馬曉鵬船用柴油機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

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1、 第一章 緒論 O引 言 現(xiàn)代船舶工業(yè)是典型的綜合加工裝配工業(yè)，是綜合工業(yè)之首。船舶工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)97個(gè)產(chǎn)業(yè)有直接的消耗，還直接為我國能源運(yùn)輸、國際航運(yùn)、海洋開發(fā)等產(chǎn)業(yè)提供必要的裝備，形成了國民經(jīng)濟(jì)中一條重要的產(chǎn)業(yè)鏈 (如圖1所示)。 圖1船舶工業(yè)殛船舶配套產(chǎn)業(yè)鏈 據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，船舶產(chǎn)品的價(jià)值平均構(gòu)造比例為：造船30％，原材料20％，配套設(shè)備50％。由此舶配套設(shè)備對(duì)船舶工業(yè)發(fā)展的重要性。船舶柴油機(jī)是船舶最主要的配套設(shè)備，它應(yīng)用于船舶推進(jìn)動(dòng)力裝置和船舶電站，在船舶總成本中分別占lO％一15％和3％一5％，因此，建設(shè)能提供性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、品種齊全、數(shù)量充足產(chǎn)品的船舶

2、柴油機(jī)制造業(yè)，對(duì)我國船舶工業(yè)快速、持續(xù)、健康發(fā)展是不可或缺的。 目前我國造船業(yè)的國內(nèi)配套率不到40％，船舶配套落后于造船，作為船舶配套核心產(chǎn)品之一的船舶柴油機(jī)，配套率更低，主要是直接從國外購買原裝機(jī)或采用國外引進(jìn)許可證生產(chǎn)的產(chǎn)品，沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、關(guān)鍵技術(shù)受制于人，已成為影響我國船舶發(fā)展的重要瓶頸。 1國內(nèi)外船舶柴油機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1．1船舶低速柴油機(jī)的發(fā)展 從全球低速機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率來看，在以低速機(jī)為主機(jī)的2 000噸以上船舶上，MAN—B&W公司和WAR600—80080mm，功率1 kW。TSILA—SULZER公司的低速機(jī)產(chǎn)品占世界份額的90％以上，缸徑260—980 近年來，

3、MAN—B&W公司通過向日本、韓國、中國的柴油機(jī)生產(chǎn)廠轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)許可證，得到了迅速發(fā)展。2001年至2004年，該公司已生產(chǎn)的或已汀貨的低速柴油機(jī)已達(dá)到1080臺(tái)，其中日本制造的占44％，韓國占43％．中國占13％。 國內(nèi)有三家低速機(jī)制造企業(yè)，分別為滬東重機(jī)股份公司、大連船用柴油機(jī)廠、宜昌船舶柴油機(jī)廠，2005年三家的產(chǎn)量分別達(dá)到70臺(tái)／114萬馬力、39臺(tái)／60萬馬力和18臺(tái)／20萬馬力。其主導(dǎo)產(chǎn)品是船舶低速大功率柴油機(jī)，生產(chǎn)所用專利技術(shù)是從丹麥B&W公司和芬蘭WARTSILA—SULZER公司引進(jìn)，按產(chǎn)品產(chǎn)量定期支付專利使用費(fèi)，主要為國內(nèi)幾大船廠生產(chǎn)的干散貨船、特大油船、集裝箱運(yùn)輸船等配套

4、。目前滬東重機(jī)、大連船用柴油機(jī)廠已進(jìn)人世界十大低速船用柴油機(jī)造機(jī)企業(yè)的行列。盡管近幾年我國船舶低速柴油機(jī)生產(chǎn)已有較快發(fā)展，但我國造機(jī)企業(yè)與世界前三名造機(jī)企業(yè)的差距還非常大，企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力仍較弱，主要差距見表1。 表1 我國造機(jī)企業(yè)與世界先進(jìn)企業(yè)的主要差距 1．2船舶中速柴油機(jī)的發(fā)展 國外著名的中速柴油機(jī)制造廠家主要有德國MAN—B&W、芬蘭Wartsila、德國MTU、美國CaterHyundai、日本洋馬和大發(fā)等公司。這些公司的中速柴油機(jī)都形成了系列化，缸徑一般為160—280mm，氣缸數(shù)為5—9缸，單缸功率在100—300kW之間，整機(jī)功率在450—3000 kW之間，可滿足大

