船舶柴油機研究進展主講：制作：主要內容概述以及現狀新型船用柴油機的研發(fā)目的技術創(chuàng)新要點未來性能指標對航運業(yè)的影響

概述以及現狀

柴油機具有熱效率高，功率范圍廣，起動迅速，安全可靠和壽命長等優(yōu)點，因而得到極廣泛的應用，特別在船舶方面。柴油機作為推動船舶航行的主機和發(fā)電用輔機在船舶動力中占有統治地位，它是船舶的心臟。目前，大型柴油機單機功率已達4.4萬千瓦以上，滿足了大型民用船舶及大型水面艦艇的動力需要?？煞譃榈退?、中速、高速柴油機。目前，MAN和W?rtsil?(瓦錫蘭)是全球船用柴油機兩大品牌，其中MAN是船用低速機龍頭，瓦錫蘭是船用中速機龍頭。優(yōu)點1、經濟性較高，耗油率比蒸汽、燃氣動力裝置低得多，高速機比中、低速機耗油多。這一優(yōu)點使柴油機船的續(xù)航力大大提高，換句話說，一定續(xù)航力下所需之燃油貯備量較少。2、重量輕，柴油機動力裝置中除主機和傳動機組外，不需要主鍋爐、燃燒器以及工質輸送管道等，所以輔助機械設備相應較少，布置簡單，因此單位重量指標較小。3、具有良好的機動性，操作簡單，啟動方便，正倒車迅速，一般正常啟動到全負荷只需10～30min，緊急時需3～10min。雖然比燃氣輪機裝置差些，但它不需要像燃氣輪機裝置那樣一套復雜的啟動和倒車設備。柴油機裝置停車只需2～5min，主機本身停機只需幾秒鐘即可。

缺點1、由于柴油機的尺寸和重量按功率比例增長快，因此單機組功率受到限制，一般來說低速機的功率比中、高速機的功率大。這使得柴油機動力裝置無法在大功率艦船上使用。2、柴油機工作中的噪聲、振動較大。這是一個重要問題。作為艦艇不希望動力源會有大的振動，同時震動大的話也使問題出現的機率增大。3、中高速柴油機的運動部件磨損較厲害，高速強載柴油機的整機壽命僅1000～2000h。4、柴油機在低轉速時穩(wěn)定性差，因此不能有較小的最低穩(wěn)定轉速，影響船舶的低速航行性能。5、柴油機的過載能力也較差，在超負荷10%時，一般僅能運行1h。新型船用柴油機的研發(fā)目的1.大大降低船用柴油機有害氣體和顆粒的排放量。2.提高柴油機的工作效率，降低燃油消耗，同時，降低CO2的排放量。3.增大柴油機動力裝置的可靠性。問題隨著航運業(yè)和船舶制造業(yè)的迅速發(fā)展，柴油機的有害排放越來越引起人們的關注，柴油機的排放物對大氣環(huán)境和人體健康帶來了很大的危害，國際上對船舶柴油機的排放越來越嚴格。以NOx為例，國際海事組織對NOx做出了更嚴格的規(guī)定危害1、一氧化碳的生成及危害：缺氧或者混合不均勻會導致一氧化碳的生成。一氧化碳與血紅蛋白的結合，不僅降低了血球攜帶氧的能力，嚴重者則可能危及人的生命。2、氮氧化合物的危害：酸雨的主要來源之一，污染環(huán)境。3、氫氧化物的生成與危害：氫氧化物的生成主要是噴射的柴油與空氣混合不均勻燃燒產生的。氫氧化合物包含未燃燒和未完全燃燒的燃油燃油中含有的一些烴類會對人有所損傷。減排措施總體上可以分為3類：改善燃燒環(huán)境、改變燃油品質和排氣后處理，具體減排技術包括：1、推遲噴油提前角。可以有效地減低氮氧化合物的排放。推遲噴油提前角的主要作用是使燃燒溫度降低。2、柴油機的加水燃燒

采用了加水燃燒方法來降低NOX含量。二沖程柴油機采用直接噴水的方法，由電磁閥控制噴水；四沖程柴油機采用水蒸發(fā)使增壓空氣加濕方法，提高掃氣濕度，實驗表明增壓空氣中的含水量為6％時，

NOX排放量大約降低40％。

3、SCR技術節(jié)能減排SCR是安裝在柴油機之外的一種設備。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。

廢氣再循環(huán)是降低排放的第二種方法。柴油機排出的部分燃氣（約為排氣總量的15％）經過洗滌器、海水冷卻器、淡水冷卻器進入掃氣箱，與增壓空氣混合后進入氣缸燃燒。采用此方法在主機滿負荷時NOX的排放量可降低60％。4、廢氣再循環(huán)(EGR)5、廢氣后處理在主機廢氣進入大氣之前裝配了等離子洗滌裝置，由水泵將中和劑加壓送至兩套噴頭向排出廢氣噴射，進行兩級洗滌。

其他技術創(chuàng)新1.多級智能增壓采用二級廢氣渦輪增壓裝置。電動增壓裝置(可逆)在增壓空氣壓力較低時，作為電動機驅動壓氣機對空氣進行增壓；在增壓空氣壓力較高（廢氣能量過剩），作為發(fā)電機向電網供電。壓氣機端空氣流通面積將隨主機的工況不同而變化。2.廢熱利用及電力推進綜合裝置有一套由主機廢氣驅動的燃氣輪機裝置和一套由鍋爐蒸汽驅動的蒸汽輪機裝置，它們共同驅動一臺發(fā)電機向相對獨立的電網供電。在主機的驅動軸上安裝了一臺大型電機，它既可作為驅動電動機，也可作為軸帶發(fā)電機。在主機運行時，廢熱能量可通過獨立電網驅動此電機向螺旋槳提供能量。當柴油發(fā)電機組有故障時，此電機將作為軸帶發(fā)電機向電網供電。3、低摩擦材料和自適應減震器新型柴油機的軸承、氣缸套、活塞環(huán)等使用特殊的材料和利用特殊的結構設計來降低摩擦阻力；例如，使用低摩擦的非金屬軸承材料一項就可將柴油機的摩擦損失減少10％。

采用自適應的減震器來降低柴油機的震動。降低磨損、提高可靠性和工作效率4.柴油機綜合智能控制系統綜合智能控制系統采用了高級控制算法對多級智能增壓系統、廢熱利用及電力推進綜合裝置、廢氣再循環(huán)系統、加水燃燒裝置、自適應的減震器、燃油共軌噴射系統等實施全面的智能控制。控制算法：神經網絡－強大的學習功能網絡結構：CAN現場總線－可靠性高、傳輸速度快四、未來性能指標

下表是2020年新型實船柴油機主要指標計劃達到的目標,它是與目前最佳性能和最高標準的船用柴油機指標相比的。

五、新型船用柴油機對航運