船舶大功率柴油机的发展与技术创新
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近年来 , MAN - B&W 公司通过向日本 、韩国 、 中国的柴油机生产厂转让生产许可证 , 得到了迅速 发展 。2001年至 2004年 , 该公司已生产的或已订 货的低速柴油机已达到 1 080台 , 其中日本制造的 占 44% , 韩国占 43% , 中国占 13%。
国内有三家低速机制造企业 , 分别为沪东重机 股份公司 、大连船用柴油机厂 、宜昌船舶柴油机 厂 , 其主导产品是船舶低速大功率柴油机 , 生产所 用专利技术是从丹麦 B&W 公司和芬兰 WARTSILA
2007 年 3月 冯明志等 : 船舶大功率柴油机的发展与技术创新
·3·
机 , 其余 30%几乎都是国外许可证技术制造的产 品 , 技术依赖于国外 , 没有自主知识产权 。
表 2 MAN B &W 公司的三大系列船舶中速机
柴油机系列 L16 /24系列 L21 /31系列 L27 /38系列
单 3 963万载重吨 , 同比增长 18% ; 占世界市场份 额的 18%。
图 1 船舶工业及船舶配套产业链
统计资料表明 , 船舶产品的价值平均构造比例
收稿日期 : 2006211224
·2·
柴 油 机 第 29 卷第 2期
为 : 造船 30%、原材料 20%、配套设备 50% , 由 此可见 , 船舶配套设备对船舶工业发展的重要性 。 船舶柴油机是船舶最主要的配套设备 , 它应用于船 舶推进动力装置和船舶电站 , 在船舶总成本中分别 占 10% ～15%和 3% ～5% , 因此 , 建设能提供性 能优良 、质量可靠 、品种齐全 、数量充足的产品的 船舶柴油机制造业 , 对我国船舶工业快速 、持续 、 健康发展是不可或缺的 。
造成中速柴油机生产企业发展落后的主要原因 是国家资本投入不足 ; 造机企业没有与造船企业同 步规划 、同步投入 ; 生产模式落后 , 没有形成专业 化生产企业 ; 加工手段落后 , 成套能力低 ; 二轮配 套能力差 , 国产化率提高慢 ; 生产能力相对滞后 , 不能适应大规模 、高效率的生产需要 。
- SULZER公司引进 , 按产品产量定期支付专利使 用费 , 主要为国内几大船厂生产的干散货船 、特大 油轮 、集装箱运输船等配套 。 2005 年三家的产量
212 船舶中速柴油机的发展 国外著名的中速柴油机制造厂家主要有德国
MAN B &W、芬兰 W rtsil 、德国 M TU、美国 Cater2 p illar、韩国 Hyundai、日本洋马 、大发等公司 。这 些公司的中速柴油机都形成了系列化 , 缸径一般为 160～280 mm , 气缸数为 5～9缸 , 单缸功率在 100 ～300 kW之间 , 可满足大中型船舶的辅机 、中小 型船舶的主机以及陆用电站的市场需求 。
表 1 我国造机企业与世界先进企业的主要差距
指标内容
世界先进企业 国内企业
投入产出比
1∶315～10
1∶211
专业化生产水平 (按成本 )
自制件小于 20%
自制件超过 35%
全员劳动率 主要工艺装备
人均 5 000 hp 人均 400 hp
数 控 化 机 床数控 化 机 床 为
70% , 普 遍 使 用 10% , 关 键 工 序 采 加工中心及柔性 用数控机床和加工
2 国内外船舶柴油机的发展状况
211 船舶低速柴油机的发展 从全球低速机产品市场占有率来看 , 在以低速
机为主机的 2 000 t以上船舶上 , MAN - B&W 公司 和 WARTSILA - SULZER 公司的低速机产品占世界 份额的 90%以上 , 缸径 260～1 080 mm , 功率 1 600 ～97 300 kW。
功率覆盖范围 / kW 转速 / ( r/m in)
主要用途
450～900
1 000, 1 200 2 000 TEU 以下集装箱船 、散货船以及多用途船的发电机组
900～2000
900, 1 000 2 500～4 250 TEU 集装箱及部分油船的发电机组
1 500～2 970 720, 750, 800 4 500～8 000 TEU集装箱船的发电机组及工程船、多用途船上的电力推进
