魏明-110108119-高强度船体结构钢焊接工艺.docx

南通职业大学毕业设计（论文）船舶柴油机监测诊断与故障维修毕业设计（论文）类型：毕业设计说明书毕业论文题目： 船舶柴油机的现状及发展趋势学生姓名：丁斌指导教师：专业：船舶工程技术时间：南通职业大学毕业论文 船舶柴油机的现状及发展趋势摘 要通过对大量的调查分析，了解了国内外柴油机的现状及发展情况。首先，详细介绍了第一台柴油机的发明及使用到柴油机的技术发展成熟和广泛适用于各个领域的这一过程。随后详细介绍了现在国内柴油机的现状和国内柴油机的发展所面临的一些问题。柴油机是内燃机的一种。早在17世纪的末叶，就产生了建造内燃机的基本思想，即让燃料在发动机的气缸内燃烧，是燃料的化学能变为热能，然后把热能转变为机械能。在以后一个时期内，有许多发明家不止一次的试图设计和制造内燃机。关键词：柴油机；现状；发展；节能；电控技术；高压共轨技术AbstractThrough a lot of investigation and analysis, to understand the current situation and development of domestic and international diesel engine. First, a detailed description of the invention of the first diesel engine and diesel engine using the technology matures and is widely used in various fields of this process. Subsequently described in detail some of the problems of the development status of the domestic diesel and domestic diesel engine is now facing. The diesel engine is an internal combustion engine. Early in the 17th century last years, it produced the basic idea of the construction of the internal combustion engine, which allows fuel combustion in the engine cylinder, the chemical energy of fuel into heat, then put heat into mechanical energy. After a period within, many inventors have repeatedly attempted to design and manufacture the internal combustion engine.目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论11.1 研究意义11.2 我国研究情况11.3 国外研究情况1第二章 船舶柴油机发展目标、思路及基础32.1 发展目标32.2 发展思路32.3 发展基础3第三章 柴油机技术的发展趋势13.1 推动产品和技术发展的因素13.2 柴油机技术发展方向2第四章 船用柴油机发展趋势34.1 船用柴油机的市场发展34.2 船舶柴油机发展要求34.3 船舶柴油机发展策略3参考文献6致 谢89 第一章 绪论1.1 研究意义如今，我国已成为世界上最大的船舶出口国家之一，造船业得到了巨大的发展，出口量达总量的80%以上，遍布世界100多个国家和地区。世界造船实力不断增强，但中国的造船业却大而不强，船用设备的发展严重滞后。其中，船舶柴油机是船舶枢纽之一，是船舶的“心脏”，其在船舶制造总成本中占1015%的比重。然而，在我国使用的柴油机主要是直接从国外购买的原机或外国产品生产许可证生产的产品。近几年，随着船舶运输业的不断发展，船舶规模的不断过大，大功率柴油机的使用出现了供不应求的状况。然而，由于我国船用柴油机的发展不够现代化，生产技术不够先进，本土化装船率仅为左右。因此，为了使发展中的中国造船业可以更好更快的发展，船用柴油机可以形成更迅速，更完善的产业链，这已经成为整个船舶行业当前发展的重点。本文分析了当前的形势和发展趋势，指出了中国的海洋产业面临着大功率柴油机的问题，以期为国内大功率船用柴油机行业的发展提供参考。1.2 我国研究情况上世纪50年代以来我国船用柴油机的发展经历了从国外引进仿制、自行研发以及从西方等发达国家引进技术等三个阶段。高、中、低速等柴油机已日益完善，目前国产主要机型基本满足了国内的需要。国内外生产的机型很多，可查阅有关资料。近年来，我国造船业的快速发展。高强度船体结构钢大量运用于船舶船体建造，其减少了对钢材的使用,减轻了船体的自身质量,使船舶的行驶速度更快，为节约钢材和减少焊接结构的重量创造了大量条件,降低了船舶生产费用。