任務三

提高動力裝置經濟性的措施

能力目標：

1、了解船舶高效節能型柴油機的選用。2、掌握船舶船、機、槳的匹配性能。3、了解螺旋槳的推進效率的特性。學習任務：了解船舶的常用經濟航速的分類，并根據圖表判斷最佳經濟航速。授課方式：知識介紹自七十年代以來，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濟性的研究。而現代船用柴油機近十多年在提高經濟性方面取得的成效超過了過去幾十年，各種節能措施相繼出現并日趨完善。任務三

提高動力裝置經濟性的措施一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施（一）節能型柴油機的參數和結構特征

目前新型船用低速柴油機的活塞平均速度在8.3-8.6m/s，平均有效壓力高達2.1M最大燃燒壓力在15-16M，而燃油消耗率為171-174g/(kW·h)，其動力性和經濟性已經達到了相當高的水平。除大缸徑柴油機外，對于超長行程柴油機其S/D值都已達到4.0-4.4的數值。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施合理選擇工作過程參數，提高柴油機熱效率的措施提高壓縮比提高過量空氣系數a和噴射壓力Pinj提高掃氣效率提高增壓器效率提高低工況時的熱效率一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(1)提高壓縮比

有效壓縮比在14以上，幾何壓縮比在18以上，使爆發壓力pmax。提高到14.2MPa，平均有效壓力達2.0MPa。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(2)提高過量空氣系數a和噴射壓力Pinj

采用大的燃燒過量空氣系數a（2.4-2.5)和較高的噴射壓力Pinj（可達100-140MPa），使燃燒完善，燃燒持續期只有40°CA左右，燃燒在上止點前1°CA以內開始，燃燒放熱規律的形態如一等腰三角形。燃燒過程更接近于等壓燃燒，壓縮終點壓力與最高爆發壓力之差為1MPa左右，燃燒比較平穩。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(3)提高掃氣效率

為了提高循環效率，不僅采用高的有效壓縮比，而且排氣閥定時延遲關閉，使缸內膨脹比大于壓縮比，可使掃氣效率和循環效率提高。缸內氣體最高溫度Tmax約為1600K，因此缸壁散熱的冷卻損失大為減少，即使在缸徑較小（如D=350mm）的低速柴油機中，氣缸冷卻損失為燃油熱量的6%左右，而中冷器帶走的熱量為燃油熱量10%以上。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(4)提高增壓器效率

提高過量空氣系數a和排氣閥滯后關閉，使渦輪前的廢氣溫度tr降低，廢氣能量下降，在標定工況時，tr最低時為380°C左右。為了滿足掃氣壓差及氣缸進氣量的要求，需要采用效率?TK較高的廢氣渦輪增壓器，所以廢氣渦輪增壓器的壓比與總效率?TK是隨著增壓度的提高而不斷提高的，目前非冷卻高效渦輪增壓器，其?TK已由65%提高到72%-75%。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(5)提高低工況時的熱效率為使柴油機適應特殊船舶的航行方式，提高低工況時的熱效率，RTA-T型柴油機同時配合使用可變排氣閥關閉(VariableExhaustValveClosing)和可變噴油定時（VariableInjectionTime，簡稱VIT）兩種裝置。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(5)提高低工況時的熱效率可變排氣閥關閉裝置是在100%-80%MCR功率之間運行，在部分負荷下提前關閉排氣閥，讓壓縮壓力pc

和pmax保持恒定；可變噴油定時(VIT)裝置，是在80%-65%MCR功率時起作用，將噴油定時提前而使pmax持不變。二者配合應用，耗油率最大可下降5g/(kW．h)。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施2．減小發動機重量和尺寸方面的措施RTA-T和SMC-C柴油機在提高單缸功率的同時，還進行結構優化，使重量和尺寸都有大幅度下降。如SRTA58T比相同功率的5RTA62U長度由7855mm縮短為6960mm．而單機凈重由330t降為280t；6S60MC-C比6S60MC長度由8723mm縮短為7987mm，單機重量由391t降為345t。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施（二）節能型柴油機的選用1．常規柴油機的特點(1)二沖程柴油機的應用一般對船用主機來講，經濟性、可靠性和使用壽命是第一位的，重量和尺寸是第二位的。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(1)二沖程柴油機的應用低速二沖程柴油機因其效率高、功率大、工作可靠、壽命長、可燃用劣質油以及轉速低等優點適于作船舶主機使用，其在船舶上與螺旋槳的連接情況一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(1)二沖程柴油機的應用一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(1)二沖程柴油機的應用柴油機的動力直接通過軸系傳給螺旋槳，這種傳動方式稱為直接傳動。在這種傳動方式中，主機和螺旋槳之間除了傳動軸系外，沒有減速和離合設備，運轉中螺旋槳和主機始終具有相同的轉向和轉速。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(1)二沖程柴油機的應用主要優點：

①結構簡單，維護管理方便。只要安裝時定位正確，平時管理中注意潤滑、冷卻，一般不會出現大問題。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(1)二沖程柴油機的應用主要優點：②經濟性好，傳動損失少，傳動效率高。主機多為耗油率低的大型低速柴油機。螺旋槳轉速較低，推進效率較高。

