馬曉鵬船用柴油機畢業(yè)設(shè)計.doc

第一章 緒論O引 言現(xiàn)代船舶工業(yè)是典型的綜合加工裝配工業(yè)，是綜合工業(yè)之首。船舶工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)97個產(chǎn)業(yè)有直接的消耗，還直接為我國能源運輸、國際航運、海洋開發(fā)等產(chǎn)業(yè)提供必要的裝備，形成了國民經(jīng)濟(jì)中一條重要的產(chǎn)業(yè)鏈(如圖1所示)。圖1船舶工業(yè)殛船舶配套產(chǎn)業(yè)鏈 據(jù)統(tǒng)計資料表明，船舶產(chǎn)品的價值平均構(gòu)造比例為：造船30，原材料20，配套設(shè)備50。由此舶配套設(shè)備對船舶工業(yè)發(fā)展的重要性。船舶柴油機是船舶最主要的配套設(shè)備，它應(yīng)用于船舶推進(jìn)動力裝置和船舶電站，在船舶總成本中分別占lO一15和3一5，因此，建設(shè)能提供性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、品種齊全、數(shù)量充足產(chǎn)品的船舶柴油機制造業(yè)，對我國船舶工業(yè)快速、持續(xù)、健康發(fā)展是不可或缺的。目前我國造船業(yè)的國內(nèi)配套率不到40，船舶配套落后于造船，作為船舶配套核心產(chǎn)品之一的船舶柴油機，配套率更低，主要是直接從國外購買原裝機或采用國外引進(jìn)許可證生產(chǎn)的產(chǎn)品，沒有自主知識產(chǎn)權(quán)、關(guān)鍵技術(shù)受制于人，已成為影響我國船舶發(fā)展的重要瓶頸。1國內(nèi)外船舶柴油機的發(fā)展?fàn)顩r11船舶低速柴油機的發(fā)展從全球低速機產(chǎn)品市場占有率來看，在以低速機為主機的2 000噸以上船舶上，MANB&W公司和WAR60080080mm，功率1 kW。TSILASULZER公司的低速機產(chǎn)品占世界份額的90以上，缸徑260980近年來，MANB&W公司通過向日本、韓國、中國的柴油機生產(chǎn)廠轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)許可證，得到了迅速發(fā)展。2001年至2004年，該公司已生產(chǎn)的或已汀貨的低速柴油機已達(dá)到1080臺，其中日本制造的占44，韓國占43中國占13。國內(nèi)有三家低速機制造企業(yè)，分別為滬東重機股份公司、大連船用柴油機廠、宜昌船舶柴油機廠，2005年三家的產(chǎn)量分別達(dá)到70臺114萬馬力、39臺60萬馬力和18臺20萬馬力。其主導(dǎo)產(chǎn)品是船舶低速大功率柴油機，生產(chǎn)所用專利技術(shù)是從丹麥B&W公司和芬蘭WARTSILASULZER公司引進(jìn)，按產(chǎn)品產(chǎn)量定期支付專利使用費，主要為國內(nèi)幾大船廠生產(chǎn)的干散貨船、特大油船、集裝箱運輸船等配套。目前滬東重機、大連船用柴油機廠已進(jìn)人世界十大低速船用柴油機造機企業(yè)的行列。盡管近幾年我國船舶低速柴油機生產(chǎn)已有較快發(fā)展，但我國造機企業(yè)與世界前三名造機企業(yè)的差距還非常大，企業(yè)綜合競爭能力仍較弱，主要差距見表1。表1 我國造機企業(yè)與世界先進(jìn)企業(yè)的主要差距12船舶中速柴油機的發(fā)展國外著名的中速柴油機制造廠家主要有德國MANB&W、芬蘭Wartsila、德國MTU、美國CaterHyundai、日本洋馬和大發(fā)等公司。這些公司的中速柴油機都形成了系列化，缸徑一般為160280mm，氣缸數(shù)為59缸，單缸功率在100300kW之間，整機功率在4503000 kW之間，可滿足大中型船舶的副機、中小型船舶的主機以及陸用電站的市場需求。