大连海事大学装装订毕业论文二一四年六月船舶主柴油机实船工况分析专业班级：轮机管理2010-1班姓名：刘潇指导教师：陈海泉轮机工程学院28 / 33摘要随着我国航运业的不断发展，航运船队的规模不断扩大，控制船舶运营成本已经成为了一个重要的研究课题。船舶主柴油机实船工况的研究对控制船舶柴油机的运行成本具有重要意义。本文主要对运输船舶营运中船舶主动力装置柴油机的日常工况进行了论述和论证。第一章主要介绍以柴油机作为船舶主动力装置的发展历史和柴油机特性;第二章研究了船舶动力装置的运行特性,从船舶主动力柴油机特性曲线以及船机桨匹配进行分析，分析船舶主柴油机实船工况，选择船舶主动力柴油机合适的运行区间;第三章结合实船的主动力柴油机运行数据，制定出保证主机运行安全和高效的控制措施。关键词：船舶；船舶主动力装置；柴油机；运行工况ABSTRACTWith the continuous development of Chinas shipping industry, the size of the shipping fleet has been expanding, controlling of the ship operating costs has become an important research topic. Researching ships main engine working condition is important for the controlling of marine diesel engine operating costs. This paper focuses on the transport ships ship power plant in operation daily working conditions ,itwas discussed and studied. The first chapter introduces the characteristics of the diesel engine and the history of the and diesel engine development asthe marine diesel power plant; Chapter II studies the operating characteristics of the ship s power plant,it was analyzed of shipdiesel enginecharacteristic curves and the matching of ship engine and propeller, analyzing the ship main power diesel enginesituation , choose the right ship main power diesel engine operating range; Chapter III is based on ships main power diesel engine operating data, draws up control measuresthat makes diesel engine work in safe and efficient condition.Keywords: Ships, ship power plant, Diesel,Operating conditions目 录一、船舶柴油机发展历程和特性11.1船舶柴油机发展历程11.2船舶柴油机特性31.2.1船舶柴油机结构31.2.2船舶柴油机工作原理31.2.3低速级中速机高速机的应用41.3船舶柴油机发展趋势4本章小结：5二、船舶主动力柴油机运行分析62.1柴油机特性62.1.1速度特性62.1.2负荷特性62.1.3推进特性72.2船用柴油机工况曲线72.3船用柴油机选型区域82.3.1MAN船舶柴油机选型图82.3.2瓦锡兰船舶柴油机选型图92.4螺旋桨推进特性102.4.1推进特性102.4.2螺旋桨特性曲线112.4.3不同进程比时的螺旋桨特性曲线122.5航行工况（船舶阻力）对机桨配合点的影响。122.6船舶主动力柴油机运行区域分析142.6.1船舶柴油机的运行区域142.6.2实船数据分析16本章小结23三、船舶主动力装置工况维护保障的措施243.1 船速优化243.2 螺旋桨和船体检查253.3 船舶燃润油管理253.4 主机运行状态的监控和优化26本章小结27结论27参 考 文 献28致 谢29船舶主柴油机实船工况分析1.1船舶柴油机发展历程自从18世纪末瓦特改良蒸汽机以来，蒸汽机成为推动世界发展的动力。1805年，富尔顿发明了实用的蒸汽机船，从此以后很多船舶开始用上了蒸汽机。不过早期的蒸汽机工作压力很低，结构极其笨重，效率不到5%。1876年，德国人奥托(N.A.Otto)第一次提出了四冲程循环(即进气、压缩、膨胀、排气这四个过程)原理，并发明了电点火的四冲程煤气机。1893年德国工程师 Rudolf Diesel 申请了压缩发火内燃机专利，并于 1897年在曼恩公司研制成功第一台使用液体燃料的内燃机(压燃式、空气喷射、定压燃烧)，其效率比煤气机提高了近一倍。内燃机的问世，是继蒸汽机之后发动机发展的又一个里程碑1。随着石油的开发，柴油却率先在船舶推进中得到极大应用。1903年，俄国的“万达尔” 号（Vandal）油轮和法国的“佩迪特.