船舶柴油机节油技术浅议

 

 

随着航运业竞争的不断加剧，以及“节能减排”，推行绿色环保，柴油机的“节油技术”越来越被航运界及整个人类社会的推崇和重视,也只有这样,航运公司才能以最少的能耗付出获取最大的经济利益，提高公司的竞争能力。

所谓船舶柴油机的“降耗减排”的节油技术,有多种多样，这里分别以“节约燃油”和“节约机油”两个方面来作浅述和推介,以起到抛砖引玉的作用,共同分享。

 

第一章  燃油节油手段。        

不同的柴油机品牌,不同的形式如冲程数,转速,爆压等参数，其柴油机的燃油耗率都不一样。

燃油耗率的高低，除其固有特性之外，还体现在日常管理方面。   

 

一.柴油机油耗的主要固有特性及管理方面的影响。

1、高压油泵内部的压力。

2、喷油器的雾化程度。

3、柴油机气缸的密封及气压。

4、增压器的增压效率。

5、配气定时的准确度。

6、柴油机的内部环境，如积炭。

 

以上因素都会直接影响到柴油机的燃油耗。比如喷油器的雾化不良滴漏，燃油燃烧不完全，直接排出，造成机器燃油黑烟。又如柴油机的内部环境，如果长期不按期保养机器，活塞环槽，气阀，缸壁，气道等处就会有严重的积碳，这些积碳严重影响机器的正常运转，同时也会大幅度的增加机器燃油和机油方面的消耗。如柱塞磨损漏油，也影响喷油器雾化。所以必须对机器进行定期的维修保养，检查气缸及进排气气道的密封与畅通情况，检查喷油系统各部件的运作情况，对不符合使用要求的参数进行调整，不符合使用要求的零件进行维修校正或更新。

 

二.为节约燃油船方也通常采用经济航速和使用添加剂，而柴油机外部增加设备的主要有：

1、涡轮增压及中冷系统，这个技术已使用多年，不再赘述。

2、节油器，在中小型柴油机上面有使用。

3、近来重油的研磨均质设备的使用。

 

下面以MF均质机为例进行浅析:

由于重油本身就存在着大量的颗粒及疑聚结团，船舶柴油机使用的重油燃料，主要是180cst，380cst,500cst等，它们是工业炼油经催化裂化加工后的剩余产物。其中，沥青质含量特别高，同时钒，氧化铝，氧化硅等杂质也较多。沥青质是导致油渣增多和燃烧恶化的主要原因，同时沥青质又增加了燃油的不相容性，造成储存柜沉淀柜中燃油沉积，在分油机中难于分离。沥青质的集结凝聚造成船舶供油系统中滤器频繁堵塞，燃尽物掉入油底壳混入机油等现象，严重影响到柴油机的正常工作。而且船东还经常抱怨在市场上买到渗假的劣质油，这些燃油的使用，不但增加了发动机的机械磨损，影响柴油机的正常运转，同时也直接影响到燃油和机油的消耗。

 

下图为380cst重燃油中的结团尺寸分布：

 

<a>均质机的原理：对重燃油的结构分析显示重燃油中存在大量的沥青结团，其平均直径约为40-60 微米。均质机是通过定子-转子结构，在几种组合力作用下将燃油中沥青结团破碎匀化成平均直径 3-5微米的颗粒，使燃油结构更加均匀易于燃烧。所有矿物质及其固体颗粒在匀化过程中被分离出，并很容易的用10 微米精细滤器滤出，从而有效的避免了固体颗粒对机器的磨损。通常一个60 微米直径的结团被破碎分离成 12,960个直径 3微米的油粒，使原油珠表面积增加了 23.5倍。燃烧过程燃料表面积越大，燃烧就更充分，输出率就越高。

 

<b>劳氏船级社认证的MF均质机的外形与结构:

 

<c>MF均质机的作用和优点：

1、细化均质，充分燃烧。据试验显示,可节约燃油超过1%。

2、油渣处理，对重油渣进行重新研磨处理。

3、降低排放，减少污染物。

4、磁驱动，免维修。

 

