淺談重型燃?xì)廨啓C(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展展望

劉毅敏

（廣州打撈局，廣東 廣州 510260）

淺談重型燃?xì)廨啓C(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展展望

劉毅敏

（廣州打撈局，廣東 廣州 510260）

重型燃?xì)廨啓C(jī)作為一種符合綠色環(huán)保要求的動(dòng)力裝置在船舶上的應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。船舶制造水平可通過(guò)重型燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)與制造水平來(lái)直觀體現(xiàn)。鑒于此，本文以船舶燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)為切入角度，著重闡述船用重型燃?xì)廨啓C(jī)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀和現(xiàn)有水平，并對(duì)其在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)加以探究。

船舶；重型燃?xì)廨啓C(jī)；現(xiàn)狀；發(fā)展展望

由于燃?xì)廨啓C(jī)因具有極高的發(fā)電熱效率，在船舶中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)發(fā)、研制和應(yīng)用，普遍認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)已成為大、中型水面輪船首選發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的逐漸成熟，越來(lái)越多的船舶開(kāi)始裝備燃?xì)廨啓C(jī)作為其主動(dòng)力裝置。

1 燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)階段船舶所使用的主要?jiǎng)恿υO(shè)備仍以低、中、高速柴油機(jī)為主，只有少部分蒸汽輪機(jī)用作液化氣船的動(dòng)力設(shè)備。此外，燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力裝置與柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置相比，前者具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）為了便于運(yùn)輸更多貨物，節(jié)省船舶機(jī)艙空間，通常燃?xì)廨啓C(jī)的體積比較小，并且結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)也可提升船舶的使用性能。與此同時(shí)，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，更為輕薄的材料應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)的同時(shí)，憑借航空燃?xì)鉁u輪機(jī)的固有功率密度,其重量比同等柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輕74%,所占空間約是同等柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的1/3。

（2）由于燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生較少的低頻振動(dòng)，因此其具有振動(dòng)小、噪音低以及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。此外，燃?xì)廨啓C(jī)由于其特殊的箱裝體結(jié)構(gòu)可形成良好的噪音防護(hù)，可以明顯減弱低頻噪音，從而在提升機(jī)艙操作環(huán)境的同時(shí)，可以對(duì)機(jī)艙噪音等級(jí)進(jìn)行更好的控制。

（3）鑒于我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的逐漸關(guān)注，因此將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格的控制船舶的廢氣排放，例如，降低氮氧化物以及硫化物等有害氣體的排放量。此外，為滿(mǎn)足環(huán)保要求，需要對(duì)目前船舶中的柴油機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或改造，例如，設(shè)計(jì)優(yōu)化的燃燒室，改進(jìn)燃油系統(tǒng)，采用燃油注水、乳化油或廢氣再循環(huán)，選擇性催化還原反應(yīng)處理排放廢氣等。由此可見(jiàn)，上述舉措不僅增加了船舶的投資和維護(hù)成本，在增加了動(dòng)力系統(tǒng)的容積的同時(shí)，降低了船舶的儲(chǔ)物空間。鑒于此，可以將變幾何燃燒室技術(shù)、分級(jí)燃燒室技術(shù)、貧油預(yù)混合預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)、催化燃燒技術(shù)、直接噴射燃燒室技術(shù)、可變駐留時(shí)間燃燒室技術(shù)、富油燃燒快速淬熄貧油燃燒室等高效低污染燃燒技術(shù)等應(yīng)用于船用燃?xì)廨啓C(jī)中，從而確保其滿(mǎn)足我國(guó)環(huán)保法規(guī)的要求。

（4）單機(jī)功率大，功率重量比大，起動(dòng)加速性好，從冷態(tài)起動(dòng)至全速工況僅需數(shù)分鐘。

（5）潤(rùn)滑油消耗低，保養(yǎng)量小，管理人員少。燃?xì)廨啓C(jī)的滑油消耗量普遍較低，如LM2500燃?xì)廨啓C(jī)的最大滑油消耗率約0.9kg/h，平均滑油消耗率僅有0.09kg/h，與柴油機(jī)相比要小一個(gè)數(shù)量級(jí)，但由于燃?xì)廨啓C(jī)工作轉(zhuǎn)速高，對(duì)滑油的質(zhì)量要求要遠(yuǎn)高于柴油機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)是回轉(zhuǎn)部件，主要運(yùn)動(dòng)部件少，又設(shè)計(jì)成模件結(jié)構(gòu)，因此燃?xì)廨啓C(jī)所需的船上維修量小，人員配備也相應(yīng)減少。