(1) 船舶柴油机动力系统集成技术 柴油机技术发展不仅要求提高综合效率 , 而且 要求提高柴油机整体性能及在各种工况下的适应 性 。主要研究内容 : 船舶柴油机动力系统总体匹配 设计技术 ; 模块化设计技术 ; 船舶柴油机动力系统 集成优化仿真技术 。 (2) 船舶柴油机虚拟设计研发技术 虚拟技术将用于船舶柴油机设计 、制造 、装 配 、运行和维修的全过程 。以发动机数据库为基 础 , 应用 “数字样机 ”、 “虚拟试验 ”、 “虚拟制 造 ”等相关软件 、技术和手段 , 开展船舶柴油机 设计开发研究 , 实现船舶柴油机从以试验为主的经 验设计向 “预测设计 ”转变 。 (3) 智能化电子控制技术 开展柴油机电控系统开发及工程化应用技术 、 电子控制系统 ( ECS) 、电子调速器设计技术 、电 控泵 、柴油机运行电子管理系统等方面的研究 。 (4) 船舶柴油机可靠性技术 柴油机零部件 (或模块件 ) 将有更高水平的 发展 , 尤其是燃烧室零件和运动摩擦副件的可靠性 将备受重视 。因此 , 需开展可靠性设计技术 、摩擦 磨损技术 、故障分析诊断等方面的研究 。 (5) 船舶柴油机代用燃料技术
1 前 言
现代船舶工业是典型的综合加工装配工业 , 是 综合工业之首 。船舶工业对国民经济 97 个产业有 直接的消耗 , 还直接为我国能源运输 、国际航运 、 海洋开发等产业提供必要的装备 , 形成了国民经济 中一条重要的产业链 (图 1) 。
我国造船完工量已连续 11 年位居世界第三 。 2005年全国造船完工量 1212万载重吨 , 同比增长 42% ; 占世界市场份额的 17%。新承接船舶订单 1 699万载重吨 , 同比增长 7% ; 占世界市场份额的 23% ; 首次超过日本 , 位居世界第二 。手持船舶订
分别达到 70台 /84万 kW、39台 /44万 kW 和 18台 /14万 kW , 总产量达到 127 台 /142 万 kW , 同比 分别增长 21%和 34%。
尽管近几年我国船舶低速柴油机生产已有较快 发展 , 但我国造机企业与世界前三名造机企业的差 距还非常大 , 企业综合竞争能力仍较弱 , 主要差距 见表 1。
当前 , 国外船舶大功率中速柴油机平均有效压 力为 214 ～310 M Pa, 最高燃烧压力 16 ～21 M Pa, 最高 喷 油 压 力 160 ～ 180 M Pa, 燃 油 耗 率 170 ～ 180 g / ( kW ·h) , 单缸功率 2 010 kW , 大修期为 18 000～24 000 h。
3 船舶柴油机技术发展趋势
随着国际船舶配套技术飞速发展 , 世界上各大 船舶柴油机公司在近几年内陆续推出的新型船舶柴 油机 , 均大量采用了最新的科技成果和新的设计理 念 , 如模块化设计技术 、高效率增压技术 、高压燃 油喷射技术 、燃烧和排放控制枝术 、智能技术等 。 主要体现在以下几个方面 :
我国船舶中速柴油机通过技术合作 、专利或许 可证引进及自主开发研制 , 在国内已经形成了一定 的生产能力 。2005 年船用中速柴油机的产量达到 471台 , 同比增长 70%。
但是 , 由于我国中速机生产企业较多 , 产品系 列繁多 , 缸径分布密集 ( 160 ～400 mm ) , 功能较 单一 , 国产中速机技术水平落后 , 仅用于渔船 、内 河航行船舶等 , 进不了主流市场 。我国制造的远洋 船舶上配套的中速机 70%直接购买国外进口原装
Developmen t and Innova tion of H igh Power MBiblioteka Baiduar ine D iesel Eng ine
Feng M ingzh i, W u Hu izhong
(Shanghai Marine D iesel Engine Research Institute, Shanghai 200011)
第 29 卷 (2007)第 2期
综 述
柴油机 D iesel Engine
Vol. 29 ( 2007) NO. 2
船舶大功率柴油机的发展与技术创新
冯明志 , 吴惠忠
(七一一研究所 , 上海 200011)
摘 要 : 通过对比国内外船舶柴油机的现状、技术发展趋势、存在的差距认为目前国内大功率柴油机 船舶配套率低 , 没有自主知识产权 , 关键技术受制于人 , 已成为影响我国船舶发展的重要瓶颈。为了 尽快改变我国船舶柴油机的落后现状 , 满足不断增长的船舶市场对大功率中、低速柴油机的需求 , 提 出船舶柴油机的发展目标和思路 , 技术上要坚持走 “引进 - 消化 - 吸收 - 再创新 ”的国产化技术创新 之路 , 才能加快船舶柴油机配套的发展。 关键词 : 船舶柴油机 ; 发展趋势 ; 技术创新 中图分类号 : TK421 文献标识码 : A 文章编号 : 100124357 (2007) 0220001204
MAN B&W 公司的船舶中速机产品最具有代表 性 , 其产品分为 L16 /24、L21 /31、L27 /38 三大系 列 , 总的功率覆盖 范围 为 450 ～2 970 kW (见 表 2) , 主要用于三大主力船型 (油轮 、集装箱船以 及散货船 ) 的发电辅机 , 基本满足了三大主力船 型的市场需求 , 市场销售情况良好 。
加工单元
中心
图 2 2005 年中日韩造船三大指标世界市场份额
