与国外先进机组相比,国产机组在机械性能、电气性能、操作性能、可靠性、日常维护和使用寿命上还存在一定的差距,为满足国内船舶工业发展的需要,自20世纪80年代起我国先后引进国外多种型号的船用柴油机(如康明斯、MWM等)、发电机(如斯坦福、西门子等)、空气断路器及电器元件等先进技术。
(1)我国船用柴油发电机组存在的主要问题
1)柴油发电机组设备的科研、设计、试制和生产水平滞后,各科研和生产单位之间各自为战,技术自我保护;甚至有些单位为了眼前利益,重复投资,重复引进成套柴油发电机组设备,造成国家资产流失等不良后果。
2)标准化、系列化程度低。柴油发电机组型号杂乱,产品之间的通用性差,基础件、零配件集成性差,质量差,安装和维修难度大。相比国外先进机组,柴油机的经济性、动力性、结构紧凑性、可靠性、耐久性、振动噪声等指标差距较大;而发电机的结构紧凑性、零部件的通用性、动态和稳态调压性能、可靠性、使用寿命和电磁兼容能力等方面差距也较明显。
3)新技术、新工艺发展较慢,要提高柴油机的动力性、经济性,降低振动噪声和废气的含量,以及产品的质量和寿命就必须依靠新的技术,如多气门进气系统、稀薄燃烧、电控喷射、增压中冷技术等。
4)船用发电机配套用的柴油机和发电机自20世纪80年代引进以后,虽经企业消化和吸收,并提高了国产化程度、自制件的比例增加,但忽视了在消化吸收基础上的改进和创新,使产品性能和质量进步不大,但随着国外新产品和新机型的不断发展,原有的引进产品已失去了市场竞争力。
5)在船用柴油发电机组的电气设备中,最薄弱环节是电子技术与电器元件的质量,影响了发电、配电和控制装置的性能和可靠性,这是目前我国应重点解决的问题。
(2)船用发电机的发展趋势
1)电子调速 现代柴油机技术已达到较高程度,但对电控技术方面的研究与应用仍需要不断的深入和发展,目的是进一步提高强化度、降低燃油消耗、增加可靠性、延长使用寿命以及降低有害排放和噪声;特别是在现代柴油发电机组中,对供电质量提高、实现自动化、智能化尤为重要。柴油机的机械调速改为电子调速,柴油发电机组的稳态和瞬态指标得到有效的改善,使柴油发电机组得以实现并联自动运行,康明斯柴油发电机组上采用的EFC电子调速器和伍德沃德电子调速器系统具有代表性。
2)电子喷射 从20世纪中期开始,发达国家电控技术在汽油机基础上飞速发展,并对柴油机电控技术——电子喷射进行了开发和研究并投入使用。电子喷射技术与电子调速技术既有控制柴油机的喷油量的共同点,又有根本的区别,即电子喷射还具有用电信号控制喷油时刻、喷射压力,完全取消传统燃油系统上的机械结构。
3)电子喷射控制(电喷)柴油发电机组 电子喷射控制能控制柴油机最佳的供油量和喷油时间,对所有影响燃烧的燃油喷射参数(如燃油喷射正时、喷射过程、喷射时间和喷射压力等)进行单独调控,改善混合气的形成过程,使之很好地适应运行工况的各种设定。
(3)行业技术发展趋势
船用柴油机在机型发展方面总体相对稳定,几年前,主要集中机型可靠性提高方面,因为增压技术的发展,柴油机强化度发展很快,尤其是石油危机后,反映在燃油消耗率降低和燃用劣质燃料油为目标的经济性的强烈追求上。然而近年来,各国环境政策严格了柴油机的排放,而船用柴油机比汽车柴油机的NOx、SO2等有害排放物更严重,为了降低这几种有害排放气体成分的含量,各柴油机厂商正在研制新型柴油机,其关注点主要有:(www.xing528.com)
1)连续运行中的可靠性。
2)高度强化。使最高燃烧压力和燃油喷射压力大幅度提高。
3)废气排放符合日趋严厉的排放法规要求。1997年船舶开始执行国际海事组织(IMO)制定的排放限值,各柴油机厂商采取工况控制或采取尾气后处理,甚至重新设计新型柴油机以符合法规要求。
4)经济性好。不单追求燃油消耗率与劣质燃料的使用,更重要在价格、运行成本、省力、少维修、推进效率等方面进行优化。
5)总体结构趋于相同。气缸排列以直列和V形两种为主,同时追求技术目标及经济目标。
6)规范化的接口。满足用户的要求,适合不同配套辅助装置以及监控系统的应用。大功率低速柴油机广泛应用于散货船、油轮、集装箱船等大型远洋船舶上。由于船舶日趋大型化、巨型化与自动化以及日益提高对船舶主机的经济性、可靠性的要求,大功率二冲程低速柴油机的技术发展呈现出整体优化的趋势,具体表现在以下几个方面:
①单机、单缸功率越来越大,单机最大可达到11×105PS。
②进一步使燃油消耗率降低,二冲程低速柴油机的燃油消耗率已降低到164.6g/kW·h。
③平均有效压力已达1.90~1.95MPa,爆发压力在15.10~15.5MPa之间。
④采用高效、高增压比的新型增压器,如ABB公司研制的4P型增压器,增压比高达5∶1。
⑤采用电子调速器系统、电控燃油喷射系统、高压共轨燃油喷射系统、智能化电子控制系统,进一步提高低速柴油机的可靠性,低负载性能改善,油耗降低,NOx排放控制,以及安全保护控制等。
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