中国船用柴油机技术发展历程

中国船用柴油机技术发展历程一、案例简介

本案例以科技含量高、技术复杂的船用柴油机为例，通过分析我国船用柴油机从主要依赖进口到技术引进再到部分自主研发的历程来阐述国际技术贸易对我国科技发展的影响。从我国船用柴油机依赖进口，在船用柴油机领域没有话语权完全任人宰割，到合理的利用技术贸易引进技术依靠自身的劳动力优势产生微弱的利益再到自己开发拥有自主知识产权的产品以在国际船用柴油机领域有一定的地位，我们将在这样的历程中看到国际技术贸易对我国的科技进步、国防建设以及在我国强国之路上的作用。

二、船用柴油机发展概述

1. 船舶柴油机的发展

1876年，德国人奥托第一次提出了四冲程循环(即进气、压缩、膨胀、排气)原理，并发明了电点火的四冲程煤气机。之后，在1880年一些工程师，如英国的和，以及德国人等成功地开发了二冲程内燃机。

1892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MAN公司制成第一台实际使用的柴油机(压燃式、空气喷射、定压燃烧)，其效率因可采用较大的压缩比而比煤气机有显着提高。1904年柴油机首次用于船舶推进装置 kW,260 r/min)。从此在船舶领域里开始了与蒸汽推进装置的竞争局面。在此后40多年中，柴油机在自身逐步完善中有了很大发展。 1926年瑞士人Alfred Buechi设计了一台废气涡轮增压柴油机，当时由于增压器制造水平的限制，此项技术未能迅速推广。但总的来看在与蒸汽推进装置竞争中无突破性进展，在船舶使用中，蒸汽推进装置仍占据领先地位。

从第二次世界大战到50年代中后期，由于社会生产力的迅速发展，对船舶推

进装置提出了新的要求。柴油机在此期间完成了大缸径、焊接结构、废气涡轮增压以及使用劣质燃油等四项重大技术成果，并逐步发展了船用低速柴油机系列。此期间在国外大致有八种船用低速柴油机型号(由八大船用柴油机制造厂生产)。在这些技术成就中，废气涡轮增压技术在船用二冲程柴油机上的成功使用是船用低速柴油机发展中的重要里程碑。国外称这一时期是船用低速柴油机的第一次飞跃，其技术特征是废气涡轮增压技术的普及。至此，在与蒸汽动力装置的竞争中柴油机逐渐取得了领先地位。

从60年代到70年代船用低速柴油机进入了黄金时代，它在船舶动力装置中取得了明显的压倒优势。各船用柴油机厂之间开始进行调整、合并、淘汰。柴油机技术趋于完善。此期间内船用低速柴油机发展的特点按顺序大致为增大机组功率，提高可靠性，提高经济性。

70年代的两次石油危机诱发了世界范围内的能源危机。石油产品价格大幅度上涨使船舶柴油机的燃油费用支出一跃占总营运成本的40%～50%。由此，改变了人们长期以来的传

统观念，降低柴油机的燃油支出费用，提高柴油机经济性已成为第一要求。70年代末到80年代，各类节能型柴油机大量出现，机型更新周期大大缩短(甚至仅为2年～3年)，各类柴油机均采用各种节能措施降低油耗率，努力提高柴油机的有效热效率；同时，由于供给船用柴油机的燃油质量日益低劣，使得船用柴油机在使用劣质燃油的技术上又有了新的发展。目前，现代船用低速柴油机的油耗率已降低到0.155kg/kWh～0.160kg/kWh，有效热效率可高达55%。国外把这一时期船用柴油机的发展称为第二次飞跃。现代船用柴油机发展中的第三个特点是控制与操纵自动化，即对船用柴油机及其附属设备进行自动控制及自动监视。60年代初曾进行在控制室内对主机集中控制与集中监视，70年代电子技术开始在柴油机上使用。80年代柴油机的电子控制技术已有了很大发展，除可监视柴油机的运行工况外，还可保持柴油机各运行参数的最佳值，以求得柴油机功率、燃油消耗率和其它有关性能的最佳平衡，并由此发展了对柴油机的故障诊断、未来趋势预报等技术，把柴油机的管理技术提高到一个崭新的水平。2000年，Wrtsil 公司成功地推出了SULZER RT-flex全电子控制的智能型柴油机，并开始装船使用。