5、中型船舶的副機(jī)、中小型船舶的主機(jī)以及陸用電站的市場(chǎng)需求。 當(dāng)前，國外船舶大功率中速柴油機(jī)平均有效壓力為2．4—3．0MPa，最高燃燒壓力16—21 MPa，最高噴油壓力160—180MPa，燃油耗率170～180g／kWh，單缸功率2010 kW，大修期為18000-24000 h。 MAN—B&W公司的船舶中速機(jī)產(chǎn)品最具有代表性，其產(chǎn)品分為L(zhǎng)16／2d-，L21／31，L27／38功率覆蓋范圍為450—2970 kW(見表2)，主要用于三大主力船型(油船、集裝箱船以及散貨船)的發(fā)電副機(jī)，基本滿足了三大主力船型的市場(chǎng)需求，市場(chǎng)銷售情況良好。 表2 MAN—B&W公司的三大系列船舶中速機(jī)

6、 目前，我國船舶中速機(jī)70％直接購買國外進(jìn)1：3原裝機(jī)，其余30％幾乎都是國外許可證技術(shù)制造的產(chǎn)品，技 術(shù)依賴于國外，沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。國產(chǎn)中速機(jī)技術(shù)水平落后，僅用于漁船、內(nèi)河航行船舶等，進(jìn)不了主流 場(chǎng)。我國中速柴油機(jī)的廠家有：鎮(zhèn)江船用柴油機(jī)廠、陜西柴油機(jī)廠、新中動(dòng)力機(jī)廠、安慶船用柴油機(jī)廠、淄博柴 油機(jī)廠、滬東重機(jī)股份公司等，國內(nèi)中速機(jī)產(chǎn)品系列繁多，缸徑分布密集，功率分布范圍狹小，大功率機(jī)較少，且 功能單一。主要生產(chǎn)缸徑160～400mm、單機(jī)功率147—9 900kW、轉(zhuǎn)速500—1400r／rain的中速柴油機(jī)。 目前，鎮(zhèn)江柴油機(jī)廠的年生產(chǎn)能力為200臺(tái)，陜西柴油機(jī)廠為150

7、臺(tái)，新中動(dòng)力機(jī)廠為80臺(tái)，安廠為50臺(tái)。最近，船舶重工集團(tuán)七一一所和芬蘭Wartsilit公司在上海合資成立W／trtsila一齊耀柴預(yù)定年生產(chǎn)船舶中速機(jī)能力為250臺(tái)，產(chǎn)品全部進(jìn)人Wartsila公司全球銷售網(wǎng)絡(luò)。 近20年通過技術(shù)合作、專利或許可證引進(jìn)及自主開發(fā)研制，船舶電站各組成設(shè)備在國內(nèi)已經(jīng)形成了一定的生產(chǎn)能力。但目前由于船舶電站系統(tǒng)不能成套供貨、缺少系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)并缺少系列化產(chǎn)品，因此無法與國際廠成套設(shè)備供貨相抗衡。 雖然造船的發(fā)展為中速柴油機(jī)的發(fā)展提供了巨大空間，但受諸多客觀條件限制，中速柴油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展能力有限。主要原因是國家資本投入不足；造機(jī)企業(yè)沒有與造船企業(yè)同步規(guī)劃、同步投

8、人；生產(chǎn)模式落后，有專業(yè)化生產(chǎn)廠；加工手段落后，成套能力低；--輪配套能力差，國產(chǎn)化率提高慢；生產(chǎn)能力相對(duì)滯后，不能適應(yīng)大規(guī)模、高效率的生產(chǎn)需要。 2船舶柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 隨著國際船舶配套技術(shù)飛速發(fā)展，世界上各大船舶柴油機(jī)公司在近幾年內(nèi)陸續(xù)推出的新型船舶柴油機(jī)，均大量采用了最新的科技成果和新的設(shè)計(jì)理念，如模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、高效率增壓技術(shù)、高壓燃油噴射技術(shù)、燃燒和排放控制技術(shù)、智能技術(shù)等。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 (1)船舶柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù) 柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展不僅要求提高綜合效率，而且要求提高柴油機(jī)整體性能及在各種工況下的適應(yīng)性。主要研究?jī)?nèi)容：船舶柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)總體匹配設(shè)計(jì)技術(shù)研究；模