當(dāng)前，國外船舶大功率中速柴油機平均有效壓力為2430MPa，最高燃燒壓力1621 MPa，最高噴油壓力160180MPa，燃油耗率170180gkWh，單缸功率2010 kW，大修期為18000-24000 h。MANB&W公司的船舶中速機產(chǎn)品最具有代表性，其產(chǎn)品分為L162d-，L2131，L2738功率覆蓋范圍為4502970 kW(見表2)，主要用于三大主力船型(油船、集裝箱船以及散貨船)的發(fā)電副機，基本滿足了三大主力船型的市場需求，市場銷售情況良好。表2 MANB&W公司的三大系列船舶中速機目前，我國船舶中速機70直接購買國外進(jìn)1：3原裝機，其余30幾乎都是國外許可證技術(shù)制造的產(chǎn)品，技術(shù)依賴于國外，沒有自主知識產(chǎn)權(quán)。國產(chǎn)中速機技術(shù)水平落后，僅用于漁船、內(nèi)河航行船舶等，進(jìn)不了主流場。我國中速柴油機的廠家有：鎮(zhèn)江船用柴油機廠、陜西柴油機廠、新中動力機廠、安慶船用柴油機廠、淄博柴油機廠、滬東重機股份公司等，國內(nèi)中速機產(chǎn)品系列繁多，缸徑分布密集，功率分布范圍狹小，大功率機較少，且功能單一。主要生產(chǎn)缸徑160400mm、單機功率1479 900kW、轉(zhuǎn)速5001400rrain的中速柴油機。目前，鎮(zhèn)江柴油機廠的年生產(chǎn)能力為200臺，陜西柴油機廠為150臺，新中動力機廠為80臺，安廠為50臺。最近，船舶重工集團(tuán)七一一所和芬蘭Wartsilit公司在上海合資成立Wtrtsila一齊耀柴預(yù)定年生產(chǎn)船舶中速機能力為250臺，產(chǎn)品全部進(jìn)人Wartsila公司全球銷售網(wǎng)絡(luò)。近20年通過技術(shù)合作、專利或許可證引進(jìn)及自主開發(fā)研制，船舶電站各組成設(shè)備在國內(nèi)已經(jīng)形成了一定的生產(chǎn)能力。但目前由于船舶電站系統(tǒng)不能成套供貨、缺少系統(tǒng)優(yōu)勢并缺少系列化產(chǎn)品，因此無法與國際廠成套設(shè)備供貨相抗衡。雖然造船的發(fā)展為中速柴油機的發(fā)展提供了巨大空間，但受諸多客觀條件限制，中速柴油機生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展能力有限。主要原因是國家資本投入不足；造機企業(yè)沒有與造船企業(yè)同步規(guī)劃、同步投人；生產(chǎn)模式落后，有專業(yè)化生產(chǎn)廠；加工手段落后，成套能力低；-輪配套能力差，國產(chǎn)化率提高慢；生產(chǎn)能力相對滯后，不能適應(yīng)大規(guī)模、高效率的生產(chǎn)需要。2船舶柴油機技術(shù)發(fā)展趨勢隨著國際船舶配套技術(shù)飛速發(fā)展，世界上各大船舶柴油機公司在近幾年內(nèi)陸續(xù)推出的新型船舶柴油機，均大量采用了最新的科技成果和新的設(shè)計理念，如模塊化設(shè)計技術(shù)、高效率增壓技術(shù)、高壓燃油噴射技術(shù)、燃燒和排放控制技術(shù)、智能技術(shù)等。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。(1)船舶柴油機動力系統(tǒng)集成技術(shù)柴油機技術(shù)發(fā)展不僅要求提高綜合效率，而且要求提高柴油機整體性能及在各種工況下的適應(yīng)性。主要研究內(nèi)容：船舶柴油機動力系統(tǒng)總體匹配設(shè)計技術(shù)研究；模塊化設(shè)計技術(shù)研究；船舶柴油機動力系統(tǒng)集成優(yōu)仿真技術(shù)研究。