提高动力装置经济性的措施（船舶管理课件）

任务三

提高动力装置经济性的措施

能力目标：

1、了解船舶高效节能型柴油机的选用。2、掌握船舶船、机、桨的匹配性能。3、了解螺旋桨的推进效率的特性。4、了解船舶动力装置的余热利用。学习任务：了解船舶的常用经济航速的分类，并根据图表判断最佳经济航速。授课方式：知识介绍随着汽车保有量的不断增加和石油储备量的减少，石油危机的问题越来越警示人们，请节约能源。与汽油机相比，柴油机拥有较高的热效率和更广阔的应用范围，自七十年代以来，由于柴油机燃油大幅度涨价，燃油费用支出约占船舶营运成本的50%，使得很多研究者长期致力于提高柴油机经济性的研究。而现代船用柴油机近十多年在提高经济性方面取得的成效超过了过去几十年，各种节能措施相继出现并日趋完善。任务三

提高动力装置经济性的措施一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施（一）节能型柴油机的参数和结构特征

目前新型船用低速柴油机的活塞平均速度在8.3-8.6m/s，平均有效压力高达2.1M最大燃烧压力在15-16M，而燃油消耗率为171-174g/(kW·h)，其动力性和经济性已经达到了相当高的水平。除大缸径柴油机外，对于超长行程柴油机其S/D值都已达到4.0-4.4的数值。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施合理选择工作过程参数，提高柴油机热效率的措施提高压缩比提高过量空气系数a和喷射压力Pinj提高扫气效率提高增压器效率提高低工况时的热效率一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(1)提高压缩比

有效压缩比在14以上，几何压缩比在18以上，使爆发压力pmax。提高到14.2MPa，平均有效压力达2.0MPa。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)提高过量空气系数a和喷射压力Pinj

采用大的燃烧过量空气系数a（2.4-2.5)和较高的喷射压力Pinj（可达100-140MPa），使燃烧完善，燃烧持续期只有40°CA左右，燃烧在上止点前1°CA以内开始，燃烧放热规律的形态如一等腰三角形。燃烧过程更接近于等压燃烧，压缩终点压力与最高爆发压力之差为1MPa左右，燃烧比较平稳。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(3)提高扫气效率

为了提高循环效率，不仅采用高的有效压缩比，而且排气阀定时延迟关闭，使缸内膨胀比大于压缩比，可使扫气效率和循环效率提高。缸内气体最高温度Tmax约为1600K，因此缸壁散热的冷却损失大为减少，即使在缸径较小（如D=350mm）的低速柴油机中，气缸冷却损失为燃油热量的6%左右，而中冷器带走的热量为燃油热量10%以上。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(4)提高增压器效率

提高过量空气系数a和排气阀滞后关闭，使涡轮前的废气温度tr降低，废气能量下降，在标定工况时，tr最低时为380°C左右。为了满足扫气压差及气缸进气量的要求，需要采用效率ῃTK较高的废气涡轮增压器，所以废气涡轮增压器的压比与总效率ῃTK是随着增压度的提高而不断提高的，目前非冷却高效涡轮增压器，其ῃTK已由65%提高到72%-75%。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(5)提高低工况时的热效率为使柴油机适应特殊船舶的航行方式，提高低工况时的热效率，RTA-T型柴油机同时配合使用可变排气阀关闭(VariableExhaustValveClosing)和可变喷油定时（VariableInjectionTime，简称VIT）两种装置。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(5)提高低工况时的热效率可变排气阀关闭装置是在100%-80%MCR功率之间运行，在部分负荷下提前关闭排气阀，让压缩压力pc

和pmax保持恒定；可变喷油定时(VIT)装置，是在80%-65%MCR功率时起作用，将喷油定时提前而使pmax持不变。二者配合应用，耗油率最大可下降5g/(kW．h)。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施2．减小发动机重量和尺寸方面的措施

