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我国船用低速柴油机占据国际市场一席之地

来源:采集侠  发表时间:2018-02-22 22:20  点击次数:


  15世纪,葡萄牙航海家达伽马开辟了欧洲到印度洋的新航线。如今,以他的名字命名的“达飞·瓦斯科·达伽马”号,在某种程度上则体现了中国船舶工业的创新与开拓。这艘巨轮不仅代表了中国总装船厂的技术新高度,它的“心脏”——由上海中船三井造船柴油机有限公司生产的11S90ME-C9.2型船用低速柴油机,更是填补了我国在超大型集装箱船动力系统领域的空白。

  日前,由上海外高桥造船有限公司建造的18000TEU集装箱船“达飞·瓦斯科·达伽马”号正式加盟法国达飞海运集团公司的超大型集装箱船队,它将穿梭于繁忙的亚欧航线。而“达飞·瓦斯科·达伽马”号的超强“心脏”11S90ME-C9.2型船用低速柴油机也将伴随它经历更多的考验。

  研发设计双双升级

  通过减速实现节能增效是当前航运界营运的主流。正因为如此,目前集装箱船的设计航速已由原来的24至25节降至20至22节甚至更低,而拥有相对较低转速的超长冲程S型发动机成为大型集装箱船舶动力的主流。S90ME-C9.2型船用低速柴油机就是曼公司针对集装箱船市场推出的产品,其出色的性能深受船东青睐,也引得各大主机厂商争相生产。

  近年来,超大型集装箱船订单主要被韩国造船企业获取,相应的主机订单也基本被日韩企业囊括。作为我国超大型低速柴油机生产“领头羊”的中船三井,多年来一直紧跟曼公司的专利技术,从事相关技术研发,并在大型集装箱船动力研制方面取得了显著成绩。在激烈的市场竞争中,中船三井与江苏扬子江船业集团公司签订了20+5台用于10000TEU集装箱船的10S90ME-C9.2型船用低速柴油机的生产供货合同。2013年7月,该批主机的首制机交付,创下了当时国内制造的最大功率低速柴油机纪录。几乎就在同时,中船三井对同型主机“升级版”的研发工作也已展开。

  2013年9月,中船三井与外高桥造船签订了为3艘18000TEU集装箱船配套11S90ME-C9.2型船用低速柴油机的供应合同。与之前为扬子江船业生产的低速机相比,该低速机气缸数从10个增加到11个,单缸功率为5180千瓦,总功率约6.4万千瓦,适用于16000TEU至20000TEU超大型集装箱船,为国内首制机型,是目前国内单机功率最大的智能型低速柴油机,也是目前国内气缸数最多的低速柴油机。

  “10S90ME-C9.2型机的设计建造经验,为11S90ME-C9.2主机的研制奠定了重要基础。”中船三井总经理助理孙永元表示,与外高桥造船签订合同后,中船三井各部门迅速联动,展开设计转化工作。相较其他中小缸径机型,该型机图纸设计工作量增加了50%。最终,该公司设计部门克服种种困难,历时5个月完成了基本图纸设计工作,编制部套366个,编制图纸7550张,涉及标准件2815个。中船三井还采用UG三维模型设计,对主机模型进行了三维仿真装配和验证。“这有助于设计人员提前发现设计中存在的问题,也更有利于管系、托架格栅等外围设计的确认和优化,保证详细设计的准确性。”孙永元介绍。

  强基固本破解难题

  为真正攻克超大型集装箱船主机的设计与生产难关,中船三井将基础设施的改造升级工作列上日程。

  “中船三井原有的10万马力水力测功器无法满足11S90ME-C9.2型柴油机的试车要求。”孙永元介绍,根据柴油机的功率和转速的特性曲线,中船三井决定与著名测功器厂商AVL联合制造17万马力水力测功器。2014年10月,中船三井在时间紧、要求高、测功器装配技术经验少的情况下,解决了多个技术难题,确保了该测功器按计划顺利投产使用,为11S90ME-C9.2型船用低速柴油机的顺利交付奠定了坚实的基础。“从长远来看,新购置的测功器还能够满足公司开发更大功率柴油机的车间试车需要。”孙永元说。

  为了满足排放检测要求,中船三井尝试采用了新的排放测量方法与废气排烟系统布置方案。根据国际防止船舶污染(MARPOL)公约,排放测量点的废气必须进行充分混合。而随着柴油机功率的增加,柴油机废气汇流后的管道直径将越来越大,排放测量点处管道直径也将随之变大,车间台架试验时所要求的废气管道长度也将进一步增加。11S90ME-C9.2型船用低速柴油机配备3台增压器,在车间柴油机试验时,如按照常规的排烟集管布置,该主机增压器后排烟汇流管直径将达到3.5米以上,长度也将在35米以上。长度超过35米的废气排烟管道系统将横跨多个试车台位,而改造工作多以现场配做、现场施工的方式进行,涉及的改造工作量巨大,将严重影响车间的正常生产秩序。

  为解决这一难题,通过分析排烟集管系统现状以及改造方案,中船三井最终制订了废气分两路排出的方案。即采用车间现有的排气排烟系统,将其中的两台增压器后废气汇流后作为一路排出,另外一台增压器后废气作为单独一路排出,最后加权计算出11S90ME-C9.2型船用低速柴油机平均废气排放物浓度。这个方案大大降低了现场施工的难度,汇流后废气排烟管道不需要改造,方案实施成本相对较低,对车间生产的负面影响也降到了最低,并获得了船级社的认可。

  值得一提的是,这一次新的排放测量方法与废气排烟系统布置方案的采用是中船三井顺应船舶大型化趋势的一次大胆尝试。孙永元介绍,船舶柴油机的功率越来越大,在这种情况下,为满足MARPOL公约所要求的柴油机排放测量规范要求,如仍旧采用以往的排放测量方法,将给柴油机厂家的排烟集管布置以及日常生产带来巨大的挑战。该测试方法的成功应用,将解决其他相似的多缸径、大功率柴油机的氮氧化物测量问题,也为今后更多缸数、更大功率柴油机氮氧化物排放的测量提供了参考与指导。

  步步为营创新工艺

  大工程的成功完成离不开每一个细节的精益求精。首次生产超大型集装箱船主机的中船三井,凭借丰富的生产加工和装配经验,大胆创新工艺工法,步步为营攻克了诸多技术难关。

  十字头销是连接活塞和连杆的关键运动件,该零件加工耗时较长,对精度要求极高。中船三井创新工艺,采用双镗刀单刃旋削的方法,将缺口底面及圆角一次加工完成,既解决了接刀痕和圆角加工问题,又保障了关键部件的加工精度,缩短了加工周期。

  曲轴在主机运行中扮演着动力输出者的重要角色。11S90ME-C9.2型船用低速柴油机曲轴不同于以往整体式曲轴的设计,是采用前、后分段式拼接结构,中间用螺栓连接,曲轴分段处通过紧配螺栓连接。由于11S90ME-C9.2型船用低速柴油机在车间台架试验结束后,需要进行拆解分装,曲轴要拆解成两段发运至船厂。因此,如何采取有效的装配手段,既保证曲轴连接后的精度和曲轴输出扭矩的可靠性与安全性,又能满足主机拆解方便的要求,是摆在中船三井面前的一道难题。

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