(2)船舶柴油機虛擬設(shè)計研發(fā)技術(shù)虛擬技術(shù)將用于船舶柴油機設(shè)計、制造、裝配、運行和維修的全過程。以發(fā)動機數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，應(yīng)用“數(shù)字樣機”、“虛擬試驗”、“虛擬制造”等相關(guān)軟件、技術(shù)和手段，開展船舶柴油機設(shè)計開發(fā)研究。實現(xiàn)船舶柴油機從以試驗為主的經(jīng)驗設(shè)計向“預(yù)測設(shè)計”轉(zhuǎn)變。(3)智能化電子控制技術(shù)開展柴油機電控系統(tǒng)開發(fā)及工程化應(yīng)用技術(shù)、電子控制系統(tǒng)(ECS)、電子調(diào)速器設(shè)計技術(shù)、電控泵運行電子管理系統(tǒng)等方面的研究。(4)船舶柴油機可靠性技術(shù)柴油機零部件(或模塊件)將有更高水平的發(fā)展，尤其是燃燒室零件和運動摩擦副的可靠性將備受重視因此，需開展可靠性設(shè)計技術(shù)、摩擦磨損技術(shù)、故障分析診斷等方面的研究。(5)船舶柴油機代用燃料技術(shù)大功率柴油機動力的燃料將向多元化發(fā)展，可使用重油、渣油和各種清潔燃料等。對于LNG、LPG等燃料運輸船，開展可方便利用所運輸?shù)娜剂系膯稳剂匣螂p燃料氣體發(fā)動機。(6)全生命周期經(jīng)濟(jì)性和低排放技術(shù)開展船舶柴油機性能及燃燒技術(shù)研究，重點突破高增壓技術(shù)、高壓共軌燃油噴射技術(shù)、高效燃燒技術(shù)等解決船舶柴油機低負(fù)荷性能和全工況乃至全生命周期經(jīng)濟(jì)性的問題。結(jié)合船舶柴油機的結(jié)構(gòu)型式、工作要求、運行環(huán)境以及燃料種類等多種實際情況，開展大功率柴油機噴水燃燒、廢氣再循環(huán)(EGR)、NO：還原等排放控制技術(shù)研究，以滿足世界環(huán)境保護(hù)提出的更進(jìn)一步的嚴(yán)格要求。3船舶柴油機需求分析近年來，亞洲船廠的接單量幾乎控制了整個世界船市，僅韓國、日本和中國三國船廠的接單量就占世界接單總量的90。2004年世界船舶完工量達(dá)到了6190萬載重噸，再創(chuàng)歷史新高，而其中韓國、Et本和中國三國船廠的船舶完工量占世界總量的88左右。三國船廠的船舶完工量見表3。表3韓、日、中近年船舶完工量一覽表 萬載重噸 資料來源：克拉克松研究公司從2000年到2004年的5年間，中國造船產(chǎn)量年均增長26，尤其是近3年中國造船產(chǎn)量年均增長率超過45，大大高于同期世界造船的發(fā)展速度。2004年，中國完成造船產(chǎn)量占世界造船總量的14，造船完工量和手持訂單量均創(chuàng)歷史新高。2005年中國造船完工量約占世界造船總量的17，連續(xù)11年列世界第三。我國規(guī)劃中的造船量見表4。造船產(chǎn)量大幅度增長的同時，也帶來了國內(nèi)船舶配套市場的需求急劇上升。表4全國規(guī)劃的造船量 萬載重噸31船用低速柴油機的需求低速柴油機已成為全球民用船舶主要的推進(jìn)動力。據(jù)統(tǒng)計，2003年全球建造完成2 000載重噸以上民船用低速機715臺，共計1511萬馬力。根據(jù)有關(guān)部門的資料統(tǒng)計，我們對20022005年的全國低速機需求量和實際產(chǎn)量進(jìn)行了比較，見表5。由表5可以看出，隨著我國船舶制造量的快速躍升，低速柴油機的缺口越來越大。表5全國船舶配套低速機的需求產(chǎn)量比較表圖2全國低速柴油機產(chǎn)能缺口根據(jù)表4所示的2010年、2015年的全國規(guī)劃造船量，測算出屆時我國船舶配套主機的需求量如表6所示。