船用柴油機百年發(fā)展簡史

1、船用柴油機百年發(fā)展簡史引自霹靂貝貝一柴油機的誕生自從18世紀末瓦特改良蒸汽機以來，蒸汽機成為推動世界發(fā)展的動力。1805年，富爾頓發(fā)明了實用的蒸汽機船，從此以后很多船舶開始用上了蒸汽機。不過早期的蒸汽機工作壓力很低，結(jié)構(gòu)極其笨重，效率不到5%。19世紀初，改進蒸汽機，提高熱效率就成為許多科學(xué)家和工程師畢生追求的目標。法國人薩迪.卡諾（Sadi Carnot，1796-1832）就是其中杰出的代表?？ㄖZ認為，要想改進熱機，只有從理論上找出依據(jù)。因此他從熱力學(xué)理論的高度著手研究熱機效率，提出了著名的“卡諾循環(huán)”。 圖1.1 熱力學(xué)大師薩迪.卡諾圖1.2 “卡諾循環(huán)”P-V（壓力-體積）圖

2、“卡諾循環(huán)”是一個理想的過程，分四個階段。1-2，可逆等溫膨脹過程。2-3， 等熵膨脹過程。3-4，可逆等溫壓縮過程：4-1，等熵壓縮過程。工質(zhì)經(jīng)過這四個過程循環(huán)后，吸收能量，對外做功，隨后又回到原來的狀態(tài)?？ㄖZ循環(huán)只是一個理想狀態(tài)的熱機，現(xiàn)實中沒有任何熱機的效率可以達到卡諾熱機的效率，但它卻為分析熱機效率提供了基礎(chǔ)的方法。從卡諾循環(huán)的分析可以看出，增大工質(zhì)循環(huán)的初始溫度與循環(huán)終了溫度之間的差值，是提高熱機效率最為簡便的途徑。迄今為止，熱機效率所有重大的提升和改進都是在這個準則指導(dǎo)下進行的。        有了理論指導(dǎo)后，蒸汽機功率和效率都得以提高，這種

3、提高主要取決于蒸汽參數(shù)的提高。初期蒸汽機的蒸汽壓力僅為0.110.13兆帕（一標準大氣壓=0.101325兆帕，僅相當于大氣壓）。19世紀初蒸汽壓力達到0.350.7兆帕，到1840年，最好的凝汽式蒸汽機總效率已經(jīng)能達到8%。隨著蒸汽參數(shù)和功率的提高，蒸汽已不可能只在一個汽缸中膨脹，必須在相連的汽缸中繼續(xù)膨脹，于是出現(xiàn)了多級膨脹的蒸汽機。由于蒸汽機受到潤滑油閃點的限制，所用蒸汽的最高溫度一般都不超過400。機車，輪船等移動式蒸汽機的工作溫度還要略低一些，多數(shù)不高于350?？紤]到膨脹的可能性和結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，常用蒸汽壓力在2.5兆帕以下。由于蒸汽參數(shù)受到限制，從而也限制了蒸汽機功率和效率的進一步提

4、高。        為了避免蒸汽機粗大笨重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以小型化的缺點，歐洲的發(fā)明家們紛紛開始研究新型熱機。德國工程師奧托（N.A Otto 18321891）通過效仿卡諾循環(huán)的研究方法，提出了“奧托循環(huán)”，即定容加熱循環(huán)原理?！皧W托循環(huán)”的基本工作原理為，將可燃氣體在氣缸中壓縮，再點燃壓縮可燃氣體，產(chǎn)生很強的推力，從而提高熱效率和輸出功率。奧托創(chuàng)建的內(nèi)燃機工作原理一直在現(xiàn)代汽車發(fā)動機（汽油機）上沿用至今。1876奧托的第一臺內(nèi)燃機為單缸臥式，功率3.2千瓦（4.4馬力），四沖程，轉(zhuǎn)速為156轉(zhuǎn)/分，壓縮比為2.66，熱效率達到14%，大大超過了蒸汽機。