③工作可靠，壽命長。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(1)二沖程柴油機的應用其缺點是：

整個動力裝置的重量尺寸大，要求主機有可反轉性能，非設計工況下運轉時經濟性差，船舶微速航行速度受到主機最低穩定轉速的限制一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(2)四沖程柴油機的應用根據四沖程柴油機的工作特點，對于大功率四沖程中速柴油機因其尺寸與重量小較適于作為滾裝船和集裝箱船的主機，但由于其轉速較高，為滿足螺旋槳低轉速的需求，在其與螺旋槳間須加裝減速齒輪箱。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施(2)四沖程柴油機的應用減速齒輪箱一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施2．智能柴油機的特性

與傳統的機械控制系統相比，電子控制技術具有控制精度高、控制功能多、適應性強且調試方便等一系列優點。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施2．智能柴油機的特性目前，電子控制設備及軟件已經應用于船舶柴油機，并成為船舶柴油機的基本組成部分，世界上主要的船舶柴油機制造商都推出了自己的電控柴油機。一、選用高效節能型柴油機任務三

提高動力裝置經濟性的措施3.雙燃料柴油機的特性雙燃料柴油機是指其工作燃料除了燃油外還可以添加其他氣體燃料共同工作的柴油機。3.雙燃料柴油機的特性任務三

提高動力裝置經濟性的措施ME-GI柴油機可實現以下四種操作模式。(1)雙燃料經濟操作模式(2)低NOx排放模式(3)部分負荷排放模式(4)特殊排放操作模式3.雙燃料柴油機的特性任務三

提高動力裝置經濟性的措施(1)雙燃料經濟操作模式雙燃料模式又包括三種情況：①先導油量最小的“雙燃料模式”，即正常模式。②氣體固定模式。③全燃油模式。二、提高船、機、槳的匹配性能任務三

提高動力裝置經濟性的措施1．船、機、槳的能量關系船舶推進裝置是把燃料在主機內燃燒所得到的熱量轉換成螺旋槳產生的推力，克服船舶阻力使船舶運動的一套裝置。二、提高船、機、槳的匹配性能任務三

提高動力裝置經濟性的措施1．船、機、槳的能量關系①船舶主機；工作實質是消耗燃油并輸出扭矩。②傳動設備；把發動機傳來的機械能傳遞到螺旋槳。③螺旋槳；它接受傳動設備傳遞來的扭矩，把它轉換成加速液體的液力能。④船體二、提高船、機、槳的匹配性能任務三

提高動力裝置經濟性的措施1．船、機、槳的能量關系二、提高船、機、槳的匹配性能任務三

提高動力裝置經濟性的措施2.船體的阻力特性二、提高船、機、槳的匹配性能任務三

提高動力裝置經濟性的措施2.船體的阻力特性降低船舶阻力，可采用以下兩種方法。

①改進船型等設計，減少航行水阻力。

②改進適航性能，減少船體運動阻力。二、提高船、機、槳的匹配性能任務三

提高動力裝置經濟性的措施3．利用主機減額輸出方式選配柴油機減額輸出的實質是配置較大功率的柴油機產生較小的輸出功率，即用增加初投資換取節油收益。二、提高船、機、槳的匹配性能任務三

提高動力裝置經濟性的措施4．主機經濟選型

船舶主機選型是根據船舶設計任務書中的技術要求以及船體設計所提供的資料來進行的，和螺旋槳的設計密切相關，也包括推進裝置設備的選型等。三、提高螺旋槳的推進效率任務三

提高動力裝置經濟性的措施1．采用低轉速、大直徑螺旋槳，提高推進效率在常用航速范圍內，槳轉速降低1%，在航速及載貨量不變的條件下，可減少油耗0.2%-0.3%。2．選配節能型螺旋槳除采用低轉速、大直徑螺旋槳以提高推進效率外，還可采用導管螺旋漿、可調螺距螺旋槳等節能型螺旋槳，針對不同的船型以提高推進效率。四、動力裝置的余熱利用任務三

提高動力裝置經濟性的措施（一）動力裝置余熱利用方案

柴油機船舶動力裝置的動力設備主要包括主柴油機、發電柴油機和輔助鍋爐等。四、動力裝置的余熱利用任務三

提高動力裝置經濟性的措施（二）動力裝置的排氣余熱利用1．廢氣鍋爐的工況分析采用廢氣鍋爐回收主柴油機排氣的熱量是船舶柴油機動力裝置主要的余熱利用形式。四、動力裝置的余熱利用任務三

提高動力裝置經濟性的措施（二）動力裝置的排氣余熱利用2．典型的廢氣鍋爐系統介紹

廢氣鍋爐蒸汽系統可設計成許多不同的形式，有單供氣壓力或雙供氣壓力；有帶給水預熱器或不帶給水預熱器；有單一的廢氣鍋爐或與燃油鍋爐組成混合式鍋爐等。四、動力裝置的余熱利用任務三

提高動力裝置經濟性的措施2．典型的廢氣鍋爐系統介紹四、動力裝置的余熱利用任務三

提高動力裝置經濟性的措