快。 1 9 9 8年船用大功率柴油机共销售 6 9 0 8台， 输出总功率达 1 9 5 3 9 MW， 它占据了船舶动力 的主要市场 3 国内船用柴油机使用量 9 9 8 年， 国内船用大功率柴油机的使用员为8 4 8台 输出总功率 9 88MW， 1 9 9 7 年的值为 822 台， 8 56. S Mw。可见， 尽管去年我国造船 业受到亚洲金融危机及人民币不贬值的强烈冲 一67 一 击， 船用 柴油机仍保持发展 势头。 随着东亚 地区 经济复苏， 我国柴油 机竹业前景看好。 4 船用 大功 率柴油机发展 分析 4 . 3

11、市场发展 4 . 1 . 1 船用主机 由 于燃气轮机制造技术 仅为少数匡 ，家如美、 英、 俄等所拥有， 特别1惫 燃气轮机的经 济性( 油 耗) 比柴油机要差， 它主要用于对体积、 重量要求较高的舰艇上， 因此船用主机 在较长一段时间 内仍以柴油机为主。 船用主机从数量上仍然以高速机为最多、 低速机次之; 输出总功率低速机占大部分， 高速 机次之。 预计， 高速机的总体比例将进一步提高， 并且由于高速机的平均有效压力不断提高， 单 机功率越来越大， 因 此有 越来 越多的高 速机型号 进入大功率行列， 而低速机的数量 和总功率都 将相对减少。 电力推进具有提高主机运行效率， 提高经济性;

12、模块化设计， 易于安装布置; 维修性好等优 点。 随着交流传动技术、 电力电子器件、 计算机控制技术的发展， 电力推进已经为民用船舶以及 军用舰船采用， 并将以较快的速度推广。因此， 电力推进柴油主机的比例将逐渐增大。 4 . 1 . 2 船用电 站柴油机 船用电 站柴油机从1 9 9 2 年开始， 无 论是销售台数还是输出总 功率都一直保持增长， 七年 的发展情况见图 t o 一 3日nn 一 1爵 爵 万 ;_一 巨 r e ,a n s ; . 刚硼刚刚咖5D0。 翻们娜邪 辅机的发展与主机基本相对应， 但前 者增长比 后者要快， 尤 其是输出总 功率。 另 一方面， 随着柴油机低负荷性

13、能的不断改 善， 原来由多台中小功率机组组成的电站 可能被数量减少的大功率柴油机组取代 4 . 2 技术 进展及 行业发展趋势 柴油机经过 1 0 0多年的发展， 已经非 常成熟， 其技术状态和各种性能指标儿乎 到了无可挑剔的地步。为了保持柴油机在 动力市场的强大优势， 行业人士在结构设 计和性能研究方面仍在不断探索， 尤其 是 将电子技术应用到柴油机的控制中来， 使 得柴油机在性能和排放方面能满足越来 一 越 苛刻的要求。 4 . 2 . 1 电 子控制 和燃油 共轨技术 图 1 船用副机销售发展图 燃油喷射系统的电子控制从小型柴油机、 车用内燃机开始， 已经得到越来越广泛的使用， 如M T

14、 l 3 高速机、 A l l e n 中速机、 W a r t s il a N S D 低速机。 它的最大特点是喷油量和 供油定时通 过电磁阀的开关来实现， 即通过软件来控制， 易于优化。 共轨喷射系统是将烘油的高压 产生与 喷油定时、 定量 分开， 燃油压力、 供油时间及多少由 电子装置精确控制， 提高喷油性能 有效地改善排放指标。燃油共轨系统使电子控制喷油技术 达到新的高度。MT U/ D D C 4 0 0 。系列柴油机已成功采用这一技术。另外， Wa r t s i l a N S D在大 型的R T X - 3 机上试验燃油共轨技术 初步结果表明， 它能有效控制燃烧过程， 改善排

15、放。 一6 8 一 4 . 2 . 2 降低排放技术 随着人类对环保的口益贡视， 西方国家首先对柴油机这种主要动力机械提出了严格的排 放要求 国际海事协会( I MO) 将在2 0 0 0 年对船用柴油机提出新的排放要求) ， 随之， 柴油机的 排放水平成了主要的性能指标 一、 排气前技术 前文所提的电子喷油控制技术是一个重要的发展方向 加水燃烧是另一个比较活跃的技术S E Mf做了进气加湿试验， 结果表明， 柴油机的性能 不受影响， 而排放效果却得 到明 显改善。 M i t s u b i s h i 在 三台U E柴 油机采用直 接喷 水燃烧来降 低N Ox排放， 目前已成功运行了三年多

16、。MT U则在一台8 V 3 9 6 “C E 1 3 4机上试验水荃柴油， 不 仅排放降低， 而且燃烧温度下 降 排 气道各 零部件 的热负荷减小 至于水基柴油， 我国 哈尔 滨工 业大学已研制成功， 有待推广使用 对于双燃料机， 有些公司如C o o p e r 和Wa r t s i l a N S D则采用预燃室式或预喷油技术， 因为 预燃式内 燃机比直 喷式的H C , N O x 排放要 低得多 : 1 二、 排气后处理技术 排气后处理技术在陆用机特别是重油机、 双燃料机广泛使用， 主要有排气微粒捕集器、 降 低C O和 H C的氧化催化转化器及选择还原催化转化器。 而在船用方面， 排气后处理技术属刚 刚起步， 应用对象是低速大功率柴油机 如Mi t s u b i s h i 的 U E机。 4 . 2 . 3 相继增压技术 相继增压( S r c ) 是提高柴油主机低负荷性能的