9、塊化設(shè)計(jì)技術(shù)研究；船舶柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)集成優(yōu)仿真技術(shù)研究。 (2)船舶柴油機(jī)虛擬設(shè)計(jì)研發(fā)技術(shù) 虛擬技術(shù)將用于船舶柴油機(jī)設(shè)計(jì)、制造、裝配、運(yùn)行和維修的全過程。以發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，應(yīng)用“數(shù)字樣機(jī)”、“虛擬試驗(yàn)”、“虛擬制造”等相關(guān)軟件、技術(shù)和手段，開展船舶柴油機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)研究。實(shí)現(xiàn)船舶柴油機(jī)從以試驗(yàn)為主的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向“預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)變。 (3)智能化電子控制技術(shù) 開展柴油機(jī)電控系統(tǒng)開發(fā)及工程化應(yīng)用技術(shù)、電子控制系統(tǒng)(ECS)、電子調(diào)速器設(shè)計(jì)技術(shù)、電控泵運(yùn)行電子管理系統(tǒng)等方面的研究。 (4)船舶柴油機(jī)可靠性技術(shù) 柴油機(jī)零部件(或模塊件)將有更高水平的發(fā)展，尤其是燃燒室零件和運(yùn)動(dòng)摩擦副的可靠性將

10、備受重視因此，需開展可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、摩擦磨損技術(shù)、故障分析診斷等方面的研究。 (5)船舶柴油機(jī)代用燃料技術(shù) 大功率柴油機(jī)動(dòng)力的燃料將向多元化發(fā)展，可使用重油、渣油和各種清潔燃料等。對(duì)于LNG、LPG等燃料運(yùn)輸船，開展可方便利用所運(yùn)輸?shù)娜剂系膯稳剂匣螂p燃料氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。 (6)全生命周期經(jīng)濟(jì)性和低排放技術(shù) 開展船舶柴油機(jī)性能及燃燒技術(shù)研究，重點(diǎn)突破高增壓技術(shù)、高壓共軌燃油噴射技術(shù)、高效燃燒技術(shù)等解決船舶柴油機(jī)低負(fù)荷性能和全工況乃至全生命周期經(jīng)濟(jì)性的問題。結(jié)合船舶柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)型式、工作要求、運(yùn)行環(huán)境以及燃料種類等多種實(shí)際情況，開展大功率柴油機(jī)噴水燃燒、廢氣再循環(huán)(EGR)、NO：還原等排放控

11、制技術(shù)研究，以滿足世界環(huán)境保護(hù)提出的更進(jìn)一步的嚴(yán)格要求。 3船舶柴油機(jī)需求分析 近年來，亞洲船廠的接單量幾乎控制了整個(gè)世界船市，僅韓國、日本和中國三國船廠的接單量就占世界接單總量的90％。2004年世界船舶完工量達(dá)到了6190萬載重噸，再創(chuàng)歷史新高，而其中韓國、Et本和中國三國船廠的船舶完工量占世界總量的88％左右。三國船廠的船舶完工量見表3。 表3韓、日、中近年船舶完工量一覽表 萬載重噸 資料來源：克拉克松研究公司從2000年到2004年的5年間，中國造船產(chǎn)量年均增長(zhǎng)26％，尤其是近3年中國造船產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率超過45％，大大高于同期世界造船的發(fā)展速度。2004年，中國完成

12、造船產(chǎn)量占世界造船總量的14％，造船完工量和手持訂單量均創(chuàng)歷史新高。2005年中國造船完工量約占世界造船總量的17％，連續(xù)11年列世界第三。我國規(guī)劃中的造船量見表4。造船產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)的同時(shí)，也帶來了國內(nèi)船舶配套市場(chǎng)的需求急劇上升。 表4全國規(guī)劃的造船量 萬載重噸 3．1船用低速柴油機(jī)的需求 低速柴油機(jī)已成為全球民用船舶主要的推進(jìn)動(dòng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年全球建造完成2 000載重噸以上民船用低速機(jī)715臺(tái)，共計(jì)1511萬馬力。根據(jù)有關(guān)部門的資料統(tǒng)計(jì)，我們對(duì)2002—2005年的全國低速機(jī)需求量和實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行了比較，見表5。由表5可以看出，隨著我國船舶制造量的快速躍升，低速柴油機(jī)的