5、不過當時石油工業(yè)還處于襁褓時期，更談不上汽油（第一臺汽油機還要等到1883年才問世），因此這臺發(fā)動機采用的燃料是煤氣。由于煤氣存儲不便，存在安全性較差的缺點。同時由于奧托的內(nèi)燃機采用的是點燃方式，當時完善的電點火裝置還沒有發(fā)明，點火裝置可靠性也不佳。 圖1.3 內(nèi)燃機的發(fā)明人-奧托一名德國裔的法國工程師決定改進內(nèi)燃機，他就是魯?shù)婪?狄塞爾（Rudolf Diesel，1858-1913）。狄塞爾1856年出生于法國巴黎，父母是德國移民。1870年普發(fā)戰(zhàn)爭爆發(fā)后，他移居到德國奧格斯堡的叔叔家，在那里他就讀職業(yè)學(xué)校。1875年，他進入慕尼黑科技大學(xué)學(xué)習(xí)，5年后以第一名的成績畢業(yè)并返回巴黎

6、從事制冷專業(yè)。在工作中，他深感蒸汽機的效率低下，于是萌發(fā)了設(shè)計新型發(fā)動機的念頭。1890年他回到柏林，不久后他建造了一臺以氨氣為動力的發(fā)動機并進行研究，但不幸的是，發(fā)動機的爆炸差點要了他的命。出院后他繼續(xù)研究工作，并在1893年發(fā)表了著名的論文Theory and Construction of a Rational Heat-engine to Replace the Steam Engine and Combustion Engines Known Today（取代現(xiàn)有蒸氣發(fā)動機和內(nèi)燃發(fā)動機的合理的熱發(fā)動機理論和設(shè)計），在論文中他提出了定壓加熱循環(huán)原理（即“狄塞爾”循環(huán)），并申請了專利。&

7、#160;圖1.4 柴油機的發(fā)明人魯?shù)婪?狄塞爾為了實現(xiàn)他的想法，他找到德國奧格斯堡機器制造廠，也就是今天大名鼎鼎的曼恩（M.A.N）公司的前身。1897年，他成功制造了一臺能安全運轉(zhuǎn)的熱機。在奧格斯堡他親自啟動了發(fā)動機，那一瞬間，熱機領(lǐng)域一次新的科技革命誕生了。雖然這臺單缸引擎的功率僅為14瓦，但效率已經(jīng)遠遠超過當時的蒸汽機和已經(jīng)發(fā)明的奧托式內(nèi)燃機，達到了前所未有的26%?，F(xiàn)在，這臺機器的復(fù)制品（原件已經(jīng)不幸在二戰(zhàn)中損毀）被收藏在慕尼黑德意志科技博物館里，狄賽爾也永遠被人們銘記。今天英文的柴油機一詞“Diesel Engine”就是以他的姓氏來命名的。不過當時柴油機并沒有使用柴油，使用的是植

8、物油。實際上，“Diesel Engine”更準確的中文翻譯應(yīng)該是“壓燃式發(fā)動機”，不過“柴油機”的名稱已經(jīng)深入人心，也不必苛求了。 圖1.5 世界上第一臺柴油機狄塞爾柴油機為單缸四沖程柴油機，雖然柴油機經(jīng)過了100多年的發(fā)展，但其基本原理都是基于狄塞爾提出的定壓膨脹原理。柴油機主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、噴油嘴等部件組成。4沖程柴油機的工作循環(huán)經(jīng)歷進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程。柴油機在進氣沖程吸人的是純空氣，在壓縮沖程接近結(jié)束時，由噴油泵將高壓柴油通過噴油器以霧狀噴人氣缸，在短時間內(nèi)與壓縮后的高溫、高壓空氣混合，形成可燃混合氣。混合氣溫度大大超過柴油的自燃點，柴

9、油噴人氣缸后，在很短的時間內(nèi)即自行著火燃燒，燃氣壓力急劇上升，溫度急劇升高，在高壓氣體推動下，活塞向下運動并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。廢氣則經(jīng)排氣門、排氣管等處排人大氣。 圖1.6 四沖程柴油機的工作原理四沖柴油機在一個工作循環(huán)中，只有一個沖程做功，其余三個沖程都是為做功沖程創(chuàng)造條件的輔助行程。因此，單缸發(fā)動機工作不平穩(wěn)，需要通過飛輪等保證其圓周運動?，F(xiàn)代柴油機大多采用多缸結(jié)構(gòu)，在多缸發(fā)動機中，所有氣缸的做功行程并不同時進行，而盡可能有一個均勻的做功間隔。例如六缸發(fā)動機，在完成一個工作循環(huán)中，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周即720度，曲軸轉(zhuǎn)角每隔120度就有一個氣缸做功。因而多缸發(fā)動機曲軸運轉(zhuǎn)均勻，工作平穩(wěn)，