RTA-T和SMC-C柴油机在提高单缸功率的同时，还进行结构优化，使重量和尺寸都有大幅度下降。如SRTA58T比相同功率的5RTA62U长度由7855mm缩短为6960mm．而单机净重由330t降为280t；6S60MC-C比6S60MC长度由8723mm缩短为7987mm，单机重量由391t降为345t。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施（二）节能型柴油机的选用

1．常规柴油机的特点(1)二冲程柴油机的应用一般对船用主机来讲，经济性、可靠性和使用寿命是第一位的，重量和尺寸是第二位的。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(1)二冲程柴油机的应用低速二冲程柴油机因其效率高、功率大、工作可靠、寿命长、可燃用劣质油以及转速低等优点适于作船舶主机使用，其在船舶上与螺旋桨的连接情况一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(1)二冲程柴油机的应用一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(1)二冲程柴油机的应用柴油机的动力直接通过轴系传给螺旋桨，这种传动方式称为直接传动。在这种传动方式中，主机和螺旋桨之间除了传动轴系外，没有减速和离合设备，运转中螺旋桨和主机始终具有相同的转向和转速。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(1)二冲程柴油机的应用主要优点：

①结构简单，维护管理方便。只要安装时定位正确，平时管理中注意润滑、冷却，一般不会出现大问题。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(1)二冲程柴油机的应用主要优点：②经济性好，传动损失少，传动效率高。主机多为耗油率低的大型低速柴油机。螺旋桨转速较低，推进效率较高。

③工作可靠，寿命长。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(1)二冲程柴油机的应用其缺点是：

整个动力装置的重量尺寸大，要求主机有可反转性能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机最低稳定转速的限制一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)四冲程柴油机的应用根据四冲程柴油机的工作特点，对于大功率四冲程中速柴油机因其尺寸与重量小较适于作为滚装船和集装箱船的主机，但由于其转速较高，为满足螺旋桨低转速的需求，在其与螺旋桨间须加装减速齿轮箱。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)四冲程柴油机的应用减速齿轮箱一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)四冲程柴油机的应用柴油机和螺旋桨之间的动力传递除经过轴系外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）相连接，这种连接方式称为间接传动。由于柴油机与螺旋桨之间增加了中间设备，会消耗一定的柴油机功率，因此使传动效率降低。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)四冲程柴油机的应用间接传动方式还有以下优点：①主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制。只要适当选择减速比，就可使主机的转速适应螺旋桨的转速要求。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)四冲程柴油机的应用间接传动方式还有以下优点：②轴系布置比较自由。主机曲轴和螺旋桨轴可以同心布置也可以不同心布置，以改善螺旋桨的工作条件。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)四冲程柴油机的应用间接传动方式还有以下优点：③在带有倒、顺车离合器的装置中，主机不用换向，使主机结构简单、工作可靠、管理方便、机动性提高。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)四冲程柴油机的应用船舶发电柴油机（称副机）因其发电机要求功率不大，转速较高以及结构简单，因而一般均采用中、高速四冲程筒形活塞式柴油机。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施2．智能柴油机的特性

与传统的机械控制系统相比，电子控制技术具有控制精度高、控制功能多、适应性强且调试方便等一系列优点。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施2．智能柴油机的特性目前，电子控制设备及软件已经应用于船舶柴油机，并成为船舶柴油机的基本组成部分，世界上主要的船舶柴油机制造商都推出了自己的电控柴油机。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施2．智能柴油机的特性预计在未来的10年里，电子控制式柴油机将逐步取代传统的机械控制式柴油机，成为船舶柴油机的主流机型。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施2．智能柴油机的特性与传统机械控制式柴油机相比，其主要特点。

(1)很强的运转适应性(2)足够的可靠性(3)多种操作模式

(4)完善的状态监测和控制系统

一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(1)很强的运转适应性表现在燃油喷射系统上。

①能够自由地选择喷射压力。②精确地控制燃油喷油量。③可独立地控制喷油正时和喷油速率变化，实现预喷射和多次喷射，达到理想的喷油规律。④燃料适应性好。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(2)足够的可靠性