在船用低速二冲程柴油机发展的同时，大功率四冲程中速柴油机自50年代开始也得到了稳步发展，至今已经历了四代机型。它的最大优点是重量轻，尺寸小，可选用最佳的螺旋桨转速。在工作可靠性、使用寿命、经济性及对劣质燃油的适应性方面均有明显改进，基本上达到与低速机相近的水平。近年建造的2 000总吨以上船舶中，使用中速机做主机者占25%左右。

一般对船用主机来讲，经济性、可靠性和使用寿命是第一位的，重量和尺寸是第二位的。据此，低速二冲程柴油机因其效率高、功率大、工作可靠、寿命长、可燃用劣质油以及转速低(通常为100ｒ／ｍｉｎ左右，最低可达56ｒ／ｍｉｎ)等优点适于作船舶主机使用。大功率四冲程中速柴油机因其尺寸与重量小较适于作为滚装船和集装箱船舶主机。船舶发电柴油机(称副机)因其发电机要求功率不大，转速较高以及结构简单，因而均采用中、高速四冲程筒形活塞式柴油机。

经过近几十年尤其是近十多年的发展，现代船用柴油机已经发展到一个较高的技术水平。今后，随着生产力的发展，将会对船用柴油机提出更高的要求，船舶柴油机也将继续发展改进。当前柴油机的发展可以概括为：以节能为中心，充分兼顾到排放与可靠性的要求，全面提高柴油机性能。根据此发展目标，今后的研究趋势大致为：

提高经济性的研究，包括燃烧、增压、低摩擦、低磨损等的研究；

降低柴油机排放的研究，排放是现代柴油机面临的严重挑战，随着对船舶柴油机排放控制的限制，使得经济性的提高更加困难，这也是船舶柴油机发展中的新课题；

提高可靠性与耐久性的研究；

电子控制技术的研究；

代用燃料的研究。

2. 船舶柴油机当前使用情况和技术水平

1）船用低速柴油机当前使用情况和技术水平

船用低速柴油目前主要由MAN B&W 、Wrtsil瑞士公司和日本三菱三家公司生产，据1998年世界各国造船造机结果统计，MAN B&W公司占市场

份额的%，Wrtsil瑞士公司占市场份额的%,日本三菱不足8%。MAN B&W和Wrtsilr瑞士公司近年主要机型的工作参数如下：

表1-1 船用低速油机的主要参数

从上述参数可以看出，目前新型船用低速柴油机的S/D值已达到以上，活塞平均速度在～8.5m/s左右, 平均有效压力高达, 最大燃烧压力在140bar 以上, 而燃油消耗率则下降到169 g/kWh, 其动力性和经济性已经达到了相当高的水平。

2）船用中速柴油机当前使用情况和技术水平

船用中速柴油机目前虽然生产厂家较多，但主要集中于几家公司，据1998年世界各国造船造机结果统计，Wrtsil 公司占市场份额的40%，MAN B&W公司占市场份额的%, Mak占市场份额的%。其余公司占%。Wrtsil和MAN B&W公司近年主要机型的工作参数如下：

表1-2 船用中速油机的主要参数

三、我国船用柴油机主要依赖进口阶段

50年代前期解放前遗留下来的各型中、小舰船柴油机备件消耗殆尽、舰船面临停航，而我国当时几乎没有船用柴油机研发生产能力，19 51 年底成立了海军配件试造委员会主要在上海组织了一些中、小型私营企业,采取承包加工形式、与各船厂协作完成了各中、小型舰用柴油机配件的供应任务，其生产能力仅限于仿制250KW以下高、中速小型船用柴油机；50年代后期到70年代后期，此阶段主要引进苏联舰用柴油机, 如M50高速机、D39 中速机、4 0 D 中速机、gDM 中速机等。

可见，在这一时期，我国的船用柴油机研发生产能力十分微弱，仅能满足一些小型舰船的供应；同时，由于受到国际关系的制约和西方国家的技术封锁，我国在大型民船和军用舰艇的发展上受到了很大的限制。随着各国对海上利益的争夺越演越烈，大型舰船和军用舰艇的发展关系着国家的生命命脉，我们必须寻找新的途径发展船舶事业。四、我国船用柴油机技术引进阶段

概述

国内船用低速机制造业自1978 年起，先后从丹麦MAN、瑞士SULZER（现芬兰WARTSILA）法国SEMT pielstick 等多家公司引进了先进的大功率船用柴油机专利生产制造技术。30 多年来，通过实践和努力，我国在引进、吸收、消化专利生产制造技术方面取得了长足的进步。与此同时，通过积极地采用国际标准和国外先进的标准，缩短了我国船用低速机标准化技术与国际先进标准化技术的差距。国外引进的各型大功率船用柴油机的标准