目前我国正在采用先进科学技术成果,设计独特的结构。同时采用优良性能的高强度钢能可以提高整个船体结构的建造质量。1.3 国外研究情况柴油机是内燃机的一种。在以后一个时期内，有许多发明家不止一次的试图设计和制造内燃机。1879年俄罗斯舰队的海员柯斯托维奇设计了用在飞艇上的汽油发动机。1892年德国工程师鲁道尔夫狄赛尔向柏林的皇家专利局提出了他的发明专利申请。他的基本思想是：在气缸中的纯粹空气将被活塞如此强烈的压缩，致使它所产生的温度远超过所使用的燃料的自燃温度，而燃料输入气缸实在活塞通过上止点之后陆续进行。在1898年TB特陵克列尔创造了按混合燃烧循环工作的不用压缩空气雾化燃料的所谓无气喷射式发动机，并获得了专利证。但这种发动机直到1908年才制造成功，并与1920年大量推行。在四冲程压燃式发动机发展的同时，俄罗斯狄赛尔工厂在1902年至1903年间，开始进行二冲程发动机的试验和研究工作。由于发动机的转速不断提高，对燃料和空气的混合质量要求就越高，因此，在1932年出现了涡流式燃烧室。在19111914Ian间瑞士人别希创始了废气涡轮增压系统，利用废气能量来驱动增压装置。这种增压系统首先只应用在四冲程发动机中，后来由于技术水平的进步，二冲程发动机也能承受较高热负荷，并且随着脉动式废气透平的出现，目前几乎船用柴油机都采用了涡轮增压，并向高增压发展。第二章 船舶柴油机发展目标、思路及基础 2.1 发展目标因为我国船舶柴油机与国外先进水平存在一定的差异，因此必须大力发展我国造船工业，为了实现世界第一造船大国的目标，我国船舶柴油机务必保持着“引进一消化一吸收一再创新”的创新之路，加快船舶配套动力的发展。大功率船用柴油机的试生产应集中在980、1080毫米的14缸动力单元，形成完整的产品系列。2.2 发展思路船用低速柴油机：通过技术消化引进先进的部分，实现自主创新，转变与国外的合作与发展的模式。船用中速柴油机：从引进技术仿制自主创新；过渡到新的模式和国外合作发展，联合设计，所以首款机型起点非常高；最终达成自主设计研发具有自主知识产权的先进的国内品牌船舶中速机。技术上，主要研究和突破船用中速柴油机的总体优化设计技术、重要零部件(如电子调速器、主轴瓦、连杆瓦、高压油泵、增压器等)的设计制造技术以及高增压、高压共轨燃油喷射、燃烧与排放、模块化和智能化等关键技术。全球船舶形势：世界造船业供求矛盾突出、新船订单不断减少、造船成本日益高涨、造船业面临更大的不确定性和巨大的挑战。中国船舶行业：2008年以后，全球范围内船厂的建造订单量下滑，国内部分船企在最近今年没有订单。2.3 发展基础为了实现中国的造船目标，促进海洋设备的迅速发展，船舶设备必须加强对船舶柴油机的发展。在中国，船舶柴油机的发展有着良好的基础和优势：(1)具备一定的工业基础(2)引进机一定程度上提高了我国船舶柴油机的技术水平上个世纪70年代以来，中国引进了多型船舶中、低柴油机，通过引进机的深入研究，造就了一支具有高水平的人才队伍，在科学研究方面也取得了一定的成绩，有基本的处理能力，具备了世界先进水平的柴油机试验和生产。与国外相比，生产技术上的差距已经明显缩小，为改进和完善我国的柴油机技术指标做出了巨大的贡献。(3)具备一定的研发能力与科研条件经过研究，超过半个世纪的发展、消化和吸收的研究设施的引进，国内柴油机的研究和开发能力、生产水平有了显著的提高。在过去的20多年里，国内科研院所、企业继续设计，对柴油机的发展积累了一定的经验，具有一定的研究和开发能力，培养了大量的科研人才。第三章 柴油机技术的发展趋势很多工厂为了节约船舶建造成本，采用新型气体保护焊药芯焊丝，其焊接效果好，不容易产生焊接缺陷。现在，很多船厂为了降低成本、提高进度，它们尽可能减少预热焊接，或者不预热。一些国家因为很好解决了焊接材料的耐吸潮问题对达到一定厚度的高强度钢不进行预热，在室温下也可进行焊接。高强度船体结构钢的焊接可以采用低氢的焊接材料，可以实现焊接的高效率、低成本。总之，我国可以研制与国内高强度船体用钢配套的焊接方法及其不需要预热的焊接材料，可以更好地提升国内高强度船体结构钢的焊接技术水平，提高我国船舶建造的质量与建造水平，增强国际竞争力。当前，国内部分船厂引进了国外先进的平面分段装焊流水线。在造船中最有前景的是采用等离子弧焊接、激光等离子弧焊、激光埋弧焊、真空电子束焊接等。激光焊接是利用原子受激辐射的原理，使工作物资受激而产生的一种单色性好、方向性好、强度很高的激光束。我国也对激光焊接工艺进行了研究，研究表明，等离子大小的稳定性能够实现焊接过程稳定，是优良焊缝成形的关键。埋弧焊在现代造船业中，多丝埋弧焊其自动化程度高，在很大程度上提高了焊接效率。然而，由于埋弧焊的焊接热输入较大大大降低了焊缝的断裂韧性。3.1 推动产品和技术发展的因素当前世界上船用柴油机发展很快，总体来说促使船用柴油经济的发展有三类基本因素l 首要的根本因素是经济效益，即柴油机的发展必须对提高船舶航运的经济性有利。l 第二个因素是整个科学技术的进步。