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一个完全由中国企业发明的十字头式二冲程低速柴油机减速装置日前获得发明专利权。据了解，配置这种新型减速装置的二冲程低速柴油机可减少50%的重量，节约50%的原材料成本和减少50%工业排放，而价格可能只有原来一半。或许不久之后，中国将诞生自主研发的二冲程低速柴油机，并且从此改变中国没有自主知识产权的十字头式二冲程低速柴油机的局面，成为真正中国人自己的船用柴油机品牌。
传统二冲程低速柴油机研发已接近极限 柴油机按照转速来分，可分为高速柴油机、中速柴油机和低速柴油机。低速柴油机多数为二冲程柴油机，中、高速柴油机多数为四冲程柴油机，而十字头式二冲程低速柴油机由于油耗低、性能优、寿命长等特点广泛应用于散货船、油轮、集装箱船上，尤其功率在3000kw以上几乎都采用十字头式二冲程低速柴油机作为推进器的原动机使用。 为实现船舶柴油机降低耗能的要求，MAN、wartsila、三菱重工都在开发电控柴油机，但经过十几年的努力，油耗也只是降低1%~1.5%。后来经过实践，发现在同等功率情况下，转速越低螺旋桨越大越省油。因为由于螺旋桨越大，推力就越大，克服船阻力能力就越强，推进效率就越高。因此，为了提高螺旋桨的推进效率，不断降低转速。下面以缸径为60cm低速柴油机图示说明，为了降低油耗，各大柴油机厂不断在研发更长冲程，更低转速的进程图.
经过100多年研发，MAN缸径为60低速柴油机从L型机（冲程为2022mm，转速为123转）开始，再到S型机（冲程为2400，转速为105转），再到目前的G型机（冲程为2790.转速为97转）。从上述研发历史可以看出，冲程越来越长，转速越来越低，但每一次成功研发都是一次重大技术突破，主要的技术障碍是冲程缸径比值，从突破4到目前4.6~5，目前可能已经接近极限值。因此，加冲程不是无限制加长，需要考虑冲程缸径比限度，主要考虑到它的稳性、振动和磨损等。因此，每突破一个数值，均要做大量的试验。此次MAN公司开发G型机，又一次突破以往比值。短短两年至今MAN已接了1000多台新产品G型机订单，250多亿产值。但今后再要突破G型机冲程长度将变得越来越难。因此，G型机的转速已经最低，再要降低转速只有选择降功率。 以前传统理念认为十字头式二冲程低速柴油机本身由于转速低，不需要再去减速，都是直接与螺旋桨的尾轴连接，因此柴油机多少转，螺旋桨就多少转。为了降低螺旋桨转速，在功率不变的情况下，只有加长柴油机冲程。结果，柴油机体积越来越大，高度越来越高，重量越来越重，制造难度越来越高，成本越来越贵。这样在使用环节是节能，在制造环节来说就变成耗能产品，不利于节能环保制造。 由于原低速机与螺旋桨是直接连接，柴油机产生的扭振无法消除，必须通过扭振计算，进行配重或加减振器来消除振动。因此，每台机与螺旋桨和船型相配都是一对一。 因此，以上分析可知，现有二冲程低速机有如下缺点; 1、体积大。 2、重量重。 3、制造难度高。 4、成本高 5、转速不能更低。 6、船型与柴油机匹配只能一对一，没有互配性或互换性。 7、由于转速不能无限低，为了降低油耗，只能选择降低功率。 8、振动比短行程大
中国企业发明十字头式二冲程低速柴油机减速装置 据了解，洋普重机董事长陈卫文多年来一直在研究如何使船用柴油机更节油，经过20多年的努力，通过几百次对柴油机和螺旋桨及船型进行匹配试验，发现同样的船同等功率加大螺旋桨直径，在同等航速下，更大螺旋桨的船更省油。耗油是最主要的船舶开支，谁的柴油机省油，船东会肯定会毫不犹豫选择。 陈卫文表示，当时洋普重机与MAN签了许可证，为了想让MAN在与Wartsila、三菱重工竞争更有优势，陈卫文曾于2008年亲自跑到MAN总部哥本哈根，劝说他们开发转速更低的低速柴油机。MAN公司研究发现，同等功率，转速越低，螺旋桨越大，推进效率越高。因此他们马上开发更低转速的柴油机，后来推出G型机系列，随后接获节能船大批订单。 但陈卫文在做G型机试验时，发现以上8大缺点。为了解决上述技术缺陷，陈卫文发明了十字头式二冲程低速柴油机减速装置，并获得发明专利权。