 

 

<d>MF均质机的型号：

TypeParameter	MF30	MF60	MF90	MF250
Capacity （m3/h）	3.0	6.0	9.0	25.0
Power(KW/50Hz,    HP/60Hz)	3/4	7.5/10	11/15	22/30
Voltage (V)	380/440
Speed (r/min)	2880/3490	2900/3520	2930/3540	2940/3550
Working pressure (MPa)	<1	<1.2	<1.2	<1.6
Working temperature (0C)	<160
Viscosity (cSt/500C)	<700
Connecting pipe ￠(mm)	34	50	50	70
Motor insolation grade	IP54
Weight (kg)	95	130	180	370
L1    (mm)	724	820	967	1189
L2    (mm)	312	428	468	520
L3    (mm)	405	480	550	650
L4    (mm)	262	360	400	460
L5    (mm)	92.5	124	124	175
L6    (mm)	396	484	484	565
L7    (mm)	75.5	76	76	106
L8    (mm)	104	108	108	170
H1    (mm)	188	242	270	305
H2    (mm)	88	110	110	125

 

 

<e>MF均质机在市场上已销售100多台。得到客户的充分肯定。使用单位举例:

 

 

 

 

 

 

第二章   船舶柴油机如何更好的降低机油耗

 

机油的消耗在整个船舶柴油机运作成本中占有相当大的比重，人们一直在尝试着各种改进来降低柴油机的机油消耗量。

 

一.除油品的内在质量及机器的运转工况之外，影响船舶柴油机机油非正常消耗的主要内在原因有：

1、气缸盖气阀导管没有密封或过度磨损:早期的气阀导管与气阀之间并没有设密封胶圈，而近十多年来都采用了密封圈来密封，以防止滑油从气阀导管间隙吸入到气缸内消耗掉或直接气化吹出到大气中去。

2、缸套的磨损及变形，活塞环的磨损，活塞环槽的磨损，都直接造成燃烧室这个密封腔不密封，导致机油上窜到燃烧室而消耗掉。

 

 

3、二冲程柴油机因为活塞杆与填料函磨损与变形密封失效，造成机油上窜到扫气窒而消耗掉。

4、由于机件的磨损，或油泵压力的调整不当，造成飞溅注入到缸壁的机油量过大，刮油环失效，造成过量的润滑油被泵入燃烧室而消耗掉。

 

二.船舶柴油机降低机油耗的方法。

    从以上分析可以看出，船舶柴油机机油损耗的最主要的途径就通过活塞、活塞环、气缸套这个运动密封泄漏到燃烧室而消耗。所以，解决活塞、活塞环、气缸套这个运动磨损与密封的问题，就为柴油机节约机油，降低机油损耗找到方法。

 

1、活塞的制造必须保证壁厚均匀，设计必须配合相关的节油技术的改进。活塞环槽的间隙与平行度，直接影响了活塞与活塞环槽之间的密封效果。为了提高活塞环槽的耐磨性，通常采用在环槽上下平面激光淬火淬硬，然后再磨至尺寸的方法比较多。

 

2、新型节油活塞环的使用:活塞环在气缸的燃烧室中主要起到一个密封，导向，导热，布油等作用。

活塞环的发展，由传统的普通铸铁材料到合金铸铁---合金铸铁加镀铬耐磨层---球墨铸铁镀铬耐磨层---球磨铸铁耐磨涂层---新一代活塞环。

在我国，具有耐磨涂层的活塞环正不断的被广泛使用。耐磨涂层有早期的铬陶瓷复合涂层（CrN）到类金刚石涂层（DLC）等。类金刚石涂层硬度高，同时含有石墨成分，具有超硬和超低摩擦系数同时又有良好的自润滑性能。在恶劣润滑条件下能提高环的抗拉缸性能，同时也大大降低了活塞环的摩擦功耗。

 

 

 

 

