船用柴油机的现状和发展趋势

1、船用柴油机的现状和发展趋势Vo1.3lNo.620l1.6船电技术l应用研究船用柴油机的现状和发展趋势邱俊(92060部队,闫晓伟辽宁116041)摘要:本文从船用柴油机的市场,产品,技术等方面,分析对比了国内外船舶大功率柴油机的现状及存在的差距,指出降低排放和降低耗油率是今后发展的主要趋势.关键词:舰用柴油机发展减排中图分类号:U664.121文献标识码:A文章编号:10034862(2011)060049.02TheStatusandFutureofMarineDieselEngineQiuJun,Yanxiaowei(Unit92060,Liaoning116041,China)Abst

2、ract:/nthispaper,thestatusanddifferenceofhighpowermarinedieselenginesbetweenhomeandabroadarediscussedfromtheaspectsofmarketing,productionandtechnology,anddevelopmenttendencyofmarinedieselengineistoreduceexhaustemissionandoilconsumingrate.Keywords:marinedieselenginedevelopment;emissionreduction1引言船舶工

3、业是为国防建设,船运交通和海洋开发提供主要装备的战略性产业.今年19月,全国规模以上船舶企业完成工业总产值4860亿元,同比增长24.2%,柴油机主机市场就达到500亿元左右.船用柴油机(包括主机和辅机)的销售额大致占船舶总销售额的20%,其中船用柴油机主机被称作船舶"心脏",是船舶最主要的配套设备,应用于船舶推进动力装置和船舶电站,在船舶总成本中各占10%15%和3%5%uJ.柴油机因其功率范围大,效率高,能耗低,使用维修方便而优于蒸汽机,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.因此,船用柴油机制造业的发展,与我国船舶工业的发展直接相关,和我国国民经济

4、的发展和国防建设紧密联系.不过,我国柴油机产能的增幅和造船业并不匹配,柴油机性能指标与国外发达国家生产的柴油机技术水平相比还有较大的差距.目前我国柴收稿日期:201O-1222作者简介:邱俊(1972.),男,助理工程师,研究方向:柴油机研制.油机国产自给率不到50%,超过一半需要进口.2009年国家提出的船舶工业调整和振兴规划细则指出,2011年三大主流船型本土生产的船舶设各的装船率达到65%以上,船用低速柴油机,中速柴油机,甲板机械等设备的国内市场满足率达到80%以上.这为国内柴油机产业的发展提供了契机.2国内外船用柴油机的现状2.1低速船用柴油机目前世界船用低速柴油机市场仍被德国MANB

5、&W,WartsilaNewSulzer和日本三菱重工三大公司垄断,它们的产量之和平均都在总功率的85%以上.国外大功率低速柴油机的机型大都是二冲程,单气门直流扫气,定压增压,长行程,高压缩比的十字头式机.当前,低速二冲程柴油机的平均有效压力为1.901.95MPa,最高燃烧压力1515.5MPa,燃油耗率165171g/kWh,单缸功率达到6950kW,大修期达28000h以上.近几年,国产船用主机生产已有较快发展,沪东重机,大柴等企业已进入世界十大造机企业行列.有些新机型,如大连船用柴油机厂的MANB&W7S60MCC,沪东重机的MANB&w

6、49船电技术J应用研究Vo1.3iNo.62011.66K80MCC,7S80MC和宜昌船舶柴油机厂的SulzerRT-flex58T-B智能型船用低速大功率柴油机等,均代表了当代国际先进水平,并填补了国内空白,无论在国内还是在国际市场上都具有很强的竞争力.2.2中速船用柴油机国外着名的中速柴油机制造厂家主要有德国MANB&w,芬兰Wartsila,德国MTU,美国Cateillar,韩国Hyundai,日本洋马,大发等公司.这些公司的中速柴油机都形成了系列化,缸径一般为160一一280mm,气缸数为5-9缸,单缸功率在10300kW之间.国外大功率中速柴油机绝大部分是四冲程机

7、,转速3751150r/min,平均有效压力为2.43.0MPa,最高燃烧压力1621MPa,最高喷油压力160180MPa,燃油耗率I70180g/(kW.h1,单缸功率2010kW,大修期为18,00024.000h,可满足大中型船舶的辅机,中小型船舶的主机以及陆用电站的市场需求.我国船舶中速柴油机通过技术合作,专利或许可证引进及自主开发研制,在国内已经形成了一定的生产能力.但是,由于我国中速机生产企业较多,有:陕西柴油机厂,镇江船用柴油机厂,安庆船用柴油机厂,重庆长江柴油机厂,新中动力机厂,沪东重机股份公司等.产品系列繁多,缸径分布密集(16o400ram),功能较单一,国产中速机技术水