2 國(guó)內(nèi)船用重型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和水平

2.1 國(guó)內(nèi)船用重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與研發(fā)現(xiàn)狀

為了降低燃?xì)廨啓C(jī)的造價(jià)，提升船舶制造企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，我國(guó)在21世紀(jì)初期引進(jìn)國(guó)外船舶用燃?xì)廨啓C(jī)的生產(chǎn)制造工藝，并且在我國(guó)本土實(shí)現(xiàn)了廠內(nèi)空負(fù)荷試運(yùn)行以及總裝作業(yè)，進(jìn)而從根本上提升燃?xì)廨啓C(jī)裝備的本土制造水平。盡管上述措施極大的彌補(bǔ)了我國(guó)船用燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)制造中的不足，但是與國(guó)外先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)相比尚有不小距離。此外，維修燃?xì)廨啓C(jī)中的熱端零部件、提供備品、備件以及售賣(mài)各種類(lèi)型技術(shù)服務(wù)，使得外國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)制造商獲得了大量的經(jīng)濟(jì)利益。目前，我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)、制造以及試運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)已經(jīng)取得了不錯(cuò)的試驗(yàn)結(jié)果，并且制定出了船用重型燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)、制造、材料選購(gòu)等一系列生產(chǎn)制造規(guī)程。

2.2 國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀

在船用重型燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，“燃?xì)廨啓C(jī)的高性能熱—功轉(zhuǎn)換關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題研究”以及“大型動(dòng)力裝備制造基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目納入我國(guó)973科研計(jì)劃當(dāng)中。其中，前者科研項(xiàng)目的實(shí)施使得具有先進(jìn)技術(shù)的機(jī)理性實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)在我國(guó)建成并投入應(yīng)用。其中，實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)的建設(shè)極大的促進(jìn)我國(guó)船用燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)研究工作，從而確?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而為今后研究工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)的建立可以很好的解決多級(jí)軸流壓氣機(jī)、燃燒室和空氣冷卻透平的流動(dòng)、燃燒、傳熱機(jī)理以及設(shè)計(jì)理論等方面問(wèn)題，從而減小與外國(guó)的技術(shù)差距。后者則主要是通過(guò)研究蒸汽/空氣雙工質(zhì)超強(qiáng)冷卻機(jī)理，進(jìn)而開(kāi)發(fā)并設(shè)計(jì)出透平高溫動(dòng)葉片，從而將拉桿組合透平轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體系構(gòu)建出來(lái)，進(jìn)而完成重型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子綜合系統(tǒng)的建立工作。目前，上述兩個(gè)研究項(xiàng)目取得的成果離國(guó)際先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)尚有不小差距，因此，在船舶燃?xì)廨啓C(jī)研究領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間需要探索。

2.3 國(guó)內(nèi)船用燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀

與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的船用燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)設(shè)施相比，我國(guó)與其在現(xiàn)階段仍有不小的距離，從而難以滿(mǎn)足自主設(shè)計(jì)、制造的要求。此外，我國(guó)各大院校和相關(guān)設(shè)計(jì)院所在過(guò)去幾十年中的研究工作主要以小型低參數(shù)的機(jī)理性基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施為主，因此，難以獲得更多的資金投入，從而難以提升科研水平。與此同時(shí)，各個(gè)科研機(jī)構(gòu)存在重復(fù)建設(shè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)施的現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重缺乏用于關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究的科研設(shè)施。如果需要驗(yàn)證燃燒室、壓氣機(jī)等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)性能，需要我國(guó)船舶燃?xì)廨啓C(jī)制造企業(yè)投入大量的資金來(lái)建設(shè)和維護(hù)各種試驗(yàn)設(shè)施，對(duì)企業(yè)來(lái)講是一項(xiàng)不小的挑戰(zhàn)。