足够的可靠性是指发动机具有更长的寿命和维修周期，在整个发动机使用过程中具有很低的故障率和良好的维修性能，并且在整个使用期间发动机的性能维持不变。

一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(3)多种操作模式

各种不同的操作模式是指可以根据不同的要求由操作者选择机器的运转模式，如经济性模式、排放控制模式、低负荷运转模式等，并保证发动机一直处于最优化状态运转。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施(4)完善的状态监测和控制系统

完善的状态监测和控制系统主要包括一体化的速度控制设备，在线的柴油机故障诊断系统，活塞工作和燃烧可靠性的监测及对气缸注油率的优化等。能够在线监测柴油机的运转状况，确保各缸的负荷均匀分布，防止发动机超负荷，在故障发生前能够早期报警并启动处理程序。一、选用高效节能型柴油机任务三

提高动力装置经济性的措施3.双燃料柴油机的特性双燃料柴油机是指其工作燃料除了燃油外还可以添加其他气体燃料共同工作的柴油机。3.双燃料柴油机的特性任务三

提高动力装置经济性的措施ME-GI柴油机可实现以下四种操作模式。

(1)双燃料经济操作模式

(2)低NOx排放模式

(3)部分负荷排放模式

(4)特殊排放操作模式3.双燃料柴油机的特性任务三

提高动力装置经济性的措施(1)双燃料经济操作模式双燃料模式又包括三种情况：①先导油量最小的“双燃料模式”，即正常模式。②气体固定模式。③全燃油模式。二、提高船、机、桨的匹配性能任务三

提高动力装置经济性的措施1．船、机、桨的能量关系船舶推进装置是把燃料在主机内燃烧所得到的热量转换成螺旋桨产生的推力，克服船舶阻力使船舶运动的一套装置。二、提高船、机、桨的匹配性能任务三

提高动力装置经济性的措施1．船、机、桨的能量关系①船舶主机。工作实质是消耗燃油并输出扭矩。②传动设备。把发动机传来的机械能传递到螺旋桨。③螺旋桨。它接受传动设备传递来的扭矩，把它转换成加速液体的液力能。④船体。它接受推进系统轴系传递来的推力，克服船体的各种阻力，使船体以一定的速度前进或后退。二、提高船、机、桨的匹配性能任务三

提高动力装置经济性的措施1．船、机、桨的能量关系二、提高船、机、桨的匹配性能任务三

提高动力装置经济性的措施2.船体的阻力特性二、提高船、机、桨的匹配性能任务三

提高动力装置经济性的措施2.船体的阻力特性降低船舶阻力，可采用以下两种方法。

①改进船型等设计，减少航行水阻力。

②改进适航性能，减少船体运动阻力。二、提高船、机、桨的匹配性能任务三

提高动力装置经济性的措施3．利用主机减额输出方式选配柴油机减额输出的实质是配置较大功率的柴油机产生较小的输出功率，即用增加初投资换取节油收益。二、提高船、机、桨的匹配性能任务三

提高动力装置经济性的措施4．主机经济选型

船舶主机选型是根据船舶设计任务书中的技术要求以及船体设计所提供的资料来进行的，和螺旋桨的设计密切相关，也包括推进装置设备的选型等。三、提高螺旋桨的推进效率任务三

提高动力装置经济性的措施1．采用低转速、大直径螺旋桨，提高推进效率在常用航速范围内，桨转速降低1%，在航速及载货量不变的条件下，可减少油耗0.2%-0.3%。2．选配节能型螺旋桨除采用低转速、大直径螺旋桨以提高推进效率外，还可采用导管螺旋浆、可调螺距螺旋桨等节能型螺旋桨，针对不同的船型以提