當代船用柴油機

當代船用柴油機

二戰結束后，船用柴油機經歷了新一輪的發展，性能不斷提高。從上世紀40年代--70年代，大功率低速船用柴油機繼續向大缸徑、大功率方向發展，同時進一步提高進氣壓力和氣缸工作壓力，加大氣缸排氣量。在柴油機結構上廣泛使用了焊接結構，降低結構重量，普及渦輪增壓，使用劣質燃油，提高經濟性，這些都使柴油機技術有了飛躍發展。在缸徑方面，1956年只有740--760毫米，單缸功率只有1200-1400馬力；1960年達到840--900毫米，單缸功率達2100-2300馬力；1965年缸徑達930毫米，單缸功率2750馬力，1970年，缸徑超過1米（達1060毫米），單缸功率超過4000馬力，1977年達到4600馬力。船用柴油機進入了黃金年代，在民船上完全取代了蒸汽動力。

1970年代以后，爆發了兩次石油危機，原油價格急劇上漲，運輸成本不斷提高，對燃油經濟性的要求日顯突出，柴油機主要以提高單機功率、降低比重量以及提高可靠性和經濟性為主要改進方向。
1980年后，世界柴油機市場向巨頭集中。1980年，德國曼公司收購丹麥B&W公司，1997年芬蘭瓦錫蘭公司與瑞士蘇爾壽公司合并，實現了強強聯合。各大柴油機公司經過了一輪新的整合，優勝劣汰之后，技術水平不斷提高，機型有所減少。在技術方面，除繼續增大單缸功率外，電子控制技術也在柴油機上得到廣泛應用，燃油噴射、排氣閥驅動、增壓、氣缸潤滑等都可由全電子驅動，柴油機的電子化、信息化和智能水平不斷提高，熱效率進一步提高，并不斷滿足更高的排放標準要求。

1） 低速船用柴油機

低速船用柴油機的特點是轉速低（低于350轉/分）、缸徑大、沖程長、輸出功率大，多用于1萬馬力以上的柴油機。低速柴油機結構上一般采用直列氣缸、二沖程、多缸并聯、十字頭結構，具有大氣缸，長行程，高壓縮等特點。現代低速柴油機的平均工作壓力可達1.90-1.95兆帕，油耗為170克/千瓦小時以下，效率最高可達55%，壓縮/缸徑比最大可達4.2。低速機一般可直接驅動大直徑螺旋槳，能實現反轉，省去了齒輪減速箱等傳動要求，降低了成本，加之可以使用低質燃料油，運營成本遠低于其它種類發動機。在大型商船上，低速柴油機裝量占絕對統治地位。目前幾乎世界上所有的大型商船都使用柴油機驅動。

根據預測，最近幾年世界低速船用柴油機市場每年有4250萬馬力的需求。MAN B&W的MC系列和瓦錫蘭的Sulzer RTA系列兩大機型在低速船用柴油機方面占據絕對壟斷地位，其中MC系列占有率在80%以上，RTA系列10%左右，而其它廠商很少。兩大公司多采用專利授權生產方式，提供技術和圖紙，由柴油機公司或船廠進行生產，包括我國在內的眾多生產廠都需要向兩大公司繳納高昂的專利費。

曼公司在1980年收購B&W公司后，將低速船用柴油機的研發工作從德國的奧克斯堡全部搬到丹麥哥本哈根，開始研發MC系列柴油機。MAN B&W于1982年生產出第一臺L35MC樣機，1983年9月開始測試。MAN公司看準了船用柴油機的發展勢頭，陸續形成了缸徑260毫米，420毫米，460毫米和980毫米等不同等級MC系列，沖程-缸徑比達到2.44-4.2:1，汽缸數量從4缸-14缸，最大單缸功率6000千瓦（8000馬力以上）。MC系列柴油機可滿足各類大型船舶推進的要求。MAN B&W公司的柴油機型號如6K80MC-C、6S70MC，其中的字母和數字的含義為：