该技术提供的一种柴油机冲程无需加长反而缩短原十字头式二冲程低速柴油机，提高柴油机转速，再在柴油机的输出端设置减速装置，然后通过尾轴与螺旋桨相连。通过减速装置，只要调整减速比，就可以把柴油机较高的转速降至船舶所需要低转速，这样只要用一款柴油机就可以匹配各种不同的船型，互换性大大增强。 采用能降低转速的十字头式二冲程低速柴油机减速推进装置能提高螺旋桨的推进效率。由于采用输出减速装置，可以把柴油机冲程做得短一点，转速做得高一点，这样柴油机体积会更小，同样转速的十字头式二冲程低速柴油机制造成本和制造难度也大大降低。 据了解，该减速推进装置克服本领域技术人员认为十字头式二冲程低速柴油机的转速已经较低不需要用齿轮箱来减速的技术偏见，通过十字头式二冲程低速柴油机的输出轴，通过减速齿轮组与螺旋桨的尾轴连接以降低螺旋桨的转速来提高推进效率，代替传统的十字头式二冲程低速柴油机本来用超长冲程来降低转速提高推进效率，这样使同样输出转速和功率的二冲程低速机体积和重量大大减少和减轻，振动减少。而且同比同样转速的二冲程低速柴油机其成本更为低廉。通过测算，同样输出转速和功率的二冲程低速机，带减速装置的二冲程低速柴油机可减少50%的重量，节约50%的原材料成本和减少50%工业排放。
从上图表可以看出，L1L3直线油耗最高线，L2L4直线油耗最低线，L1L2直线转速最高线，L3L4直线为转速最低线。原传统二冲程低速机为了选择最低转速，最低油耗，一般会选L4功率。而我们可以通过减速装置把高转速降下来，因此，我们产品选型时，会选油耗最低，转速最高，一般会选L2点。L2、L4油耗相同，而L2功率比L4大26~30%。因此该产品功率比同缸径二冲程低速机大26~30%的功率。 虽然减速推进装置会损耗1.5%功率，我们通过减速装置把螺旋桨转速降得更低，提高推进效率，进一步降低油耗，举例目前最先进G50，它目前最低转速为79转，而我们需要的理想转速为60转，那79转与60转的油耗差多少呢？我们通过下面的公式计算一下， 根据上述公式计算结果告诉我们，60转的油耗比79转低7%，再减去1.5%减速装置的损耗，还低5.5%，还节能5.5%。因此，该产品比目前最先进的产品还要节能5~8%左右。 因此，增加十字头二冲程低速柴油机减速推进装置后比原十字头二冲程低速柴油机有如下优点： 1、体积小。 2、重量轻。 3、制造难度低。 4、成本低 5、转速根据需要可以更低。。 6、船型与柴油机可以互配或互换。 7、相同油耗，输出功率可以比最先进最新G型机多26~30%左右功率。 8、由于该机比最先进最新G型机转速更低，推进效率更高，综合油耗还低5%~8%左右。 该产品推向市场后，一方面由于柴油机与尾轴是软性连接，不需要进行一对一扭振匹配，因此，柴油机与各种船型都可以互配。另一方面由于船型越增大，转速要求越低，因此，在选机时，往往选缸径更大转速更低更省油，所以，造成船型增大时，机型都不一样。今后将彻底改变目前船东一个船型一种机型单配的历史。今后将迎来5万吨至15万吨同用一种机型，不同缸数，配件完全可以互换，这样会大大节约船东维修成本。 由于减速装置相当于一个齿轮减速箱，这种结构目前相当成熟可靠和稳定，在船用中速柴油机应用很多。目前新机正在研发，预计于明年年中可以装船试用。如果该产品实船使用成功，将为今后研发冲程短、体积小、转速相对高的二冲程柴油机提供更大市场空间。 陈卫文表示，该产品一旦开发成功，比目前世界上最先进G型柴油机还要先进，而且体积更小，油耗更低，寿命更长，功率更大，振动更小，互配性更好。同时市场价格可能降至相同功率G型机的一半。这样一来，中国没有自主知识产权的十字头式二冲程低速柴油机的局面会从此改变，低速二冲程柴油机将会出现真正中国自己的品牌。 陈卫文表示，中国企业目前每年向MAN和wartsila公司支付20多亿人民币专利费，由于该产品的开发成功也将为中国企业节省大量专利使用费。 据了解，三菱重工准备与洋普合作开发新型低速柴油机。 |
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