目前我国造船业的国内配套率不到 40% , 船 舶配套落后于造船 , 作为船舶配套核心产品之一的 船舶柴油机 , 配套率更低 , 主要是直接从国外购买 原装机或采用国外引进许可证生产的产品 , 没有自 主知识产权 , 关键技术受制于人 , 已成为影响我国 船舶发展的重要瓶颈 。
Abstrac t: By analyzing the status, development trend of technology, the widening gap between domestic ma2 rine diesel engines and the ones abroad, it is found that there are some disadvantages for domestic high power diesel engine at p resent, such as lower boarding rate, lack of China′s own IPR, key technologies restricted by others, etc. A ll of these have become the obstacles to the development of our marine industry. In order to change the lag behind status and satisfy the growing market demands for high power medium and low speed diesel engines, the develop ing targets and routes are discussed. The only way to increase marine diesel en2 gines′boarding rate is to follow the innovation way of“introduction - digestion - absorbing - innovation”. keywo rd s: marine diesel engine; development trend; innovation of technology
大功率柴油机动力的燃料将向多元化发展 , 可 使用重油 、渣油和各种清洁 燃料 等 。对 于 LNG、 LPG等燃料运输船 , 开展可方便利用所运输的燃料 的单燃料或双燃料气体发动机 。
国内有三家低速机制造企业 , 分别为沪东重机 股份公司 、大连船用柴油机厂 、宜昌船舶柴油机 厂 , 其主导产品是船舶低速大功率柴油机 , 生产所 用专利技术是从丹麦 B&W 公司和芬兰 WARTSILA
2007 年 3月 冯明志等 : 船舶大功率柴油机的发展与技术创新
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机 , 其余 30%几乎都是国外许可证技术制造的产 品 , 技术依赖于国外 , 没有自主知识产权 。
表 2 MAN B &W 公司的三大系列船舶中速机
柴油机系列 L16 /24系列 L21 /31系列 L27 /38系列
单 3 963万载重吨 , 同比增长 18% ; 占世界市场份 额的 18%。
图 1 船舶工业及船舶配套产业链
统计资料表明 , 船舶产品的价值平均构造比例
收稿日期 : 2006211224
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柴 油 机 第 29 卷第 2期
为 : 造船 30%、原材料 20%、配套设备 50% , 由 此可见 , 船舶配套设备对船舶工业发展的重要性 。 船舶柴油机是船舶最主要的配套设备 , 它应用于船 舶推进动力装置和船舶电站 , 在船舶总成本中分别 占 10% ～15%和 3% ～5% , 因此 , 建设能提供性 能优良 、质量可靠 、品种齐全 、数量充足的产品的 船舶柴油机制造业 , 对我国船舶工业快速 、持续 、 健康发展是不可或缺的 。
造成中速柴油机生产企业发展落后的主要原因 是国家资本投入不足 ; 造机企业没有与造船企业同 步规划 、同步投入 ; 生产模式落后 , 没有形成专业 化生产企业 ; 加工手段落后 , 成套能力低 ; 二轮配 套能力差 , 国产化率提高慢 ; 生产能力相对滞后 , 不能适应大规模 、高效率的生产需要 。
- SULZER公司引进 , 按产品产量定期支付专利使 用费 , 主要为国内几大船厂生产的干散货船 、特大 油轮 、集装箱运输船等配套 。 2005 年三家的产量
212 船舶中速柴油机的发展 国外著名的中速柴油机制造厂家主要有德国