是较完整的标准化体系，并且都是国际标准和各工业发达国家的标准及属于专利公司自己的技术标准。对国外大功率柴油机标准化的分析在于学习和掌握国外先进的标准化思想和理念，充分利用宝贵的国际资源，促进自身的技术进步，提高企业标准化水准，推动自主创新，提高产品质量，以取得更好的经济效益和社会效益。

我国是船用柴油机许可证技术引进比较多的国家。经统计，25 年来，我国引进的船用配套设备专利技术生产许可证项目共54项，其中船用柴油机制造占重要地位。包括两家着名的船用低速柴油机公司的10多个系列、数十种机型；船用中高速柴油机共计有10家公司的17种系列机型。此外，还引进了7家专业配套厂的7种关键配套部件生产技术，形成了较完整的柴油机生产配套能力。

以从德国引进的某型柴油机生产许可证技术为例。2000 年，对该型柴油机的国产化研制有如下的要求：

a.完成50%和82%（按产值计）两种国产化比例样机的研制及试验；

b.研制周期为从转让许可证产品图纸资料到厂后一年内完成；

c.研制工作开始半年后即开始小批量生产准备，从工作内容上看两者大体上同步进行。

在历时二年内，组织了共计超过1400h 的四次可靠性考核，完成该二种机型柴油机的国产化研制工作，使用方按事先约定的认可程序对该型机进行了认可。认可评价通常包括方案论证和样机的试验、鉴定和定型，主要看承制方的科研生产能力是否满足研制产品的要求；图纸、技术文件、资料是否按国家标准编写整理；经过修改的设计图纸和技术文件的手续是

否齐全；试验程序是否符合规定；试验结果是否满足技术规格书的要求等。

我国船用柴油机仍在执行的有效许可证项目

低速机的引进

二十世纪70年代末，为了适应国内外船东的船舶建造的需求，我国先后于1979年从瑞士sulzer公司，1980年从丹麦MAN B&W公司引进了低速柴

油机许可证制造技术，实现了我国制造机型与世界当代最新技术水平同步，形成了低速机配套设备国内专业化配套生产的格局。

90年代以来，我国低速柴油机已经完全由MAN B&W的MCIMCC和Suizer

的RTA系列所取代，

通过这些技术的引进使我国的某些低速机生产水品达到了国际先进水平，例如大连川用柴油机厂的MAN B&W 7S60MC-C，沪东重机的MAN B&W 6K80MC-C 和宜昌船舶柴油机厂的sulzer RT-flex58T-B等，这些机型技术难度大，

质量要求高，说明了我国低速机的生产能力已经达到了很高的水品。

中速机的引进

我国目前生产的中速机的机型中，引进的品种很多，大多数气缸的直径为200-300内，

如日本洋马的S165，M20型，日本大发的DS18，DL20，DK20，DS22，等，sulzer的AT20，AT25等，MAN B&W的1，16/14，1，20/27，1，23/30，1，28/32等。这些机型中，除了90年代后期引进的新机型与国外的产品的差

距在逐步缩小外，大部分引进产品已趋于老化，市场竞争力逐步缩小。

技术引进的作用

我国的船舶柴油机与国外先进水平还有很大的差距，我们要通过引进

生产许可证柴油机技术的消化吸收，突破关键技术，提高生产能力，开发研制具有自主知识产权的产品，努力实现一个以研究所、柴油机整机厂及专业化配套厂组成的船舶柴油机研发、生产体系。

五、我国船用柴油机自主研发

概况：

中国生产专利船用柴油主机始于改革开放初期．近年来呈现出快速发展的势头。我国主要船用低速机企业将由3家增至8家，2010年产能将达到1000万马力以上。2008年世界主要船用低速柴油机企业生产能力排名情况显示，我国沪东重机、大连船柴、中船三井、宜昌船柴的排名分别为第5位、第6位、第8位、第12位。

虽然通过国外的技术外溢及我国企业的“干中学”,我国的船用柴油机自主研发创新已取得一定成果，但自主之路走的一直比较缓慢，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、同步投人；生产模式落后，没有专业化生产厂；加工手段落后，成套能力低；轮机配套能力差，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。

