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1 大型船舶柴油机动力装置节能减排技术研究(节选) 武汉铸诚科技有限公司 夏志澜 1.

引言 燃油成本占航运企业总成本的 45%左右,对航运企业而言:节能减排就是效益. 降低船舶能耗的方法有很多,用到极致的是多拉慢跑,远洋轮的航速已经降到了 12Kn 左右,卡车常常超载 100%;

在此基础上,人们又开始采用各种以节能为目的的燃油添加剂和润滑油添加剂,相对而言,对守在身边、每天消耗着 大量燃油的发动机的状态却关心不足,一直沿用这老师傅传下来的测爆压、看排温、观烟色的传统管理模式,在这种 粗放型、经验管理的模式下,大量的发动机处在亚健康状态下运营,漫漫航路上,发动机在不知不觉中消耗掉了多拉 慢跑、燃油添加剂和滑油添加剂带来的所有效益. 在本公司参与测试和分析的几十台大型柴油机中,除了青岛淄柴博洋柴油机股份公司出厂台架上的柴油机和长江 轮两台出厂不到一年的主机之外,都存在燃烧异常、能耗明显高于设计值的现象. 2. 大型船舶柴油机动力装置节能减排的成效与矛盾 在长期的管理实践中,宏观节能措施取得了良好的成效,微观领域还存在差距,主要表现为油耗指标和节油奖的 矛盾和燃油费与修理费的矛盾. 要解决以上两个矛盾,必须在国家有关产业政策和技术政策引导下,采取管理措施与技术措施相结合的方式,一 方面航运公司要把燃油消耗费、维修费、节油奖和船员节油的积极性做通盘考虑,寻求效益最大化的管理模式;

另一 方面要采取新技术、新装备,客观、真实、准确地判定柴油机的状态,杜绝柴油机带病工作、长期运行在高油耗状态 的现象. 《大型船舶柴油机动力装置节能减排技术 研究》入选《中国低碳交通发展报告》 隆重推出《MIP_System_2012》版示功图 分析软件. 武汉铸诚科技有限公司 武汉铸诚科技有限公司

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2013 年6月28 日第17 期23. 大型船舶柴油机动力装置能耗管理的常用方法和问题 大型船舶柴油机动力装置能耗管理的常用技术方法有三个: 第一个方法是油耗总量控制.第二个方法是耗油率管理.第三个方法是柴油机缸内工作过程监测. 据美国《燃气轮机》杂志

1997 年报道,采用电子示功器对一台 10000kW 的柴油机发电机组实施管理,一年减少 油耗 10%、排放 30%. 武汉铸诚科技有限公司经过十数年的不懈努力, 奉献给大型柴油机动力装置管理者的 ZC 系列柴油机电子示功器的 功能、技术指标和可靠性已与国际同类产品相当. 4. ZC 系列柴油机电子示功器的功能和技术指标 ZC 系列柴油机电子示功器是测量柴油机示功图和燃油喷射压力波、并对示功图和燃油喷射压力波进行数据分析 与故障诊断的专用设备,研制始于上世纪九十年代初,经过近二十年的发展,形成了包括 ZCP-1(A )型便携式电子示功 器和 ZCO-1(A )型在线式柴油机电子示功器在内的系列产品,其主要配置如表 1[3] 所示,图1和图

2 是ZCP-1 型便携式 柴油机电子示功器和 ZCO-1A 型在线式柴油机电子示功器的图片. 表1ZC 系列电子示功器 ZC 系列柴油机电子示功 器同时测量柴油机气缸内的气 体压力和曲轴转角,形成示功 图,并引入燃烧分析技术对所 测示功图进行放热规律计算, 根据放热规律计算所得结果提 取一系列特征值用于柴油机的 状态评估和故障诊断,使ZC 系列柴油机电子示功器具有了 其它电子示功器所没有的分析 能力. ZC 系列柴油机电子示功 器首先对获得的各个气缸的示 功图进行一般分析,获得循环 功、最高爆炸压力、最高爆炸 压力位置、 压力升高率和着火 点位置等特征值, 再将各个气 缸的循环功进行累加、 乘以转 速获得柴油机整机的指示功 率, 整机的指示功率减去同转 速下的空车指示功率获得整 机的有效功率. 然后根据示功 图压缩过程曲线拟合、 并外推 整个压缩和动力冲程的理论 纯压缩、膨胀曲线,获取最高压缩压力特征值.采用示功图的燃烧分析方法获得瞬时放热率、累计放热率百分比和燃 烧温度;