皮埃尔”号（Petite-Pierre）成为最早装备柴油机的船舶，第一艘柴油机动力军舰是1904年法国建造的“埃吉瑞特” 号（Aigrette）潜艇。早期柴油机主要应用于内河船舶和近岸潜艇，在经历了最初的发展阶段后，柴油机技术日益成熟，单机功率和可靠性都有大幅提高，为柴油机航向大海和远洋创造了基础。1912年，是人类航海史上重要的一年。这一年，第一艘真正意义上的大型远洋轮船-“锡兰迪亚”号（MS Selandia，MS为Moter Ship）建成，第一次世界大战后，柴油机性能有了新的提高，柴油机的装船数量开始上升，1921年左右柴油机已经开始在客轮上使用。1920年1930年末，是柴油机技术发展的黄金时代，柴油机越造越大，功率越来越高。新技术的出现促进了柴油机的发展，主要技术革新来自于燃油喷射的改进和增压技术的采用。1930年代后，船用柴油机向大功率方向发展，二冲程的使用日趋普遍。对于两台气缸直径、活塞行程及转速等相同的柴油机，二冲程柴油机在一个循环中有1/2的冲程在作用，而4冲程柴油机仅有1/4时间做功，因此二冲程的输出功率要明显优于四冲程。实际上由于考虑到二冲程柴油机气缸上开有气口而使工作容积有所减少，机械传动的扫气泵也要消耗一定功率等因素，二冲程柴油机的功率只能增大6080。二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同，主要差异在配气机构方面。二冲程柴油机没有进气阀，有的连排气阀也没有，而是在气缸下部开设扫气口及排气口；或设扫气口与排气阀机构。二冲程柴油机还专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气的扫气箱，利用活塞与气口的配合完成配气，从而简化了柴油机结构。二冲程内燃机换气后，气缸内残余多少废气，或者说气缸内能充入多少新鲜充量，直接影响内燃机性能。二冲程内燃机没有单独的排气冲程和进气冲程，不能利用活塞的推挤作用清除废气，要使气缸清扫干净比较困难，难以得到高的扫气质量。因此，改进二冲程内燃机的扫气作用是一项重要的工作。二冲程内燃机主要有横流、回流和直流3种扫气方式。在二战前，双动式的二冲程柴油机比较流行。这种柴油机在活塞的上下两边都设有燃烧室，可以推动活塞在两个方向都做功，因此称为双动。双动比单动能输出更大的功率。不过双动柴油机的结构比较复杂，而且活塞杆穿透气缸，因此对气密要求很高，现代柴油机已经不再采用这种双动的方式了。采用增压技术在柴油机的发展中是一个里程碑，增压技术显著提高了进气压力，空气的压缩比进一步提高，在同等条件下，增压显著减少了柴油机的尺寸和重量，提升了输出功率。1920年代，二冲程柴油机的兴起后，在排气过程中就必须用高压空气扫除气缸中的废气，并吹入新鲜空气，因此增压器的作用就更为重要了。1915年，布奇在苏尔寿的柴油机上进行了废气增压的试验。1927年，曼恩公司成功的在其生产的10缸4冲程柴油机上安装了废气增压装置，对功率提升非常明显，输出功率从1,250千瓦提升到1,765千瓦，提升幅度超过40%。二战结束后，船用柴油机经历了新一轮的发展，性能不断提高。从上世纪40年代-70年代，大功率低速船用柴油机继续向大缸径、大功率方向发展，同时进一步提高进气压力和气缸工作压力，加大气缸排气量。在柴油机结构上广泛使用了焊接结构，降低结构重量，普及涡轮增压，使用劣质燃油，提高经济性，这些都使柴油机技术有了飞跃发展。在缸径方面，1956年只有740-760毫米，单缸功率只有1,200-1,400马力；1960年达到840-900毫米，单缸功率达2,100-2,300马力；1965年缸径达930毫米，单缸功率2,750马力，1970年，缸径超过1米（达1,060毫米），单缸功率超过4,000马力，1977年达到4,600马力2。船用柴油机进入了黄金年代，在民船上完全取代了蒸汽动力。1970年代以后，爆发了两次石油危机，原油价格急剧上涨，运输成本不断提高，对燃油经济性的要求日显突出，柴油机主要以提高单机功率、降低比重量以及提高可靠性和经济性为主要改进方向3。1980年后，世界柴油机市场向巨头集中。1980年，德国曼恩公司收购丹麦B&W公司，1997年芬兰瓦锡兰公司与瑞士苏尔寿公司合并，实现了强强联合。各大柴油机公司经过了一轮新的整合，优胜劣汰之后，技术水平不断提高，机型有所减少。在技术方面，除继续增大单缸功率外，电子控制技术也在柴油机上得到广泛应用，燃油喷射、排气阀驱动、增压、气缸润滑等都可由全电子驱动，柴油机的电子化、信息化和智能水平不断提高，热效率进一步提高，并不断满足更高的排放标准要求。近十几年以来，船舶大型柴油机在民用船舶动力装置领域中更是占绝对的统治地位，不仅占领了VLCC、大型散装船和集装箱船等在传统上认为属于蒸汽动力装置的领域，而且还向蒸汽动力装置统治的最后一个堡垒LNG船的动力装置发起了冲击1。1.2船舶柴油机特性1.2.1船舶柴油机结构船舶柴油机的结构比较复杂，它是由许多机构和系统组成。尽管各种柴油机的结构、型号各异，但从工作原理和总体结构上则有很多共同之处。柴油机主要由主要固定件（机座、机架、气缸和气缸盖等）、主要运动件（活塞、连杆组件、十字头和曲轴等）、配气机构及换气系统（进排气阀、气阀传动机构、凸轮轴及凸轮轴传动机构等）、燃油系统（喷油泵、喷油器和高压油管等）、润滑系统（气缸注油系统和曲轴箱油系统等）、冷却系统（泵、冷却器和温控器等）、起动和控制系统（气动马达、起动电机、气缸启动阀、压缩空气系统等）等。根据内部结构不同，船舶柴油机可分为十字头柴油机和筒形柴油机。1.2.2船舶柴油机工作原理