探讨船用柴油推进主机的发展趋势.docx

探讨船用柴油推进主机的发展趋势[摘要]柴油机仍然是船舶的主要推进动力主机，通过实例对比，说明在未来的船舶上使用大缸径中速柴油机比传统的低速柴油机具有优越性，是未来船舶主机的发展趋势。[关键词]柴油机中速发展趋势精明的船主都很讲求营运的经济性，而这种经济性往往取决于船舶动力装置运行的经济性即消耗电能、蒸汽和燃油多少。实践证明，采用大缸径中速柴油机作为推进动力比低速柴油机有更多的优越性，特别是能给营运经济性带来显著好处。本文以芬兰瓦特西拉Vasa46型中速柴油机为例比较低速柴油机和中速柴油机的各个方面的性能，其主要技术参数为：输出功率单缸905KW；转速450~500r/min；缸径460mm；行程580mm;汽缸排列方式直列4、6、8与9缸；V型12、16与18缸。该主机配备了热气回收装置与动力涡轮机，提高了主机效率；利用两台速率马达与联合辅助功能元件，将电能消耗降低到最低限度；将重燃油舱设置在机场附近，而不设置在船艏，减少了蒸汽消耗；用油火锅炉焚烧废气和废物，降低了燃油总消耗等先进措施。现比较如下：一、对螺旋桨的影响民用船舶习惯使用低速柴油机，其典型的转速范围是88~105r/min，这样就限制了螺旋桨的直径大小。而采用中速柴油机，依靠减速齿轮驱动螺旋桨则可避免主机造成的这种限制，使螺旋桨直径达到最优化，从而获得了低于70r/min的最佳转速。将直径是6.9m与直径8.3m的两只螺旋桨所消耗的推进功率相比较，结果发现。转速一定时，直径较大的螺旋桨的推进功率节省了8%。二、精配合安装与传统安装方式比较将动力装置的传统安装方式与现代的精配合（NFP）作比较，我们发现采用精配合安装可以缩短机舱长度，从而增大了船舶装载能力。这种安装方式不仅可以减少船厂内装配量，而且提供了较为宽敞易于维修的通道。但是，采用精配合安装的缺点是推进主机装置费用昂贵一些，重量大一些。三、主机基座的比较主机一旦选定，其钢结构基座的重量就能算出来。中速柴油机与低速柴油机所需要的基座大不一样。低速柴油机基座刚性要求要高一些，柴油机顶端顶端还要设支撑件，并且只能刚性安装。这样一来，同功率的中速柴油机的基座重量要比低速柴油机轻得多。以Vasa46为例其基座重42吨，而同功率低速柴油机的基座重150吨左右。四、主机振动的比较航运实际证明，低速柴油机存在较严重的振动问题。诚然，采用适当的预防措施，这类问题可以得到解决。例如，在纵方向加固甲板；在主甲板下面加支撑或者使用轴向减震器等。相对而言，中速柴油机的振动问题则小一些。当然，若弹性安装不当，还会导致更大的振动。五、电能消耗比较按图1，我们比较了四种不同的动力装置组合所消耗的电能情况。结果是，以低速柴油机为基础的方案1、2动力装置所消耗的电能比以Vasa46型中速柴油机为基础的方案3、4动力装置要高10~13%，如图2所示。出现这种差别的主要原因是，低速柴油机需要电力驱动冷却水泵与润滑油泵；需要单独的凸轮轴润滑油系统；还需要单独的活塞杆及汽缸套润滑系统。此外，低速柴油机在低负荷状态下还需要电气辅助驱动扫气泵。六、废热回收的比较一般情况下，输入的燃料能量大约只有50%转换成内燃机的机械功，其余50%能量变成了废热，被废气和冷却水吸收。温度对于废热的利用率有很大的影响，因为中速柴油机的废气温度高达150℃以上，所以其废热利用率较低速柴油机高。这就是说，相同的废热量，温度越高，热能的回收率越高。废热在船上主要有两种用途：（一）利用废热发电。动力涡轮机是废热发电设备中年度燃油节省率最高的一种。由于动力涡轮机可以直接与发动机曲轴相连，所以它能够取代发动机本身提供的动力，这样能直接驱动动力涡轮机发电。它若与VasaR46型中速柴油机配合，其投资成本回收时间只要2.8年，若与低速柴油机配合则为3.3年。（二）利用废热生产热能。高温废热与废水中的能量都可以用来产生热能。低温废水的温度一般低于50℃，温度太低，没有什么回收价值。以一使用Vasa8R46中速柴油机的山庄货船所需要的热能为例，若从中速柴油机废气中获取，只需要从高温废水中补充980~1240KW的热量；若从低速柴油机废水中获取则需补充1600KW的热量，而它产生的高温废水只能补充820~1180KW的热能。七、年度营运费用比较成本预算结果表明，用民用燃油（HFO）代替中性柴油（MDO）可以节省成本。此预算是基于VasaR46型主机与三台Vasa4R22/26型辅机做出的，在计算营运费用时包括了燃油、润滑油与维修的年平均费用。对投资费用来说，考虑了民用燃油系统与中性柴油系统的安装费用。计算中使用的燃油价格：民用燃油每吨600美元；中性柴油每吨1000美元。即使MDO系统的投资费用仅为HFO系统的40%，用中性柴油机作为推进、发电、生产蒸汽的燃料，比用民用燃油费用要贵38%。Vasa