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船用二冲程柴油主机机型漫谈 上海远洋运输公司 宋汝涛 1950年代以前，往复式蒸汽机占据船舶推进动力主导地位。二战末期的1941~1945年，为了战争需要，短短几年建造了近3000艘所谓的“自由轮”，9000DWT，2500HP，船速11kn，主机都用蒸汽往复机，造船周期只有两个月。 从二战后到1970年代末，船用二冲程柴油机大发展，很多发达国家都有自己的船用柴油机品牌。例如：英国的DOXFORD，对向活塞，没有气缸盖，平衡性能好，深受英国船员的欢迎；德国的MAN柴油机（最后一代是KSZ70/150CL，设计爆压11.0MPa），回流扫气不需要排气阀，结构简单；还有芬兰的哥塔维根（GOTV）、意大利的FIAT、中国的ESDZ76/160等。品牌和型号很多，竞争激烈。 但阀多检修工作量大，故障也增多，船员也不喜欢，未得到广泛应用。现代的二冲程柴油机，都采用一缸一阀，但改进了排气阀的结构和改善了材料，维修周期与吊缸同步。 （4）为不同类型船舶提供不同机型，例如： 誗散货船和油轮吃水深，可以加大螺旋桨直径提高螺旋桨效率，故采用低转速，提高冲程缸径比。 誗集装箱船航速高、功率大，螺旋桨（重量近百吨）尺度受限，所以提高转速，缩小冲程缸径比。 誗液化天然气（LNG）运输船需要处理不断蒸发的液化天然气，开发了双燃料发动机。 （5）功率提高： 誗提高热效率的措施，同时提高了单位气缸容积。1980年代，船用二冲程柴油主机就只剩下MANB&W-MC、SULZER-RTA和MITUBISHI-UEC三个品牌系列。至今二十多年，这三种机型系列的发展可以概括为以下五点。 （1）理论方面： 誗热力循环没有变化，誗燃烧理论没有突破。 功率； 誗得益于材料科学和机械加工技术的进步，可以增大缸径、增多缸数，提高整机功率。 目前，营运的8000TEU以上的超大型集装箱船已达二百多艘，还有更多的订单，在以后2~3年里陆续出厂投入营运。营运中的最大集装箱船，柴油主机功率83400kW。 其实，提高整机功率的趋势大可怀疑。 首先，船太大，货源成问题，还要受码头、航道等的水深限制，操纵也不灵活；船速快，公司可向货主承诺提前将货物送达收货人，从而吸引更多货主，但货主的第一需要是准时、安全，并不计较一、两天。所以，大型船公司建造大船、快船，只不过是为竞争而显示自己的实力。 其次，主机功率大必然耗油多，燃油消耗所占营运成本比例大。石油是一次性能源，需求不断增加，开采成本上升，再加上人为炒作，油价不断上涨。1970年代以前，油价每桶一、两美元，主机造价等于其终生的油耗费用；第一次中东战争石油开始涨价，几次中东战争就有几次石油危机，过后又回落在一个较高的水平； （2）提高热效率，达到50%左右，接近理论值。技术措施有： 誗提高增压度； 誗提高压缩比，即提高冲程缸径比，因而无一例外采用直流扫气； 誗燃油净化（离心分离，重质燃油还可以使用添加剂）； 誗利用电子技术，采用电控改善燃油喷射和排气定时，燃油共轨，高压燃油泵由200bar的动力滑油驱动，等。 （3）结构方面： 依然保持气缸、活塞和曲轴连杆方式，较大的结构变化可能只有电控燃油共轨取消凸轮和凸轮轴了。普遍选择直流扫气，回流扫气已被淘汰。虽然回流扫气没有排气阀，管理和维修方便，深受船员欢迎，但不适于高压缩比。为提高单位气缸容积的功率，必须提高柴油机参数；为保证扫气质量，则必须采用直流扫气。直流扫气一定有排气阀，容易漏气需要研磨，还需要排除排气系统的多发故障。一缸一个排气阀，体积大（尤其是大缸径），关闭时冲击大，易损坏。也曾有过单缸多排气阀的型号，单阀体积小，拆装方便，关闭时冲 2003年美国打伊拉克开始，油价飙升到2008年最高的147美元一桶，一台主机的造价抵不上它正常营运一年的油耗费用。油价飙升，燃油费用占营运成本的比例不断加大，迫使船公司不得不降低主机功率以节省燃油，大马拉小车。 此外，主机功率还有环保的限制。所以，超大型集装箱船到底能有多大、多快，只能由实际营运决定，25节的高航速船也将减速营运。就像上世纪油轮大型化，最后定在30万总吨的VLCC，50万总吨的油轮一出厂就作为储油船使用，一个航次也没跑。 《航海技术》 2009年第2期 |
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