主船柴油发电机组的节能措施

近10多年来在提高经济性方面，现代船用大型低速柴油机的经济性能有了很大的提高，各种节能措施不断涌现并日趋完善，主要表现在以下几个方面。

（1）采用定压涡轮增压系统和高效率废气涡轮增压器

现代柴油机的一个显著特点是在高增压柴油机上采用定压涡轮增压系统代替脉冲涡轮增压系统，有利于提高增压器的工作效率。新型涡轮增压器的发展和使用，使增压器效率由60年代的50%～60%提高到60%～76%，使柴油机的燃油消耗率明显降低。

（2）增大行程缸径比S/D

在保持活塞平均速度V_m不变的情况下，大幅度降低柴油机转速是增大行程缸径比S/D的主要途径，达到提高螺旋桨效率，从而使动力装置的总效率提高。这是自石油危机以来提高柴油机动力装置经济性的重要措施。因此，自70年代末期开始，S/D的增大速度很快，并逐步开发了低速柴油机的长行程和超长行程柴油机系列。S/D的增加，也使柴油机本身的经济性有所提高。目前，MAN B&W公司的SMC-C系列柴油机的S/D值已达4.0，而W&auml；rtsil&auml；瑞士公司的SULZERRTA-T系列柴油机的S/D值已达到了4.17。另一方面，增大S/D使柴油机结构复杂，增加造价，因而S/D的增加受到限制。

（3）提高最高爆发压力P_z与平均有效压力P_e之比P_z/P_e

柴油机的理论循环研究与实践证实，提高P_z/P_e可显著降低燃油消耗率。研究指出，当P_z/P_e从7.8提高到12时，油耗率约下降12g/kW·h。因而，现代船用柴油机均采用这种措施降低油耗率。但是，受到了柴油机负载的限制，大幅度提高P_z是十分困难的，保证柴油机的可靠性必须同时采取相应措施。因而从60年代到70年代中期，船用柴油机的P_z虽然逐步增加，但幅度增加不大（在近20年内P_z仅提高约2.5MPa）。从70年代中期到80年代中期，柴油机的P_z值有了大幅度增长，增加约5MPa。目前，有些柴油机的P_z已达15MPa（如Sulz-er RTA机），甚至18MPa。在保持P_z不变时降低P_e值同样使油耗率降低，这也是目前广泛采用的节能措施。降低P_e就是柴油机降功率使用，如保持标定转速而选用较低（如80%）的P_e，或在使用较低转速（如80%）时选用较低的P_e等。

（4）增大压缩比ε

在增压柴油机上尤其是高增压柴油机上，为了限制P_z，柴油机需保证有足够的机械强度，降低柴油机的压缩比是过去常用的措施，但由此使经济性降低。显然，这种措施已不符合现代柴油机的发展需求。现代船用低速柴油机为了经济性的提高，根据理论循环的结论仍然采用了适当增大压缩比的措施，把压缩比由10左右提高到16～19之间。

（5）采用可变喷油定时（VIT）机构

把提高P_z作为节能措施时，更要重视提高柴油机部分负载下的P_z值。其一，现代船用柴油机的实际使用功率通常均小于标定功率；其二，柴油机在部分负载运转时P_z随负载的减小而降低。如果在部分负载时能使P_z值保持其标定值，结果是P_z与P_e的比值变大，则减少燃油消耗率。VIT机构可在柴油机负载变化时自动调整喷油提前角，保证在部分负载（通常为80%～100%负载）时柴油机的P_z基本不变，而在50%～80%负载范围内也有较高的P_z值（与无VIT机构比较）。(www.xing528.com)

（6）降低摩擦损失且提高机械效率η_m

柴油机的机械损失有40%是摩擦损失，因而降低摩擦损失是提高η_m的主要途径。现代船用低速柴油机采用短裙和超短裙活塞、减少活塞环数量（如由5道减为4道）及改善活塞环的工作条件等措施使摩擦损失降低，达到提高机械效率的目的。

（7）轴带发电机（PTO）

在主柴油机正常运转期间（通常要求主机转速＞70%标定转速），经专设恒速传动装置驱动发电机，可发出满足船舶航行所需要电力。在主机转速变动或波动时通过恒速传动装置可保证发电机转速恒定，或可通过变频装置保证发出的电压与频率不变。采用轴带发电机在航行期间可停止柴油发电机运转。此装置并不直接降低柴油机耗油率，但可使船舶动力装置的经济性提高。这种装置的优点主要有：可使用油耗率较低的主柴油机供应电力，使柴油发电机组运转时节省滑油消耗，降低柴油发电机组的使用与维修费用。

（8）柴油机废热再利用

柴油机燃料总发热量中有50%左右的热量被废气和冷却介质带走。对这一部分废热能量的充分利用，可以提高整个动力装置的经济性。如利用废气涡轮发电机组、废气锅炉发电机等。目前，这方面的问题在深入的研究与探索之中。

（9）喷射与燃烧技术的改进

缩短高增压柴油机的喷射持续期，改善雾化质量，提高燃烧效率可以提高发动机的燃烧效率。为此，研制出了高喷油率、高喷油压力（达100MPa～140MPa）以缩短喷射持续期的喷射系统，并采取优化喷射系统结构措施改善雾化质量，提高燃烧效率。目前，电子控制喷射柴油机的智能化技术已开始应用于船舶上。具体机型为SULZER Rtflex 58T—B。

在船舶上的柴油机中，最核心是主机，冠有“船舶心脏”之称。船舶主机工作的连续性、可靠性及稳定性将直接影响船舶的经济指标、技术指标乃至船舶的安全性和生命力。随着船舶向着大型化、快速化和专业化及高度自动化方向的发展，要求船舶主机能耗低、功率大、长寿命、可靠性高等特点，同时具有智能和自动化水平。据统计目前占90%以上的柴油机作为主机。

计算机技术和传感技术的发展使船舶主机监控和船舶自动化技术有了很大的发展，船舶主机监控系统的发展也经历了由就地分散控制系统（在设备本机控制）、集中监控系统（运用集成电子模块和一台中小型计算机在集控室对机舱中的主动力装置和推进系统实行集中监视和控制，系统主要通过硬件来实现获取信号）向集散监控系统（将可编程序控制器及多台计算机进行递阶组合，将系统分几个独立系统进行监控，在通过通信实现整体管理）的过渡。目前主要监控方式为集散监控系统。实现了“无人值班”机舱的工作方式。