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[船舶]大功率中速柴油机国产化获得重大突破

来源:中国船舶报

 

 

    经过3年的潜心研究,高技术船舶科研项目——“L32/44CR、DK36系列大功率中速柴油机国产化研制”近日通过了工业和信息化部组织的验收。该项目由镇江中船设备有限公司作为牵头单位,安庆中船柴油机有限公司和大连理工大学参与研制,目前已取得多项创新性技术成果,经济效益显著,大大提高了我国大功率中速柴油机自主研发能力。

 

    该项目主要是在引进L32/44CR、DK36新型大功率中速柴油机技术基础上开展国产化研制。通过研究,我国掌握了中速柴油机汽缸盖铸造技术,攻克了大型铸造多包浇铸技术难关,成功实现了机体、汽缸盖、曲轴、凸轮轴等关键零部件的国产化,建立了柴油机的燃烧过程和共轨系统计算模型,相关企业具备了产品接单能力。目前,L32/44CR、DK36两型中速柴油机整机国产化率达到60%以上。同时,随着项目相关技术的应用,原有的L23/30H型柴油机现在已能满足国际海事组织 Tier Ⅱ排放法规要求,交付数量超过500台,销售收入达到10亿元。在研究过程中,该项目还申请了6项发明专利和1项实用新型专利,其中,4项发明专利和1项实用新型专利已获得授权。

 

    契合市场需求  产学研联合攻关

 

    随着世界船舶工业朝大型化、高技术化方向发展,3000千瓦以上大功率柴油发电机组的市场需求日渐增加。30万载重吨级超大型油船(VLCC)、大型液化天然气(LNG)船、4250TEU~13000TEU大型集装箱船等远洋船舶均需要此类大功率柴油发电机组。同时,在内河行驶的集装箱船、油船等中小型船舶的推进功率也在增大,如国内批量建造的8000千瓦海洋救助船、3500载重吨以上化学品船、5900载重吨沥青船、6000~15000载重吨油船及散货船等都需要3000千瓦以上中速柴油机作为主推进装置。不过,3000~5000千瓦柴油机产品订单主要集中在曼恩、瓦锡兰等品牌商手中,其市场占有率达到90%。相比之下,我国在该功率范围内的柴油机产品市场占有率仅为10%,而且只能提供少量的主机,3000千瓦以上中速发电机组市场尚为空白。

 

    市场研究表明,L32/44CR、DK36两种系列机型功率在3000千瓦以上,不仅可以作为发电机组,满足大型船舶、海工装备电站的配套需求,而且能够作为船舶推进主机使用。为此,镇江中船设备有限公司引进了L32/44CR系列机型,安庆中船柴油机有限公司则引进了DK-36系列机型,并通过技术引进和消化吸收,逐步掌握了其关键技术,着手开展国产化研制工作。2009年,在工业和信息化部、财政部的大力支持下,“L32/44CR、DK36系列大功率中速柴油机国产化研制”项目正式立项,充分发挥产学研优势,由镇江中船设备有限公司作为牵头单位、安庆中船柴油机有限公司和大连理工大学作为参与单位进行研制。

 

    掌握关键技术  创新带来高效益

 

    在获得立项后,该项目的研究人员立即对柴油机大型零部件加工、排放控制、共轨技术等关键技术研究课题进行了调研,确定了相关技术难点,制定了解决这些难点的技术路线。特别是在排放控制方面,项目人员调研了当前使用最广泛的柴油机满足国际海事组织 Tier Ⅱ法规要求的几种控制方法,并在此基础上提出了基于米勒循环控制缸内温度降低氮氧化物排放的机内净化控制策略。

 

    据了解,在项目研究过程中,项目人员广泛采用了仿真(数值)模拟与试验研究相结合的研究方法。在加工技术研究方面,他们利用模拟加工与仿真技术,通过创建机体等关键零部件基于ProE的三维模型,利用计算机辅助制造(CAM)技术进行计算机辅助编程,在数控加工仿真系统平台上创建TH6916、HF-6M两台加工设备的仿真模型,在模型上针对各附件铣头进行相关校验;在排放控制技术研究方面,用软件分别建立了7L32/44CR和8DK36柴油机的一维CFD模型和柴油机工作过程的热力系统数学模型,通过试验数据进行模型验证,并利用仿真模型开展燃烧过程、增压中冷和燃烧室结构的研究。

 

    在项目成果验收会上,与会专家一致认为,该项目完成了预期研究目标任务,在排放控制、共轨技术研究方面取得了创新性技术成果。通过对柴油机排放技术研究,该项目预测了米勒循环对增压器压比、中冷器特性参数的要求,提出了基于米勒循环控制缸内温度来降低氮氧化物排放的机内净化控制策略,并在L23/30H型中速柴油机上进行应用,使其很好地满足了Tier Ⅱ法规要求。

 

    此外,在共轨技术研究方面,项目人员通过逆向工程技术设计了一套适合我国船用柴油机的共轨燃油系统,填补了国内相关技术领域的空白,为我国自主开发共轨技术柴油机作了技术储备。该项目还突破了蠕墨铸铁熔炼工艺难题,掌握了大件加工变形控制、大平面和大深度孔加工的高效切削、凸轮轴表面硬化处理和长曲轴热处理及线性磨削等关键技术;系统分析了国际上先进柴油机控制系统的模块化设计、热冗余总线、高性能嵌入式芯片及智能控制等关键技术,提出了基于高压共轨的燃油喷射系统和控制策略、控制系统模块化设计、调速与监控及软硬件开发的技术方案,为智能控制系统的国产化奠定了技术基础。

 

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