最前面的數字表示的是柴油機的氣缸數，如“6”表示此柴油機共有6個氣缸；

氣缸數后面的S,L,K表示的是沖程與缸徑的比值。S表示超長沖程，L表示長沖程， K表示一般沖程；

S、L、K后面的數值80，70表示柴油機的缸徑為80，70厘米； 

M表示的是柴油機的系列號；

M后面的C表示柴油機是機械控制式的，E表示柴油機是電子控制式的； 

“－”后面的C表示的是整裝式柴油機。

14K98ME-C為該公司的龍頭產品，輸出功率84280千瓦（11.5萬馬力），是世界上已知輸出功率最大的船用低速柴油機，但未見其裝船的報道。2010年后，MAN B&W更名為曼·丹麥公司，完成了去B&W化的工作。

芬蘭瓦錫蘭公司從1938年起開始生產柴油機，是世界上著名的中速船用柴油機生產廠商。瓦錫蘭收購瑞士蘇爾壽公司后，在低速船用柴油機領域也取得了成果，該公司柴油機也有自己的命名規則，以7RT-flex84為例：

7是缸數；

RT是船用柴油機；

flex是電控共軌系列機；

84是氣缸直徑，單位為厘米。

從上世紀60年代到今天，集裝箱船載箱量更以驚人的速度增加。集裝箱船裝卸速度高，停港時間短，大多采用高航速，對主機的要求很高。目前世界上在用功率最大的船用柴油機由瓦錫蘭公司制造，為14RT-flex96C型低速船用柴油機，已用于丹麥馬士基公司的“艾瑪·馬士基”號集裝箱船（同型船共8艘）。該級船也是迄今為止最大的集裝船，于2006年在丹麥的歐登塞船廠建造，總噸位為170974噸，長397米，寬56米，吃水15.5米，型深30米，可載14770個20英尺標準集裝箱。

14RT-flex96C船用柴油機代表了當今低速船用柴油機的水平，這是世界上首臺14缸柴油機，采用了完善的 RT-flex共軌技術，通過增大行程/缸徑比，提高了推進效率；通過采用新材料降低了結構應力，具有良好的可靠性、安全性和耐久性，且具有比同類機型維護更方便等優點。該機持續輸出最大功率80080 千瓦（109000馬力），轉速102轉/分，汽缸容積2.5立方米，缸徑960毫米，沖程2.5米，汽缸速度8.5米/秒，燃油消耗為160克/千瓦小時。該機長27.3米，高13.5米，重達2300噸，僅曲軸就重達300噸。依靠柴油機提供的強大動力推動1具9.6米直徑的6葉螺旋槳，船速可達25.5節。

2011年2月，馬士基又一口氣向韓國大宇訂購了10艘更為大型的集裝箱船，可載1.8萬個標準箱，計劃將用2臺MAN柴油機（總功率8萬千瓦），航速也降低為23節，但更為經濟，預計2014年交船。
隨著國際油價格的高起，原油價格突破100美元/桶，又由于受到國際金融危機的影響，國際航運和造船業近幾年處于調整狀態。增強輸出功率已經不是低速柴油機的首要目標，更環保、更高效已經成為低速機研發的方向。
柴油機廠商正在研究多燃料發動機，使用液化天然氣LNG作為燃料的柴油機在排放指標上明顯優于普通柴油機。LNG船是多燃料柴油機的主要應用對象，LNG船用在運輸過程中微量蒸發的天然氣作燃料，過去一直采用蒸汽輪機作為動力。目前多燃料柴油機已經逐步在LNG船上使用，從而攻占蒸汽輪機在民船領域的最后堡壘。卡塔爾石油公司擁有的世界最大265000m3Q-Max級LNG船（長度345米，寬34.7米）已經采用2臺MAN 7S70ME-C柴油機驅動，總功率達5.9萬馬力，該級船已經完成14艘。

LNG大規模應用于其它類型船舶還需要走很長的路，一是要解決續航力的問題，而現在一般只有20多天；二是LNG燃料補給不方便，港口尚未建立起配套體系；三是LNG存儲設備的成本較高，系統復雜，安裝困難；這些因素都從較大程度上限制了LNG作為船用燃料的應用。

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