3 我國(guó)船用重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展展望

3.1 基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究是核心技術(shù)自主創(chuàng)新體系的內(nèi)核

由于我國(guó)船用燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)研究工作起步較晚，缺乏專(zhuān)業(yè)人才以及核心工藝技術(shù)，難以支撐燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)更快、更好的向前發(fā)展，因此，燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域應(yīng)是未來(lái)我國(guó)重點(diǎn)完成的目標(biāo)，以便建立我國(guó)自主創(chuàng)新體系的同時(shí)，增強(qiáng)我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。從船用燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展歷史可以看出，如要獲得自主開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的能力，必須在基礎(chǔ)研究工作上獲得提升，從而獲得船用重型燃?xì)廨啓C(jī)中的關(guān)鍵專(zhuān)利技術(shù)。此外，燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)研究計(jì)劃的制定應(yīng)科學(xué)合理，并有效的落實(shí)，并最終實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的對(duì)接。并且在體現(xiàn)科學(xué)研究?jī)r(jià)值的同時(shí)，做好人才儲(chǔ)備和核心專(zhuān)利技術(shù)的申報(bào)工作。與此同時(shí)，隨著社會(huì)需求的不斷變化，燃?xì)廨啓C(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)也應(yīng)隨之深化，力爭(zhēng)在技術(shù)、材料等方面有所創(chuàng)新和突破。

3.2 加快建設(shè)我國(guó)船用燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)研究重大設(shè)施

《國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃(2012—2030年)》在2013年由國(guó)務(wù)院頒布并實(shí)施，其中，將要在“十二五”計(jì)劃中啟動(dòng)的項(xiàng)目中便有“潔凈高效燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)驗(yàn)裝置”。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在結(jié)合我國(guó)國(guó)情的前提下有以下幾項(xiàng)內(nèi)容：（1）為研究船用重型燃?xì)廨啓C(jī)中的各類(lèi)關(guān)鍵部件的工作機(jī)理與制造技術(shù)，應(yīng)盡快建立各大部件的基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施。其中，為儲(chǔ)備后備科研人才，還應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展計(jì)算流體力學(xué)以及葉輪機(jī)械內(nèi)流氣動(dòng)熱力學(xué)等學(xué)科；（2）為促進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)和工程熱力學(xué)、控制科學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械制造工藝等學(xué)科的全面發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)多學(xué)科與交叉學(xué)科的基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)施的建設(shè)刻不容緩；（3）為達(dá)到我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)、制造重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品的目標(biāo)，各大造船企業(yè)將會(huì)相繼建立船用燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件級(jí)性能試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。

3.3 構(gòu)建具有競(jìng)爭(zhēng)力的重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)體系

我國(guó)經(jīng)濟(jì)與船用重型燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)制造具有密不可分的關(guān)系，因此，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)船用重型燃?xì)廨啓C(jī)的自主研發(fā)能力，突破世界發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)壁壘，參考外國(guó)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，從而快速建立船用重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品研制、加工制造、售后服務(wù)等全套產(chǎn)業(yè)體系，增強(qiáng)我國(guó)在船用重型燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，從而確保船用重型燃?xì)廨啓C(jī)的性能和質(zhì)量滿(mǎn)足我國(guó)船舶制造業(yè)的發(fā)展需求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜觀世界各國(guó)船舶制造業(yè)的發(fā)展情況可知，大力開(kāi)發(fā)并應(yīng)用船用燃?xì)廨啓C(jī)是我國(guó)船舶制造領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的主要方向。如要擴(kuò)大我國(guó)船舶制造規(guī)模，需要大力開(kāi)展船舶重型燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)工作。因此，我們的立足點(diǎn)必須是堅(jiān)持自主創(chuàng)新，盡快開(kāi)發(fā)并建立我國(guó)的船用燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)體系，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)船用重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]劉紅,蔡寧生.重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)進(jìn)展分析[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)。2012(3).

[2]李積軒.海外信息[J]. 中外船舶科技，2014(3).

[3]張婉悅.重型燃?xì)廨啓C(jī)控制發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)探究[J]. 化工中間體. 2015(12).

TE97

A

1671-0711（2017）05（下）-0155-02