l 第三个因素是激烈的竞争，发展先进和淘汰落后是竞争的两个方面。竞争是发展活跃的表现，有竞争才有协作，才能有进步。3.2柴油机技术发展方向1.提高增压度，提高平均有效压力，增加比功率。2.提高经济性，提高经济性主要包括降低柴油机的油耗和余热利用两个方面。3.使用低质燃料和代用燃料。4.提高可靠性，延长零件的寿命。5.实现自动操纵控制，减少人力操作。6.采用可变喷油定时（VIT）机构。7.采用动力涡轮系统（TCS）。具有一定的机械性能；良好的工艺性能；较好的耐腐蚀性能；适合的使用性能；良好的经济性。第四章 船用柴油机发展趋势4.1船用柴油机的市场发展现在的低速机单机功率可达75 000 kW，中速机达26 500 kW，而高速机达6500 kW。从柴油机的主要企业的市场占有率，为低速机，在最近几年的格局没有改变，总功率的前3位依次是MAN B&W、WartsilaNew Sulzer和日本三菱重工。近年来它们的产量之和平均都在总功率的85以上。中速机的情况每年都有些波动，但上升的趋势。4.2船舶柴油机发展要求首先，是智能化要求。其不断提高平均有效压力和动力，减小重量和体积是船用大功率柴油机主要目标。当今由于船用大功率柴油机平均有效压力不断提高，但随之增大烦人最高燃烧压力，影响了柴油机的可靠性和使用寿命。因此，目前主要通过扩缸和增缸来提高单机功率。1可靠性技术由于船用柴油机的大型化和高指标使得柴油机零部件（或模块件）具有更大的消耗，所以其可靠性备受关注。重点研究包括可靠性设计、摩擦磨损、故障诊断等关键技术。2柴油机整机总体设计技术船用柴油机也应该在各种工作条件下具有优异的综合性能和适应性。因此，在可靠性，经济性的基础上，排放量低、易于维护的船舶柴油机会重点发展，使其结构更紧凑，体积更小，重量更轻，关键技术包括：模块化设计技术、三维CAD设计分析、仿真技术的结构和性能的优化等。4.3船舶柴油机发展策略4.3.1 船舶柴油机的智能化发展为了提高船用柴油机的可靠性和操作灵活性，船用柴油机的的控制要求越来越高；而且随着船舶柴油机领域引进了电子控制技术，船舶柴油机在慢慢向智能化方向发展7。4.3.2 船舶柴油机排放控制技术发展国际海事组织海洋环境保护委员会分别规定了在不同时期和区域NO 、SO 、PM等排放量的限制值以及对燃油含硫量的规定等。 表5-1列出了IMO在不同阶段对NOx的限值8。表 4-1 IMO在不同阶段对NOx的限值国际海事组织（IMO）规定排放量的测量应该按下列ISO8178规定的试验循环来进行的，NOx循环值是由在100，75，50 ，25 以及10 (仅对衡速运行的辅机)负荷下根据E2、E3和D2循环测得的NO 值经加权所得： g/kwh式中：为不同循环时各负荷点的加权系数，见图4-1. 图4-1 E2、E3及D2循环再各工况点下的加权系数船舶柴油机排放控制措施，分为机内控制(一次控制)和机外控制(二次控制)9。机内控制，是指在可燃混合气燃烧之前采取的降低污染物排放的措施，包括：机内、机外废气再循环技术(EGR)；优化柴油机结构参数和运行参数；湿法降低NO 技术；添加燃油添加剂等。采取高压共轨燃油喷射(共轨压力200 MPa)、先进增压器及增压系统(可调增压器、大增压器效率7072、增压压力0.5MPa、两级增压06MPa、相继增压系统等)、可调气门正时、低排放燃烧、以及清洁燃料燃烧等内部技术，大幅度降低发动机排放，可使NO 排放比IMO TierI降低30以上，达到TierII的要求。机外控制，是在机内控制基础上，进一步降低排放量，要求所采取的措施，包括：氧化催化器、尾气颗粒净化器、选择性催化还原技术(SCR)，废气洗涤法等，还可以满足Tier III及更高的排放法规的要求10。解决这两个关键技术，我国船舶柴油机将会有一个质的飞跃。所以在未来30年内船舶柴油机将以较大的步伐继续发展，面对新的形势，必须加强诸如高压共轨技术、低排放技术和智能化技术的研究。参考文献1 贾新光.透析车界M.北京.人民交通出版社，2010.92 余志生.汽车理论M.北京.机械工业出版社，2013.63 任恒山.现代汽车概论M.北京.人民交通出版社，2011.14 高延龄.汽车运用工程M.北京.人民交通出版社，2010.55 赵英勋，刘明.汽车检测与诊断技术M.北京.机械工业出版社，2013.36 郑力凡主编酷车M.北京.北京理工大学出版社 ，2008.57 万沛霖 著.电动汽车的关键技术M.北京.北京理工大学出版社，2011.12 8 吴铁庄 著.电动车辆及其使用与维修M.北京.人民邮电出版社.2012.5 9 陈全世，仇斌，谢起成著.燃料电池电动汽车M.北京.清华大学出版社，2011.510中国机械工业联合会，主办单位中国汽车工业销售总公司 .中国汽车市场J,2008.10 11姚寿广 肖民，陈宁，马哲树，船舶大功率柴油机的技术发展现状与展望J,华东船舶工业学院学报，2013，17(5)12张南林，舰船柴油机技术现状及发展趋势J,舰船柴油机技术现状及发展趋势2010,32（1）13黄胜军，赵玺，船用二冲程低速机技术进展