按照预混燃烧、扩散燃烧和后燃三个阶段计算各自的放热量,以及提取上止点后

30 度的累积放热百分比,得 到示功图的所有特征参数. 型号 ZCP-1 型ZCP-1A 型ZCO-1 型ZCO-1A 型 便携式主机(ZCP-1) 示功图采集模块(ZCO-1(A) ) 气缸压力传感器(ZCY-25) 喷射压力传感器(HM90) 高压针阀、三通 曲轴转角传感器(ZCA) MIP System

2012 软件 充电器 电源 便携式密封箱 说明书 图1ZCP-1 型便携式柴油机电子示功器 图2ZCO-1A 型在线式柴油机电子示功器

3 根据燃油喷射压力曲线,提取供油定时、最高喷射压力、供油持续角和高压油管残余压力四个特征值. ZC 系列柴油机电子示功器应用所获得的特征参数,可以对柴油机各缸负荷不平衡、气缸漏气、供油定时错误、 燃油雾化不良、供油装置漏油等故障做出诊断,并提示用户对相关零部件进行检查. 5. ZC 系列柴油机电子示功器应用案例 5.1.ZC 系列电子示功器在柴油机制造企业中的应用案例 青岛淄柴博洋柴油机股份有 限公司采用 ZC 系列柴油机电子示 功器进行柴油机出厂检验和新型 柴油机的研发.图3是青岛淄柴博 洋柴油机股份有限公司 6N330 柴 油机 100%负荷 2206kW 时的所有 气缸的示功图,图4是第一缸的燃 烧分析图,图5是6N330 柴油机 100%负荷时各缸的特征参数,ZC 系列柴油机电子示功器所测功率 与测试台架上的测功器所测功率 高度一致. 对于新柴油机的示功图测试 可以为用户留下标准示功图的范 本,是以后采用电子示功器对柴油 机实施管理过程中的参照标准. 5.2. ZC 系列电子示功器在航 运企业中的应用案例 大连航运总公司某客滚船的 12VPC2-5 柴油机

2006 年7月8日测量的示功图如图

6、图7所示, 该柴油机用爆压表测量的爆压和 排温表显示的排温正常,但是,采用ZCP 型柴油机电子示功器测量获 得的示功图显示该柴油机着火点 滞后、有爆燃倾向、且第六缸供油 规律明显异常, 经维修、 调整之后, 性能得到基本恢复. 大连航运总公司德银海轮燃 油添加剂试验.2010 年10 月,大 连航运总公司在德银海轮测试 MAZ600 燃油添加剂的效果,采用 ZCO 型电子示功器测量柴油机的示功图和指示功率, 结合流量计获取指示耗油率,图8是ZCO 型柴油机电子示功器在船上的安装图,图9是所测示功图,取得了良好的效 果,证明 MAZ600 燃油添加剂可以节油 4%~7%.同时,测试结果表明该柴油机存在供油定时滞后问题. 海丰国际控股有限公司海丰航运集团的基隆轮是一条几十年的老船,她的三台发电机组是 6AL20/24 柴油机,额定 转速

1000 转/分,额定功率 412kW,2012 年10 月,每台柴油发电机组只能发出 60kW 的功率(到达 60kW 功率时排 图36N330 柴油机所有气缸的示功图 图4第一缸燃烧分析图 图56N330 柴油机 100%负荷时的特征参数 图6客滚船所有气缸的示功图 图7第一缸的示功图和燃烧分析曲线 图8ZCO 型柴油机在德银海轮的安装情况 图9德银海轮左主机示功图

4 温超标) ,测试示功图(图10)发现 着火延迟、气缸漏气,原因是供油凸 轮磨损,根据示功图测试信息,将供 油提前角向前提早

5 度(图11)后, 输出功率可以达到 120kW, 根据示功 图分析,估算的指示耗油率下降了 83g/kWh,换算成有效耗油率,油耗 至少下降 110g/kWh,每台柴油发电 机组日节油 316kg,按一年

200 个工 作日算, 一台副机年节油可达

63 吨, 减少二氧化碳排放

170 吨. 该轮主机 也同样存在这个问题, 并采用同样手 段, 有效提高了主机所能发出的有效 功率、降低了油耗. 上海航道局航浚

9001 和航浚

9002 的情况与基隆轮相似,用ZC 系 列电子示功器测试之前航速只能达 到4节,主机只能输出 1250kW 左右 的功率, ZC 系列电子示功器所测示功 图如图

12 所示,调整供油提前角后 主机输出功率达到 1830kW(图13) , 满足了长江口航道疏浚的最低航速 要求,估算耗油率下降了 37g/kWh, 日节油可达 1.6 吨,减少二氧化碳排 放4.3 吨,效益显著. 5.3. ZC 系列电子示功器在院校 实验室中的应用案........