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船舶柴油机发展趋势
0引言
柴油机因其功率范畴大、效率高、能耗低、使用修理方便而优于蒸汽
机、燃气轮机等,在民用船舶和中小型舰艇推进装置中确立了主导地
位。船用柴油机的整体结构及其零部件结构不断改进,专门是电子技
术、自动操纵技术在柴油机上的应用,使其各项技术指标不断创新,
市场上已有一批性能好、油耗低、功率范畴大、废气排放符合法定标
准、可靠性高的产品。
柴油机相对汽油机的最大优点在于高压缩比。这使最大功率、热效率
提高,油耗降低;发动机牢固、耐用,寿命变长。但柴油机缺点在于
比功率低于汽油机,对空气利用率低,摩擦缺失大。
1低速柴油机
低速柴油机由于性能优良、可靠性好、使用爱护方便、能燃用劣质燃
油等优点,已成为大型油船、大型干散货船、大型集装箱船的要紧动
力。最新型低速柴油机在许多方面趋于一致。即结构方面,采纳非冷
却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、
单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器;性能方面,平均有效
压力不断提高,增加活塞平均速度,改进零部件结构,增加强度,保
持原有的低燃油消耗水平,使单缸功率不断增大,使用寿命延长。电
子液压操纵系统取代传统的机械式的凸轮驱动机构,简化柴油机设
计,降低成本,优化运行操纵。近年来,其爆发压力从8MPa上升到
16MPa,燃油消耗率从208g/(kw·h)降至155g/(kw·h)左右。
目前世界船用低速柴油机市场仍被MANBW、Wartsila-NewSulzer
和日本三菱重工三大公司垄断,以生产总功率来说,分别约占57%、
33%和10%。
MANBW公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸
功率。为使MC系列柴油机的NOx排放量降低,采纳提高压缩比和可
导致平稳燃烧的喷射系统等措施。
为了在减少NOx排放时不阻碍燃油消耗率,在设计时应考虑采纳增加
喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器效率等措施。MANBW6L60MC
型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机,其燃油喷
射和排气阀操纵均通过电子运算机完成,达到了低油耗、NOx低排放
的目标。
Wartsila-NewSulzer公司通过重组后,在开发、设计和制造能力方
面突然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发,至
今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度,探
究达到更大功率的可能性。
通过增大行程/缸径比,探究提高推进效率的方法;通过提高最大燃
烧压力和可变燃油正时、排气正时,挖掘柴油机热效率潜力;采纳新
材料,改进零部件的设计,随负荷操纵气缸冷却水和气缸润滑油,以
求提高零部件的工作可靠性,增加柴油机的使用寿命;通过电子操纵
技术,达到柴油机运行的智能化。该公司研制的12RTA96C柴油机是
目前世界上实际输出功率最大的柴油机。
随着世界造船重心转向日本和韩国,近年来日、韩两国的低速柴油机
产量已超过世界产量的2/3,其中韩国低速柴油机年产量为735万
kW,并呈进一步上升的趋势。从产品市场占有率来看,在以低速柴油
机为推进动力的2000t以上的船舶上,MANBW公司和Wartsila-New
Sulzer公司的低速柴油机产品占世界份额的90%以上,缸径260~
960mm,功率1600~75800kW。日本三菱重工(UEC)的份额近10%,
但要紧装备在本国船舶上。
近年来,MANBW公司通过向日本、韩国、中国的柴油机生产厂转让
生产许可证,得到迅速进展。2001年至2004年,该公司已生产的或
已订货的低速柴油机已达到1080台,其中日本制造的占44%,韩国
占43%,中国占13%。
2中速柴油机
中速柴油机大多为四冲程,其体积小,重量轻,制动快,比低速机更
适合船舶使用。大功率中速机要紧用于客运班轮、作业船、滚装船等。
近年来,中速机在开发大缸径、提高整机功率方面做了大量工作,并
在燃用劣质燃油、降低油耗、提高零部件的可靠性、提高使用寿命及
高增压等方面取得显著成效。世界上生产中速机的知名大公司有MAN
BW、Wartsila-NewSulzer、Mark、Pielstick以及日本大发等。最
新资料说明,其进展趋势为:不断开发新机型,拓宽功率范畴,提高
市场竞争力;调整燃油喷射、雾化过程,采纳高压喷射的燃油系统;
改进增压系统;改进排气阀的驱动方式,调剂排气正时;增装空气中
间冷却器,加强水冷却系统的冷却能力,降低零部件
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