13、缺口越來越大。 表5全國船舶配套低速機(jī)的需求產(chǎn)量比較表 圖2全國低速柴油機(jī)產(chǎn)能缺口 根據(jù)表4所示的2010年、2015年的全國規(guī)劃造船量，測(cè)算出屆時(shí)我國船舶配套主機(jī)的需求量如表6所示。各生產(chǎn)廠家的發(fā)展規(guī)劃，隨著產(chǎn)能的逐步提升，我國船用低速柴油機(jī)在2010年將可能出現(xiàn)供大于求的局面 表6全國船舶配套低速機(jī)需求預(yù)測(cè)表 萬馬力 3．2船用中速柴油機(jī)的需求 船用中速機(jī)，主要是指應(yīng)用于包括三大主力船型在內(nèi)的各類船舶發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)，并同時(shí)覆蓋幾千噸級(jí)船用主機(jī)，轉(zhuǎn)速在400—1200 r／min之間的各擋功率柴油機(jī)。表7列出了預(yù)測(cè)的除內(nèi)河航運(yùn)船舶外的各類大中型船舶對(duì)船用中速柴

14、油機(jī)的需求量。 表7國內(nèi)大中型船舶對(duì)中速船用柴油機(jī)需求預(yù)測(cè) 根據(jù)內(nèi)河航運(yùn)船舶制造總量，預(yù)測(cè)內(nèi)河航運(yùn)船舶用中速柴油機(jī)需求量，見表8。目前內(nèi)河航運(yùn)船舶絕大部采用國產(chǎn)柴油機(jī)，價(jià)格便宜，但產(chǎn)品檔次較低。 表8 內(nèi)河航運(yùn)船舶用中速柴油機(jī)需求預(yù)測(cè)表 從我國船舶業(yè)的發(fā)展情況看，船舶市場(chǎng)的需求受航運(yùn)市場(chǎng)狀況、世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)等多種因素的影響，具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)。近年來，制約中國造船業(yè)未來發(fā)展的最大障礙是配套行業(yè)不完備、產(chǎn)能滿足不了需求。在造船產(chǎn)量大幅度攀升情況下，盡管國產(chǎn)主機(jī)產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，但是國產(chǎn)主機(jī)裝船率進(jìn)一步下降，2002年降至56％，前只有40％左右，中國所需造船裝備大部分靠進(jìn)口。而日、韓的

15、主機(jī)裝船率都在85％以上。與之相比，中國在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)上并未明顯落后，但由于工藝裝備實(shí)力普遍不足，有些關(guān)鍵零部件還要依賴進(jìn)口，而且產(chǎn)能也滿足不了需求。 4船舶柴油機(jī)發(fā)展目標(biāo)、思路及基礎(chǔ) 4．1發(fā)展目標(biāo) 由于我國船舶柴油機(jī)與國外先進(jìn)水平存在很大差距，因此必須大力發(fā)展我國造船工業(yè)，實(shí)現(xiàn)世界第一造船大國的目標(biāo)，我國船舶柴油機(jī)必須堅(jiān)持走“引進(jìn)一消化一吸收一再創(chuàng)新”的國產(chǎn)化技術(shù)創(chuàng)新之路，加快船舶配套動(dòng)力的發(fā)展。船用大功率低速柴油機(jī)重點(diǎn)開發(fā)缸徑為980、1080毫米14缸的單機(jī)功率分別為10．8萬馬力、13．2萬馬力的超大型低速柴油機(jī)和船用大功率智能型低速柴油機(jī)等產(chǎn)品的試制，形成完整的產(chǎn)品系列。

16、我國中速機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展重點(diǎn)是在加強(qiáng)引進(jìn)生產(chǎn)許可證柴油機(jī)技術(shù)的消化吸收基礎(chǔ)上，開展制造工藝的優(yōu)化，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，突破關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高水平中國品牌機(jī)，在此基礎(chǔ)上不斷實(shí)現(xiàn)自主品牌中速柴油機(jī)產(chǎn)品系列化，提高國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，改變目前我國民用船舶中速機(jī)市場(chǎng)由引進(jìn)機(jī)占主導(dǎo)地位的局面，真正實(shí)現(xiàn)國輪國配、國輪國造。 4．2發(fā)展思路 船用低速柴油機(jī)：通過引進(jìn)技術(shù)消化吸收和國產(chǎn)化研制，在部分配套件上實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，過渡到與國外合作開發(fā)新機(jī)型。技術(shù)上，重點(diǎn)開展國外引進(jìn)專利技術(shù)低速機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝的消化研究，提高國產(chǎn)化率；開展低速機(jī)關(guān)鍵部套件的開發(fā)研制，加緊增壓器、燃油系統(tǒng)、軸瓦、曲軸等主要