发展思路：

2009年中国政府网全文公布了《船舶工业调整和振兴规划》，明确了船舶工业的发展目标：船用低速柴油机产量达到1200万马力。《规划》为我们的船用柴油机行业的发展思路提供了一些发展思路

船用低速柴油机：开展低速机关键部套件的开发研制，加紧增压器、燃油系统、轴瓦、曲轴等主要部套件的设计开发和研制生产；加强对低速

柴油机的一些特有技术，如经济性、排放、故障诊断、电液控制系统、智能化控制系统等先进技术进行消化吸收和研究。

船用中速柴油机：技术上，重点研究和突破船用中速柴油机的总体优化设计技术、重要零部件(如电子调速器、主轴瓦、连杆瓦、高压油泵、增压器等)的设计制造技术以及高增压、高压共轨燃油喷射、燃烧与排放、模块化和智能化等关键技术。

成果：

在近些年而自主研发过程中，船用柴油机设备及零部件国产化成绩斐然：

大连船用柴油机有限责任公司制造出世界首台6S50ME-B型电控船用低速机，该机可满足IMO最新的氮氧化物排放标准，被誉为绿色环保型主机；

大连重工起重集团首支国产90型船用曲轴成功下线；

镇江中船设备有限公司顺利交验首台CME-MAN6S42MC7低速机及首套8L21/31主机左右机，该厂研制的L23/30H型船机在国内首个通过九国船级社的TierⅡ标准氮氧化物现场排放试验；

镇江中船现代发电设备有限公司成功交付首套船用主发电机组，该企业自行研制的具有自主知识产权的高速发电机为机组配套；

重庆跃进机械厂有限公司旗下的大连海跃公司实现瓦锡兰公司Flex 智慧机供油单元和共轨单元批量生产；

重庆江增机械有限公司成功开发出新型TPS增压器的部件TPS52消音器总成；

黄石巿高耐斯热工设备有限公司的专利产品螺旋式折流板列管式换热器，在中国南海地区巿场占有率达到60%。

河南柴油机集团有限责任公司自主研制开发的 L250z 系列重油柴油机等产品，通过了中国船级社等的认证，开始应用于船用和陆用发电领域。目前，河柴集团的 MWM234 系列柴油机装船国产化率达 95% 左右，TBD604B 柴油机装船国产化率达到 85% 左右， 620 系列柴油机装船国产化率达 60% 左右。河柴集团的高速柴油机在民用市场的占有率为30% 。

同样在新产品研发硕果累累：

潍柴动力股份有限公司研发的CW200系列船用柴油机打入欧美巿场；

扬州柴油机有限公司成功研发出YZ485C船用柴油机及YZ485CD船用发电机组用柴油机，为小型出口船配套；

中国南车集团戚墅堰机车有限公司首台优化设计的大功率V型280船

用中速柴油机顺利通过中国船级社组织的台架试验，该机单机额定最大输出功率为3860千瓦；

淄博柴油机总公司完成了9250大功率船用柴油机所有零部件的设计

工作；镇江中船现代发电设备有限公司成功研制出自主品牌高压发电机；

708所已自主研发成功万箱级集装箱船10万马力级动力超级轴系；

711所自行设计制造的具有国际先进水平的大型耙吸式挖泥船双速比动力传动系统顺利交付，该系统将应用于1万立方米耙吸式挖泥船；

杭州前进齿轮箱集团有限公司研制成功一种具有国际先进水平、配套可调桨的大型船用齿轮箱，该产品填补了国内空白；

重庆齿轮箱有限责任公司研制成功首船套GVM1050F齿轮箱。

从2006年至今，武汉理工大学电控汽缸注油润滑系统项目组作了大量的计算论证和试验研究工作，成功开发了一套具有自主知识产权的大型低速柴油机的电子控制式汽缸注油润滑系统。

六、总结：

我国船用柴油机的发展之路基本是产品进口---技术引进---联合生

产---自主研发---出口，前三步进行的比较顺利，但最后两步依然很艰难。尽管我国内河航运基本使用国产柴油机，但远洋船的柴油机自主化才刚刚起步。我们可以乐观地看到，政府的宏观导向，经济增长带来的强大需求，财政的资金后盾都是船用柴油机自主化的优势。日本韩国分别在四十年前和三十年前通过技术引进走进了发达国家行列，中国的企业能否坚持以技术引进为手段，自主研发为导向来强大船用柴油机行业，对我国的造船业乃至整个制造业都将产生巨大的影响。