各生產(chǎn)廠家的發(fā)展規(guī)劃，隨著產(chǎn)能的逐步提升，我國船用低速柴油機在2010年將可能出現(xiàn)供大于求的局面表6全國船舶配套低速機需求預(yù)測表 萬馬力32船用中速柴油機的需求船用中速機，主要是指應(yīng)用于包括三大主力船型在內(nèi)的各類船舶發(fā)電機組原動機，并同時覆蓋幾千噸級船用主機，轉(zhuǎn)速在4001200 rmin之間的各擋功率柴油機。表7列出了預(yù)測的除內(nèi)河航運船舶外的各類大中型船舶對船用中速柴油機的需求量。表7國內(nèi)大中型船舶對中速船用柴油機需求預(yù)測根據(jù)內(nèi)河航運船舶制造總量，預(yù)測內(nèi)河航運船舶用中速柴油機需求量，見表8。目前內(nèi)河航運船舶絕大部采用國產(chǎn)柴油機，價格便宜，但產(chǎn)品檔次較低。表8 內(nèi)河航運船舶用中速柴油機需求預(yù)測表從我國船舶業(yè)的發(fā)展情況看，船舶市場的需求受航運市場狀況、世界經(jīng)濟(jì)形勢等多種因素的影響，具有不穩(wěn)定的特點。近年來，制約中國造船業(yè)未來發(fā)展的最大障礙是配套行業(yè)不完備、產(chǎn)能滿足不了需求。在造船產(chǎn)量大幅度攀升情況下，盡管國產(chǎn)主機產(chǎn)量快速增長，但是國產(chǎn)主機裝船率進(jìn)一步下降，2002年降至56，前只有40左右，中國所需造船裝備大部分靠進(jìn)口。而日、韓的主機裝船率都在85以上。與之相比，中國在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)上并未明顯落后，但由于工藝裝備實力普遍不足，有些關(guān)鍵零部件還要依賴進(jìn)口，而且產(chǎn)能也滿足不了需求。4船舶柴油機發(fā)展目標(biāo)、思路及基礎(chǔ)41發(fā)展目標(biāo)由于我國船舶柴油機與國外先進(jìn)水平存在很大差距，因此必須大力發(fā)展我國造船工業(yè)，實現(xiàn)世界第一造船大國的目標(biāo)，我國船舶柴油機必須堅持走“引進(jìn)一消化一吸收一再創(chuàng)新”的國產(chǎn)化技術(shù)創(chuàng)新之路，加快船舶配套動力的發(fā)展。船用大功率低速柴油機重點開發(fā)缸徑為980、1080毫米14缸的單機功率分別為108萬馬力、132萬馬力的超大型低速柴油機和船用大功率智能型低速柴油機等產(chǎn)品的試制，形成完整的產(chǎn)品系列。我國中速機產(chǎn)品的發(fā)展重點是在加強引進(jìn)生產(chǎn)許可證柴油機技術(shù)的消化吸收基礎(chǔ)上，開展制造工藝的優(yōu)化，提高產(chǎn)品設(shè)計能力，突破關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高水平中國品牌機，在此基礎(chǔ)上不斷實現(xiàn)自主品牌中速柴油機產(chǎn)品系列化，提高國際市場競爭力，改變目前我國民用船舶中速機市場由引進(jìn)機占主導(dǎo)地位的局面，真正實現(xiàn)國輪國配、國輪國造。42發(fā)展思路船用低速柴油機：通過引進(jìn)技術(shù)消化吸收和國產(chǎn)化研制，在部分配套件上實現(xiàn)自主創(chuàng)新，過渡到與國外合作開發(fā)新機型。技術(shù)上，重點開展國外引進(jìn)專利技術(shù)低速機的設(shè)計技術(shù)和工藝的消化研究，提高國產(chǎn)化率；開展低速機關(guān)鍵部套件的開發(fā)研制，加緊增壓器、燃油系統(tǒng)、軸瓦、曲軸等主要部套件的設(shè)計開發(fā)和研制生產(chǎn)；加強對低速柴油機的一些特有技術(shù)，如經(jīng)濟(jì)性、排放、故障診斷、電液控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化吸收和研究。