17、部套件的設(shè)計(jì)開發(fā)和研制生產(chǎn)；加強(qiáng)對(duì)低速柴油機(jī)的一些特有技術(shù)，如經(jīng)濟(jì)性、排放、故障診斷、電液控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化吸收和研究。 船用中速柴油機(jī)：國內(nèi)研究所聯(lián)合中速機(jī)主機(jī)廠、專業(yè)配套件廠、高校，通過消化吸收引進(jìn)技術(shù)在關(guān)鍵配套件上實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新；過渡到與國外合作開發(fā)新機(jī)型，開展聯(lián)合設(shè)計(jì)，高起點(diǎn)研制首制基本機(jī)型；最后實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的性能指標(biāo)先進(jìn)的國內(nèi)品牌船舶中速機(jī)。技術(shù)上，重點(diǎn)研究和突破船用中速柴油機(jī)的總體優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、重要零部件(如電子調(diào)速器、主軸瓦、連桿瓦、高壓油泵、增壓器等)的設(shè)計(jì)制造技高增壓、高壓共軌燃油噴射、燃燒與排放、模塊化和智能化等關(guān)鍵技術(shù)。 4．

18、3發(fā)展基礎(chǔ) 為實(shí)現(xiàn)中國造船大國、促進(jìn)船舶配套的快速發(fā)展，必須加緊發(fā)展以船舶柴油機(jī)為主的船舶設(shè)備。 我國發(fā)展船舶柴油機(jī)具有較好的基礎(chǔ)和較大的優(yōu)勢(shì)： (1)具備一定的工業(yè)基礎(chǔ) 通過50年來幾代人的艱苦努力，我國船舶柴油機(jī)從無到有，取得了很大的發(fā)展。國家為船舶柴油機(jī)研制成立了專門的科研機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的生產(chǎn)企業(yè)。近些年來，通過國家高新工程項(xiàng)目的實(shí)施，我國主要船舶柴油機(jī)生產(chǎn)廠的生產(chǎn)設(shè)施得到較大的改造、更新，制造能力和水平明顯提高。 (2)引進(jìn)機(jī)一定程度上提高了我國船舶柴油機(jī)的技術(shù)水平 20世紀(jì)70年代末開始，我國引進(jìn)了多型船舶中、低柴油機(jī)，通過引進(jìn)機(jī)的國產(chǎn)化，培養(yǎng)了一支具有相平的基礎(chǔ)研究、工程設(shè)

19、計(jì)開發(fā)的人才隊(duì)伍，也取得了一些科研成果，已基本具備生產(chǎn)世界先進(jìn)水平柴油機(jī)的加工、測(cè)試和配套的能力。和國外相比，制造技術(shù)差距已明顯縮小，只要再加以完善提高，能夠試制、生產(chǎn)更高指標(biāo)的柴油機(jī)。 (3)具備一定的研發(fā)能力與科研條件 經(jīng)過50多年的研究、自主開發(fā)、引進(jìn)消化吸收以及對(duì)科研設(shè)施的投入，我國船舶柴油機(jī)的研發(fā)能力、生產(chǎn)水平得到了較大的提高。近20年來，國內(nèi)科研院所、企業(yè)合作持續(xù)不斷地設(shè)計(jì)、開發(fā)船舶柴油機(jī)，并直接應(yīng)于國內(nèi)市場(chǎng)，積累了一定的船舶柴油機(jī)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，具備了一定的研發(fā)能力，培養(yǎng)了大量的科研人才。 5結(jié)束語 實(shí)踐證明，一個(gè)國家在世界造船市場(chǎng)占有一席之地，強(qiáng)大的國內(nèi)配套業(yè)是必需的基礎(chǔ)。據(jù)了解，日本船廠90％的配套在國內(nèi)完成，韓國的國產(chǎn)配套率也達(dá)到80％，德、英、法、丹麥、挪威等世界航運(yùn)大國更是如此。盡管我國造船業(yè)發(fā)展的步伐很快，但與世界造船強(qiáng)國相比，我們的基礎(chǔ)很落后，對(duì)配套業(yè)來說更是如此。 針對(duì)船舶快速發(fā)展對(duì)動(dòng)力裝置的需求，我國船舶配套行業(yè)應(yīng)抓住船舶動(dòng)力裝置穩(wěn)步增長(zhǎng)的大好機(jī)遇，加強(qiáng)引進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的消化、吸收和改進(jìn)提高，加大技術(shù)刨新的力度，逐步形成一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船舶柴油動(dòng)力裝置產(chǎn)品，真正做到國輪國造和自主配套，早日實(shí)現(xiàn)第一造船大國和造船強(qiáng)國的目標(biāo)。 第二章 內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)尺寸 7