8、平落后,仅用于渔船,内河航行船舶等,进不了主流市场.我国制造的远洋船舶上配套的中速机70%直接购买国外进口原装机,其余30%几乎都是国外许可证技术制造的产品,技术依赖于国外,没有自主知识产权.2_3大功率高速船用柴油机船用高速柴油机一直被MTU,Deutz,MwM,SACM,Pielstick,Ruston和Paxman等几大公司占有,其产品均为V型,四冲程,缸数1220,转速12001800r/min,平均有效压力2.03.2MPa,活塞速度10.513m/s,最大爆发压力l518MPa,燃油消耗率198210g/(kW.h).目前,各制造商在材料选择,设计结构,优化系统,试验研究和加工制造

9、等方面做了许多工作,并取得了显着进步,其发展趋势大致为:采用系列化设计,并通过变型满足多用途需要;不断开发新型的大功率高速柴油机,适应船舶市场的供需变化;严格整机的耐久试验,提高工作的可靠性;提高强化系数,提高柴油机使用的经济性;采用各种不50同的喷射装置或喷射方式,完善燃烧过程,降低NO的排放量,适应目益严格的环保要求.特别是德国MTU公司开发的595系列,2000系列,4000系列以及最新的8000系列,代表着高速柴油机的发展方向.大功率高速柴油机一直是我国的薄弱环节,我国自行设计的有18o(重1系列和V190B系列两种.目前它们正向两个方向发展:一是开发直列6缸机,如6180ZC和619

10、0ZC,用于大功率渔船主机;二是进一步强化180系列用于机车牵引,190B系列主要用于石油系统.3船用柴油机的发展方向3.1IMO环保法规催生柴油机重大技术变革国际海事组织0MO)决定从2011年1月1日起实施IMOTierII排放法规L2J.与IMOTieI相比,IMOTierII排放法规氮氧化合物(no)降低20%,IMOTierIII排放法规降低80%.未来船舶柴油机面临着既要降低排放,又要降低耗油率的双重挑战,通常这两项指标互相制约.3.2燃烧与排放控制技术目前,国外各大船舶柴油机研发机构和公司纷纷开展燃烧与排放控制技术研究,来降低排放和燃油消耗.其中高压共轨燃油喷射技术【3,高增压技

11、术,高效燃烧技术和电子控制技术等作为燃烧与排放控制技术的重要技术,得到了广泛研究和应用.此外,通过开展大功率柴油机喷水燃烧,废气再循环(EGR)等排放控制技术研究进一步满足对环境保护未来更加严格的要求.柴油机机外附加措施可以有效降低NO的效果,目前用得比较多的是选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction,简称SCR)技术J,它可以有效地减少85%90%的NO排放量,催化元件使用寿命在3-5年.由于催化剂的容积约为柴油机气缸容积的2倍,体积较大,目前在固定电站已有应用实例,但还不适宜船用.3.3代用燃料和多燃料发动机大功率柴油机动力的燃料将向多元化发展,可使用重油,渣

12、油和各种清洁燃料等.对于LNG,LPG等燃料运输船已开发成功可方便利用所运输的燃料的单燃料或双燃料气体发动机.表1为不加排气处理装置时气体发动机与柴油机要排放物的比较.由表1可见,使用气体发动机其排放指(下转第59页)Vo1.31No.62011.6船电技术I应用研究电,然后利用数字万用表测得当该模块以最大功率运行时的电流为35mA,降低nRF905的灵敏度则可以使电流减小到15mA以下.若采用4节1.2V,2500mAh的镍氢充电电池串联起来供电,则该模块最少可以连续工作70多个小时,多则可以连续工作170个小时.6结束语采用系统主控单元与手持无线终端相结合的设计思想,应用低功率短距离无线通

13、信技术实现了模块间的无线通信,设计并实现了一个基于nRF905的无线通信系统,并且通过自适应跳频技术有效地抵制了外部干扰.经调试,运行结果表明系统整体设计合理,性能可靠.参考文献:1】张启君.中国工程起重机市场回顾及前景展望J】_交通世界,2006(1):62652】CliffSchexnayder.CraneaccidentsJ.PracticePeriodicalonStructuralDesignandConstruction.2003(5):6773.3黄晓铮,吴惠明.长盛不衰的51系列单片机J.计算机技术与应用,2001(6):3437.4居水荣.单片机及其发展趋势J】.半导体情报,

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16、is.Antennatheory:analysisanddesignM.Hoboken,NJ:WileyInterscience,2005.14】NordicVLSIASA.SimplefrequencyhoppingwiththenRF9E5andnRF24ElEB/OL.http:/www.nordicsemi.no,2004.(上接第5O页)标优于柴油机,尤其是NO和SO2的排放.严格限制船舶废气含硫氧化物(so)和NO的排放,是当代船用柴油机制造技术发展主要趋势.表1气体机与柴油机的主要排放物范围比较船舶配套业特别是船舶柴油机方面的差距还很大,必须加强船用柴油机科研开发投入,加大技术创新的力度,逐步形成一批具有自主知识产权的船舶柴油机动力装置产品,自主创新研发中国品牌的船用中速柴油机,才能早日实现造船大国和造船强国的目标.参考文献:【1吴金源,王德银,沈忆闽等.船用柴油机产业发展4结束语2】当前,我国船舶工业发展进入了全面建设世3界造船强国的新阶段,船