MAN B &W、芬兰 W rtsil 、德国 M TU、美国 Cater2 p illar、韩国 Hyundai、日本洋马 、大发等公司 。这 些公司的中速柴油机都形成了系列化 , 缸径一般为 160～280 mm , 气缸数为 5～9缸 , 单缸功率在 100 ～300 kW之间 , 可满足大中型船舶的辅机 、中小 型船舶的主机以及陆用电站的市场需求 。
表 1 我国造机企业与世界先进企业的主要差距
指标内容
世界先进企业 国内企业
投入产出比
1∶315～10
1∶211
专业化生产水平 (按成本 )
自制件小于 20%
自制件超过 35%
全员劳动率 主要工艺装备
人均 5 000 hp 人均 400 hp
数 控 化 机 床数控 化 机 床 为
70% , 普 遍 使 用 10% , 关 键 工 序 采 加工中心及柔性 用数控机床和加工
2 国内外船舶柴油机的发展状况
211 船舶低速柴油机的发展 从全球低速机产品市场占有率来看 , 在以低速
机为主机的 2 000 t以上船舶上 , MAN - B&W 公司 和 WARTSILA - SULZER 公司的低速机产品占世界 份额的 90%以上 , 缸径 260～1 080 mm , 功率 1 600 ～97 300 kW。
功率覆盖范围 / kW 转速 / ( r/m in)
主要用途
450～900
1 000, 1 200 2 000 TEU 以下集装箱船 、散货船以及多用途船的发电机组
900～2000
900, 1 000 2 500～4 250 TEU 集装箱及部分油船的发电机组
1 500～2 970 720, 750, 800 4 500～8 000 TEU集装箱船的发电机组及工程船、多用途船上的电力推进
(1) 船舶柴油机动力系统集成技术 柴油机技术发展不仅要求提高综合效率 , 而且 要求提高柴油机整体性能及在各种工况下的适应 性 。主要研究内容 : 船舶柴油机动力系统总体匹配 设计技术 ; 模块化设计技术 ; 船舶柴油机动力系统 集成优化仿真技术 。 (2) 船舶柴油机虚拟设计研发技术 虚拟技术将用于船舶柴油机设计 、制造 、装 配 、运行和维修的全过程 。以发动机数据库为基 础 , 应用 “数字样机 ”、 “虚拟试验 ”、 “虚拟制 造 ”等相关软件 、技术和手段 , 开展船舶柴油机 设计开发研究 , 实现船舶柴油机从以试验为主的经 验设计向 “预测设计 ”转变 。 (3) 智能化电子控制技术 开展柴油机电控系统开发及工程化应用技术 、 电子控制系统 ( ECS) 、电子调速器设计技术 、电 控泵 、柴油机运行电子管理系统等方面的研究 。 (4) 船舶柴油机可靠性技术 柴油机零部件 (或模块件 ) 将有更高水平的 发展 , 尤其是燃烧室零件和运动摩擦副件的可靠性 将备受重视 。因此 , 需开展可靠性设计技术 、摩擦 磨损技术 、故障分析诊断等方面的研究 。 (5) 船舶柴油机代用燃料技术
1 前 言
现代船舶工业是典型的综合加工装配工业 , 是 综合工业之首 。船舶工业对国民经济 97 个产业有 直接的消耗 , 还直接为我国能源运输 、国际航运 、 海洋开发等产业提供必要的装备 , 形成了国民经济 中一条重要的产业链 (图 1) 。
我国造船完工量已连续 11 年位居世界第三 。 2005年全国造船完工量 1212万载重吨 , 同比增长 42% ; 占世界市场份额的 17%。新承接船舶订单 1 699万载重吨 , 同比增长 7% ; 占世界市场份额的 23% ; 首次超过日本 , 位居世界第二 。手持船舶订
分别达到 70台 /84万 kW、39台 /44万 kW 和 18台 /14万 kW , 总产量达到 127 台 /142 万 kW , 同比 分别增长 21%和 34%。
尽管近几年我国船舶低速柴油机生产已有较快 发展 , 但我国造机企业与世界前三名造机企业的差 距还非常大 , 企业综合竞争能力仍较弱 , 主要差距 见表 1。
当前 , 国外船舶大功率中速柴油机平均有效压 力为 214 ～310 M Pa, 最高燃烧压力 16 ～21 M Pa, 最高 喷 油 压 力 160 ～ 180 M Pa, 燃 油 耗 率 170 ～ 180 g / ( kW ·h) , 单缸功率 2 010 kW , 大修期为 18 000～24 000 h。
3 船舶柴油机技术发展趋势
随着国际船舶配套技术飞速发展 , 世界上各大 船舶柴油机公司在近几年内陆续推出的新型船舶柴 油机 , 均大量采用了最新的科技成果和新的设计理 念 , 如模块化设计技术 、高效率增压技术 、高压燃 油喷射技术 、燃烧和排放控制枝术 、智能技术等 。 主要体现在以下几个方面 :
我国船舶中速柴油机通过技术合作 、专利或许 可证引进及自主开发研制 , 在国内已经形成了一定 的生产能力 。2005 年船用中速柴油机的产量达到 471台 , 同比增长 70%。