3、气缸套的耐磨环改造

①高耐磨节油减排气缸套制造的新材料，新工艺。

船舶柴油机气缸套的材料从早期普通合金铸铁，球墨铸铁，到钒钛合金铸铁，而稀有金属的加入和石墨成分的出现都大大的提高了缸套的强度硬度。

铸造工艺从普通型模铸造到离心浇铸，还有人尝试拉压铸技术等。缸套内壁表面处理也多种多样，有镀铬硬化、有表面淬火硬化处理、氮化处理、激光熔覆合金耐磨层或喷涂合金耐磨层处理等工艺手段。这些不断改进和提高的技术与工艺对改善润滑，减少磨损，提高气缸套的使用寿命起到很大的作用。

 

②气缸套耐磨环（又叫刮碳环，火焰环）结构对机油耗的改变。

安装和使用耐磨环的技术已经有二十多年的历史了，耐磨环一般采用分体式结构，对于壁厚比较溥的缸套，一般采用整体式激光熔覆耐磨环。耐磨环一般为单层，但也有分段双层设计的。

气缸套耐磨环主要是起到刮碳，和阻止气流往上将润滑油泵入气缸燃烧室的作用。其对降低机油的消耗，改善柴油机的燃烧性能，减轻缸套的磨损具有很好的效果。

 

③气缸套网纹对降低机油耗的作用。

柴油机缸套的网纹对润滑，密封磨损以及柴油机的排放都存在着很大的关系。除传统的缸套网纹之外，“平台槽网纹”和“阿维特曲线网纹”越来越广泛的用于船舶柴油机的气缸套上。这种新型的网纹，结合涂层活塞环的使用，可以更好的预防拉缸，保证润滑，减少磨损，降低机油的消耗。

④新型高分子聚合物合成材料在二冲程柴油机填料函中的使用。

填料函的作用是为了防止扫气室的气体进入曲轴箱，曲轴箱的气体进入扫气室。目前多数采用传统的金属密封环填料函，这种填料函制造成本低，但使用周期短，当活塞杆和金属磨损之后，间隙加大，密封失效，导致大量机油上窜到扫气室被消耗，同时废油渣排入曲轴箱，造成系统的油污染。

由宋凤杰主持发明的一种新型的高分子聚合物复合材料的使用和通过对填料函的密封环的改造，能够有效的解决这个问题。

这种具有润滑等作用的新型合成材料，具有如下显著的优势，必将逐渐取代传统的金属环材料：

a.不需要润滑，在活塞杆的直径被磨小后，它也能在填料函中随着收缩而很好工作，不过活塞杆的不平行度必须控制在一定的范围内；

b.高强度和高承载特性；

c.低摩擦系数；

d.良好的外形尺寸稳定性；

e.寿命长。国外已有公司对金属填料函进行了技术改装，他们的研究表明，合成成材料密封的使用寿命据称等于或超过金属密封。平均而言，下部密封为 l5000~20000 小时。

 

⑤降低机油耗技术的应用与效果。

通过采用高强度耐磨合金材料制造气缸套及耐磨环及改进网纹技术，改进活塞结构，采用涂层活塞环等技术。在宏鑫1号，粤安运68轮，兴航69号及工程船等三十多艘（台）柴油机上得到广泛应用，节约机油效果达15-30%不等。比如8320型柴油机，原来正常机油消耗30公斤/天，使用节油技术以后，可以降低到20公斤/天左右，缸套的使用寿命达10000小时左右。对竟争如此激烈的航运市场，无疑是一种增收节流的良方。

 

结束语：

 

在未找到新的能源完全取代化石燃料的情况下，在人类不断提倡环保意识的诉求下，“节能减排”将是未来一段时间内越来越重要，越来越艰巨的任务。这里感谢被引用的有关文献资料的作者，感谢为实验记录和提供数据的相关船舶管理人员。我们愿意得到各界专家人士的指点，共同探讨，创新发展，既为“节能减排”服务，又为航运公司提高效益作应有的努力！