船舶柴油机研究现状进展非常好课件

船舶柴油机研究进展主讲：制作：主要内容概述以及现状新型船用柴油机的研发目的技术创新要点未来性能指标对航运业的影响

概述以及现状

柴油机具有热效率高，功率范围广，起动迅速，安全可靠和寿命长等优点，因而得到极广泛的应用，特别在船舶方面。柴油机作为推动船舶航行的主机和发电用辅机在船舶动力中占有统治地位，它是船舶的心脏。目前，大型柴油机单机功率已达4.4万千瓦以上，满足了大型民用船舶及大型水面舰艇的动力需要。可分为低速、中速、高速柴油机。目前，MAN和Wärtsilä(瓦锡兰)是全球船用柴油机两大品牌，其中MAN是船用低速机龙头，瓦锡兰是船用中速机龙头。优点1、经济性较高，耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多，高速机比中、低速机耗油多。这一优点使柴油机船的续航力大大提高，换句话说，一定续航力下所需之燃油贮备量较少。2、重量轻，柴油机动力装置中除主机和传动机组外，不需要主锅炉、燃烧器以及工质输送管道等，所以辅助机械设备相应较少，布置简单，因此单位重量指标较小。3、具有良好的机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速，一般正常启动到全负荷只需10～30min，紧急时需3～10min。虽然比燃气轮机装置差些，但它不需要像燃气轮机装置那样一套复杂的启动和倒车设备。柴油机装置停车只需2～5min，主机本身停机只需几秒钟即可。

缺点1、由于柴油机的尺寸和重量按功率比例增长快，因此单机组功率受到限制，一般来说低速机的功率比中、高速机的功率大。这使得柴油机动力装置无法在大功率舰船上使用。2、柴油机工作中的噪声、振动较大。这是一个重要问题。作为舰艇不希望动力源会有大的振动，同时震动大的话也使问题出现的机率增大。3、中高速柴油机的运动部件磨损较厉害，高速强载柴油机的整机寿命仅1000～2000h。4、柴油机在低转速时稳定性差，因此不能有较小的最低稳定转速，影响船舶的低速航行性能。5、柴油机的过载能力也较差，在超负荷10%时，一般仅能运行1h。新型船用柴油机的研发目的1.大大降低船用柴油机有害气体和颗粒的排放量。2.提高柴油机的工作效率，降低燃油消耗，同时，降低CO2的排放量。3.增大柴油机动力装置的可靠性。问题随着航运业和船舶制造业的迅速发展，柴油机的有害排放越来越引起人们的关注，柴油机的排放物对大气环境和人体健康带来了很大的危害，国际上对船舶柴油机的排放越来越严格。以NOx为例，国际海事组织对NOx做出了更严格的规定危害1、一氧化碳的生成及危害：缺氧或者混合不均匀会导致一氧化碳的生成。一氧化碳与血红蛋白的结合，不仅降低了血球携带氧的能力，严重者则可能危及人的生命。2、氮氧化合物的危害：酸雨的主要来源之一，污染环境。3、氢氧化物的生成与危害：氢氧化物的生成主要是喷射的柴油与空气混合不均匀燃烧产生的。氢氧化合物包含未燃烧和未完全燃烧的燃油燃油中含有的一些烃类会对人有所损伤。减排措施总体上可以分为3类：改善燃烧环境、改变燃油品质和排气后处理，具体减排技术包括：1、推迟喷油提前角。可以有效地减低氮氧化合物的排放。推迟喷油提前角的主要作用是使燃烧温度降低。2、柴油机的加水燃烧

采用了加水燃烧方法来降低NOX含量。二冲程柴油机采用直接喷水的方法，由电磁阀控制喷水；四冲程柴油机采用水蒸发使增压空气加湿方法，提高扫气湿度，实验表明增压空气中的含水量为6％时，

NOX排放量大约降低40％。

3、SCR技术节能减排SCR是安装在柴油机之外的一种设备。SCR消耗一定量的尿素，但是可以降低85%—95%的氮氧化合物的排放。

废气再循环是降低排放的第二种方法。柴油机排出的部分燃气（约为排气总量的15％）经过洗涤器、海水冷却器、淡水冷却器进入扫气箱，与增压空气混合后进入气缸燃烧。采用此方法在主机满负荷时NOX的排放量可降低60％。4、废气再循环(EGR)5、废气后处理在主机废气进入大气之前装配了等离子洗涤装置，由水泵将中和剂加压送至两套喷头向排出废气喷射，进行两级洗涤。

其他技术创新1.多级智能增压采用二级废气涡轮增压装置。电动增压装置(可逆)在增压空气压力较低时，作为电动机驱动压气机对空气进行增压；在增压空气压力较高（废气能量过剩），作为发电机向电网供电。压气机端空气流通面积将随主机的工况不同而变化。2.废热利用及电力推进综合装置有一套由主机废气驱动的燃气轮机装置和一套由锅炉蒸汽驱动的蒸汽轮机装置，它们共同驱动一台发电机向相对独立的电网供电。在主机的驱动轴上安装了一台大型电机，它既可作为驱动电动机，也可作为轴带发电机。在主机运行时，废热能量可通过独立电网驱动此电机向螺旋桨提供能量。当柴油发电机组有故障时，此电机将作为轴带发电机向电网供电。3、低摩擦材料和自适应减震器新型柴油机的轴承、气缸套、活塞环等使用特殊的材料和利用特殊的结构设计来降低摩擦阻力；例如，使用低摩擦的非金属轴承材料一项就可将柴油机的摩擦损失减少10％。

采用自适应的减震器来降低柴油机的震动。降低磨损、提高可靠性和工作效率4.柴油机综合智能控制系统综合智能控制系统采用了高级控制算法对多级智能增压系统、废热利用及电力推进综合装置、废气再循环系统、加水燃烧装置、自适应的减震器、燃油共轨喷射系统等实施全面的智能控制。控制算法：神经网络－强大的学习功能网络结构：CAN现场总线－可靠性高、传输速度快四、未来性能指标

下表是2020年新型实船柴油机主要指标计划达到的目标,它是与目前最佳性能和最高标准的船用柴油机指标相比的。

五、新型船用柴油机对航运