現(xiàn)代船舶柴油機提高經(jīng)濟性的主要措施

□文/劉文科

隨著汽車保有量的不斷增加和石油儲備量的減少，石油危機的問題越來越警示人們，請節(jié)約能源。與汽油機相比，柴油機擁有較高的熱效率和更廣闊的應用范圍，自七十年代以來，由于柴油機燃油大幅度漲價，燃油費用支出約占船舶營運成本的50%，使得很多研究者長期致力于提高柴油機經(jīng)濟性的研究。而現(xiàn)代船用柴油機近十多年在提高經(jīng)濟性方面取得的成效超過了過去幾十年，各種節(jié)能措施相繼出現(xiàn)并日趨完善。

1、采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器。在高增壓柴油機上采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)代替脈沖渦輪增壓系統(tǒng)是現(xiàn)代柴油機的顯著特點，同時也有利于提高增壓器的效率。新型渦輪增壓器的發(fā)展和使用，使增壓器效率由六十年代的50%～60%提高于60%～76%，由此在提高了柴油機功率的同時，顯著降低了柴油機燃油消耗率。

2、增大行程缸徑比S/D。增大行程缸徑比S/D的主要目的是在保持活塞平均速度Vm不變的情況下大幅度降低柴油機轉(zhuǎn)速，以提高螺旋槳效率，從而提高動力裝置的總效率。這是自石油危機以來提高柴油機動力裝置經(jīng)濟性的重要措施。然而，增大S/D使柴油機結構復雜，造價增加，因而S/D的增加是有限度的。

3、提高最高爆發(fā)壓力pZ與平均有效壓力pe之比pZ/pe。由柴油機的理論循環(huán)研究與實踐證實，提高pZ/pe可顯著降低燃油消耗率。研究指出，當pZ/pe從7.8提高到12，油耗率可下降約12g/kw.h。因而，現(xiàn)代船用柴油機均采用這種措施降低油耗率。目前，有些柴油機的pZ已達15MPa，甚至18MPa。在保持pZ不變時降低pe值同樣可降低油耗率，這也是目前廣泛采用的節(jié)能措施。

4、增大壓縮比ε。現(xiàn)代船用低速柴油機為了提高經(jīng)濟性，根據(jù)理論循環(huán)的結論仍然采用了在一定范圍內(nèi)適當增大壓縮比的措施，把壓縮比由10左右提高到16～19之間，提高經(jīng)濟性。

5、采用可變噴油定時（V IT）機構。VIT機構可在柴油機負荷變化時自動調(diào)整其噴油提前角，保證在部分負荷（通常為80%～100%負荷）時柴油機的pZ基本不變，而在50%～80%負荷范圍內(nèi)也有較高的pZ值（與無VIT機構比較）。

6、降低摩擦損失功提高機械效率ηm。柴油機的摩擦損失約占機械損失的40%，因而降低摩擦損失是提高ηm的主要途徑。現(xiàn)代船用低速柴油機采用短裙和超短裙活塞、減少活塞環(huán)數(shù)量（如由5道減少為4道）及改善活塞環(huán)的工作條件等措施來降低摩擦損失，提高機械效率。

7、軸帶發(fā)電機（PTO）。采用軸帶發(fā)電機在航行期間可停止柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)。此裝置并不直接降低柴油機油耗率，但可提高船舶動力裝置的經(jīng)濟性。這種裝置的優(yōu)點主要有：可使用油耗率較低的主柴油機供應電力，可節(jié)省柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)時的滑油消耗，減少柴油發(fā)電機的數(shù)量與維修費用。

8、柴油機廢熱再利用。柴油機的廢氣和冷卻介質(zhì)帶走了燃料總發(fā)熱量中50%左右的熱量。充分利用這一部分廢熱的能量，對提高整個動力裝置的經(jīng)濟性有重要意義。如利用廢氣渦輪發(fā)電機組、廢氣鍋爐發(fā)電機等。

9、改進噴射與燃燒技術。在高增壓柴油機中縮短噴射持續(xù)期，改善霧化質(zhì)量提高燃燒效率是該型柴油機的重大研究課題之一。為此，發(fā)展了高噴油壓力（達100MPa～140MPa）、高噴油率以縮短噴射持續(xù)期的噴射系統(tǒng)，并采取優(yōu)化噴射系統(tǒng)結構措施提高霧化質(zhì)量，提高燃燒效率。目前，智能化的電子控制噴射柴油機已開始裝船應用。

10、替代燃料。近年來，傳統(tǒng)能源供應趨緊、溫室氣體減排壓力不斷增大，發(fā)展替代能源已成為世界共識。大力發(fā)展替代能源、改善能源結構已成為保障我國能源安全的必然選擇。乙醇與汽油以一定比例的混合作為汽油機的燃料，在技術上已經(jīng)成熟，且在國內(nèi)外的實際應用中已取得了良好的效果。而將乙醇和柴油混合作為柴油機的燃料隨著對柴油機環(huán)保標準的提高和節(jié)約替代石油資源的需要，也越來越引起重視。燃用乳化柴油燃油消耗率比燃用純柴油時低，并且隨著乳化油中摻水量的適量增加，節(jié)油率也增加，經(jīng)濟性得到一定的改善，而且NOx的排放比燃用純柴油有很大幅度的降低，煙度也有較大程度的下降。

11、優(yōu)化管理。在航行中，為確保柴油機處于良好的工作狀態(tài)，提高經(jīng)濟性，在柴油機的日常管理中可以適當優(yōu)化，如根據(jù)柴油機的溫度和燃燒方式進行合理選擇燃油；按不同船舶及貨源情況選用75%～80%nb（標定轉(zhuǎn)速）作為長期運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，降低燃油耗量；合理選擇冷卻系的溫度；按柴油機特性選擇工況等。

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