但是 , 由于我国中速机生产企业较多 , 产品系 列繁多 , 缸径分布密集 ( 160 ～400 mm ) , 功能较 单一 , 国产中速机技术水平落后 , 仅用于渔船 、内 河航行船舶等 , 进不了主流市场 。我国制造的远洋 船舶上配套的中速机 70%直接购买国外进口原装
Developmen t and Innova tion of H igh Power MBiblioteka Baiduar ine D iesel Eng ine
Feng M ingzh i, W u Hu izhong
(Shanghai Marine D iesel Engine Research Institute, Shanghai 200011)
第 29 卷 (2007)第 2期
综 述
柴油机 D iesel Engine
Vol. 29 ( 2007) NO. 2
船舶大功率柴油机的发展与技术创新
冯明志 , 吴惠忠
(七一一研究所 , 上海 200011)
摘 要 : 通过对比国内外船舶柴油机的现状、技术发展趋势、存在的差距认为目前国内大功率柴油机 船舶配套率低 , 没有自主知识产权 , 关键技术受制于人 , 已成为影响我国船舶发展的重要瓶颈。为了 尽快改变我国船舶柴油机的落后现状 , 满足不断增长的船舶市场对大功率中、低速柴油机的需求 , 提 出船舶柴油机的发展目标和思路 , 技术上要坚持走 “引进 - 消化 - 吸收 - 再创新 ”的国产化技术创新 之路 , 才能加快船舶柴油机配套的发展。 关键词 : 船舶柴油机 ; 发展趋势 ; 技术创新 中图分类号 : TK421 文献标识码 : A 文章编号 : 100124357 (2007) 0220001204
MAN B&W 公司的船舶中速机产品最具有代表 性 , 其产品分为 L16 /24、L21 /31、L27 /38 三大系 列 , 总的功率覆盖 范围 为 450 ～2 970 kW (见 表 2) , 主要用于三大主力船型 (油轮 、集装箱船以 及散货船 ) 的发电辅机 , 基本满足了三大主力船 型的市场需求 , 市场销售情况良好 。
加工单元
中心
图 2 2005 年中日韩造船三大指标世界市场份额
目前我国造船业的国内配套率不到 40% , 船 舶配套落后于造船 , 作为船舶配套核心产品之一的 船舶柴油机 , 配套率更低 , 主要是直接从国外购买 原装机或采用国外引进许可证生产的产品 , 没有自 主知识产权 , 关键技术受制于人 , 已成为影响我国 船舶发展的重要瓶颈 。
Abstrac t: By analyzing the status, development trend of technology, the widening gap between domestic ma2 rine diesel engines and the ones abroad, it is found that there are some disadvantages for domestic high power diesel engine at p resent, such as lower boarding rate, lack of China′s own IPR, key technologies restricted by others, etc. A ll of these have become the obstacles to the development of our marine industry. In order to change the lag behind status and satisfy the growing market demands for high power medium and low speed diesel engines, the develop ing targets and routes are discussed. The only way to increase marine diesel en2 gines′boarding rate is to follow the innovation way of“introduction - digestion - absorbing - innovation”. keywo rd s: marine diesel engine; development trend; innovation of technology
大功率柴油机动力的燃料将向多元化发展 , 可 使用重油 、渣油和各种清洁 燃料 等 。对 于 LNG、 LPG等燃料运输船 , 开展可方便利用所运输的燃料 的单燃料或双燃料气体发动机 。