船用中速柴油機：國內(nèi)研究所聯(lián)合中速機主機廠、專業(yè)配套件廠、高校，通過消化吸收引進(jìn)技術(shù)在關(guān)鍵配套件上實現(xiàn)自主創(chuàng)新；過渡到與國外合作開發(fā)新機型，開展聯(lián)合設(shè)計，高起點研制首制基本機型；最后實現(xiàn)自主設(shè)計研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的性能指標(biāo)先進(jìn)的國內(nèi)品牌船舶中速機。技術(shù)上，重點研究和突破船用中速柴油機的總體優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、重要零部件(如電子調(diào)速器、主軸瓦、連桿瓦、高壓油泵、增壓器等)的設(shè)計制造技高增壓、高壓共軌燃油噴射、燃燒與排放、模塊化和智能化等關(guān)鍵技術(shù)。43發(fā)展基礎(chǔ)為實現(xiàn)中國造船大國、促進(jìn)船舶配套的快速發(fā)展，必須加緊發(fā)展以船舶柴油機為主的船舶設(shè)備。我國發(fā)展船舶柴油機具有較好的基礎(chǔ)和較大的優(yōu)勢：(1)具備一定的工業(yè)基礎(chǔ)通過50年來幾代人的艱苦努力，我國船舶柴油機從無到有，取得了很大的發(fā)展。國家為船舶柴油機研制成立了專門的科研機構(gòu)和相應(yīng)的生產(chǎn)企業(yè)。近些年來，通過國家高新工程項目的實施，我國主要船舶柴油機生產(chǎn)廠的生產(chǎn)設(shè)施得到較大的改造、更新，制造能力和水平明顯提高。(2)引進(jìn)機一定程度上提高了我國船舶柴油機的技術(shù)水平20世紀(jì)70年代末開始，我國引進(jìn)了多型船舶中、低柴油機，通過引進(jìn)機的國產(chǎn)化，培養(yǎng)了一支具有相平的基礎(chǔ)研究、工程設(shè)計開發(fā)的人才隊伍，也取得了一些科研成果，已基本具備生產(chǎn)世界先進(jìn)水平柴油機的加工、測試和配套的能力。和國外相比，制造技術(shù)差距已明顯縮小，只要再加以完善提高，能夠試制、生產(chǎn)更高指標(biāo)的柴油機。(3)具備一定的研發(fā)能力與科研條件經(jīng)過50多年的研究、自主開發(fā)、引進(jìn)消化吸收以及對科研設(shè)施的投入，我國船舶柴油機的研發(fā)能力、生產(chǎn)水平得到了較大的提高。近20年來，國內(nèi)科研院所、企業(yè)合作持續(xù)不斷地設(shè)計、開發(fā)船舶柴油機，并直接應(yīng)于國內(nèi)市場，積累了一定的船舶柴油機研發(fā)經(jīng)驗，具備了一定的研發(fā)能力，培養(yǎng)了大量的科研人才。5結(jié)束語實踐證明，一個國家在世界造船市場占有一席之地，強大的國內(nèi)配套業(yè)是必需的基礎(chǔ)。據(jù)了解，日本船廠90的配套在國內(nèi)完成，韓國的國產(chǎn)配套率也達(dá)到80，德、英、法、丹麥、挪威等世界航運大國更是如此。盡管我國造船業(yè)發(fā)展的步伐很快，但與世界造船強國相比，我們的基礎(chǔ)很落后，對配套業(yè)來說更是如此。針對船舶快速發(fā)展對動力裝置的需求，我國船舶配套行業(yè)應(yīng)抓住船舶動力裝置穩(wěn)步增長的大好機遇，加強引進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的消化、吸收和改進(jìn)提高，加大技術(shù)刨新的力度，逐步形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的船舶柴油動力裝置產(chǎn)品，真正做到國輪國造和自主配套，早日實現(xiàn)第一造船大國和造船強國的目標(biāo)。第二章 內(nèi)燃機主要結(jié)構(gòu)尺寸7