船舶柴油機(jī)研究現(xiàn)狀進(jìn)展非常好課件

船舶柴油機(jī)研究進(jìn)展主講：制作：主要內(nèi)容概述以及現(xiàn)狀新型船用柴油機(jī)的研發(fā)目的技術(shù)創(chuàng)新要點未來性能指標(biāo)對航運業(yè)的影響

概述以及現(xiàn)狀

柴油機(jī)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(yīng)用，特別在船舶方面。柴油機(jī)作為推動船舶航行的主機(jī)和發(fā)電用輔機(jī)在船舶動力中占有統(tǒng)治地位，它是船舶的心臟。目前，大型柴油機(jī)單機(jī)功率已達(dá)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(jī)。目前，MAN和W?rtsil?(瓦錫蘭)是全球船用柴油機(jī)兩大品牌，其中MAN是船用低速機(jī)龍頭，瓦錫蘭是船用中速機(jī)龍頭。優(yōu)點1、經(jīng)濟(jì)性較高，耗油率比蒸汽、燃?xì)鈩恿ρb置低得多，高速機(jī)比中、低速機(jī)耗油多。這一優(yōu)點使柴油機(jī)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(jī)動力裝置中除主機(jī)和傳動機(jī)組外，不需要主鍋爐、燃燒器以及工質(zhì)輸送管道等，所以輔助機(jī)械設(shè)備相應(yīng)較少，布置簡單，因此單位重量指標(biāo)較小。3、具有良好的機(jī)動性，操作簡單，啟動方便，正倒車迅速，一般正常啟動到全負(fù)荷只需10～30min，緊急時需3～10min。雖然比燃?xì)廨啓C(jī)裝置差些，但它不需要像燃?xì)廨啓C(jī)裝置那樣一套復(fù)雜的啟動和倒車設(shè)備。柴油機(jī)裝置停車只需2～5min，主機(jī)本身停機(jī)只需幾秒鐘即可。

缺點1、由于柴油機(jī)的尺寸和重量按功率比例增長快，因此單機(jī)組功率受到限制，一般來說低速機(jī)的功率比中、高速機(jī)的功率大。這使得柴油機(jī)動力裝置無法在大功率艦船上使用。2、柴油機(jī)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(xiàn)的機(jī)率增大。3、中高速柴油機(jī)的運動部件磨損較厲害，高速強(qiáng)載柴油機(jī)的整機(jī)壽命僅1000～2000h。4、柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速時穩(wěn)定性差，因此不能有較小的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，影響船舶的低速航行性能。5、柴油機(jī)的過載能力也較差，在超負(fù)荷10%時，一般僅能運行1h。新型船用柴油機(jī)的研發(fā)目的1.大大降低船用柴油機(jī)有害氣體和顆粒的排放量。2.提高柴油機(jī)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(jī)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(jī)的有害排放越來越引起人們的關(guān)注，柴油機(jī)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(jī)的排放越來越嚴(yán)格。以NOx為例，國際海事組織對NOx做出了更嚴(yán)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(dǎo)致一氧化碳的生成。一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合，不僅降低了血球攜帶氧的能力，嚴(yán)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(chǎn)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?nèi)加推焚|(zhì)和排氣后處理，具體減排技術(shù)包括：1、推遲噴油提前角?？梢杂行У販p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(jī)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(jī)采用直接噴水的方法，由電磁閥控制噴水；四沖程柴油機(jī)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(shù)節(jié)能減排SCR是安裝在柴油機(jī)之外的一種設(shè)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(jī)排出的部分燃?xì)猓s為排氣總量的15％）經(jīng)過洗滌器、海水冷卻器、淡水冷卻器進(jìn)入掃氣箱，與增壓空氣混合后進(jìn)入氣缸燃燒。采用此方法在主機(jī)滿負(fù)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(jī)廢氣進(jìn)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(jìn)行兩級洗滌。

其他技術(shù)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(jī)驅(qū)動壓氣機(jī)對空氣進(jìn)行增壓；在增壓空氣壓力較高（廢氣能量過剩），作為發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)供電。壓氣機(jī)端空氣流通面積將隨主機(jī)的工況不同而變化。2.廢熱利用及電力推進(jìn)綜合裝置有一套由主機(jī)廢氣驅(qū)動的燃?xì)廨啓C(jī)裝置和一套由鍋爐蒸汽驅(qū)動的蒸汽輪機(jī)裝置，它們共同驅(qū)動一臺發(fā)電機(jī)向相對獨立的電網(wǎng)供電。在主機(jī)的驅(qū)動軸上安裝了一臺大型電機(jī)，它既可作為驅(qū)動電動機(jī)，也可作為軸帶發(fā)電機(jī)。在主機(jī)運行時，廢熱能量可通過獨立電網(wǎng)驅(qū)動此電機(jī)向螺旋槳提供能量。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組有故障時，此電機(jī)將作為軸帶發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)供電。3、低摩擦材料和自適應(yīng)減震器新型柴油機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jī)的摩擦損失減少10％。

采用自適應(yīng)的減震器來降低柴油機(jī)的震動。降低磨損、提高可靠性和工作效率4.柴油機(jī)綜合智能控制系統(tǒng)綜合智能控制系統(tǒng)采用了高級控制算法對多級智能增壓系統(tǒng)、廢熱利用及電力推進(jìn)綜合裝置、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、加水燃燒裝置、自適應(yīng)的減震器、燃油共軌噴射系統(tǒng)等實施全面的智能控制。控制算法：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)－強(qiáng)大的學(xué)習(xí)功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：CAN現(xiàn)場總線－可靠性高、傳輸速度快四、未來性能指標(biāo)

下表是2020年新型實船柴油機(jī)主要指標(biāo)計劃達(dá)到的目標(biāo),它是與目前最佳性能和最高標(biāo)準(zhǔn)的船用柴油機(jī)指標(biāo)相比的。

五、新型船用柴油機(jī)對航運