10、并可獲得足夠大的功率。 雖然柴油和汽油同為內(nèi)燃機燃料，但柴油屬于石油分餾中較重的餾分，餾出溫度高，粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，然而其自燃點卻低于汽油，故柴油機內(nèi)可燃混合氣的形成和燃燒方式與汽油機不同。        柴油機        汽油機基本原理        定壓加熱循環(huán)        定容加熱循環(huán)燃料混合方式        柴油直接噴入汽缸，在汽缸內(nèi)實現(xiàn)油氣混合 

11、60;     向汽缸噴入已經(jīng)混合好的汽油、空氣混合；一般使用化油器（現(xiàn)代汽油機使用電子噴射方式）產(chǎn)生混合氣體點火方式        壓燃、依靠汽缸的高溫、高壓使用柴油自燃        點燃方式，一般使用電火花塞發(fā)火壓縮比        最高可達20以上        一般為10以內(nèi)柴油機和汽油機的差異汽油機與柴油機比較各有特點；汽油機轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動容易，制造成本低，多用于汽車等小功率的場合；柴油機壓

12、縮比大，熱效率高，輸出功率大，經(jīng)濟性能和排放性能都比汽油機好。一般來說，柴油機的氣缸數(shù)越多、缸徑越大、活塞行程越長、汽缸壓力越大，輸出功率也就越大。當今，柴油機在重型汽車、重型機械、火車和船舶推進、電站等方面均有廣泛應(yīng)用。?二柴油機應(yīng)用于船舶推進        狄塞爾本想將柴油機用于汽車，但是直到他去世，這個夢想也沒有實現(xiàn)。不過隨著石油的開發(fā)，柴油卻率先在船舶推進中得到應(yīng)用。1903年，俄國的“萬達爾” 號（Vandal）油輪和法國的“佩迪特.皮埃爾” 號（Petite-Pierre）成為最早裝備柴油機的船舶，她們幾乎同時建成服役，至于誰更早一些，不同的

13、資料有不同的看法。        “萬達爾”號由卡爾.哈格林（Karl Hagelin）為俄國的石油巨頭-諾貝爾兄弟公司（Branobel）設(shè)計（該公司是諾貝爾家族在俄國投資的石油公司，偉大的發(fā)明家阿爾弗雷德.諾貝爾就是出自該家族）。哈格林十分具有遠見，他設(shè)計了一艘內(nèi)河油輪，這艘船可以將里海的石油從伏爾加河下游經(jīng)內(nèi)陸河道直接運到圣彼得堡或芬蘭，距離超過1800英里！以前這條路線上主要是通過內(nèi)河駁船進行運輸，采用蒸汽拖船拖曳，長距離的經(jīng)濟性不是很好。哈格林覺得新興的柴油機可以用來一試。他考慮到內(nèi)河船舶操作的靈活性，調(diào)速和倒車等因素，決定采用柴油機電力驅(qū)動方

14、式。他聘請了船舶設(shè)計師約翰尼.約翰遜（Johny Johnson）進行整體設(shè)計，并由索莫夫船廠（Sormovo shipyard）建造?！叭f達爾”號噸位為800噸，長74.5米，寬9.55米，吃水2.4米，船上采用3臺瑞典柴油機公司（Swedish Diesel）和ASEA公司合作生產(chǎn)的柴油機，缸徑290毫米，行程為430毫米，轉(zhuǎn)速240轉(zhuǎn)/分，單臺輸出功率120馬力。該船的柴油機和發(fā)電機放在船的中部，推進電機在船尾部，可直接驅(qū)動三個螺旋槳，航速可達8.3節(jié)。 圖2.1 “萬達爾”號        次年，諾貝爾兄弟公司又投資建造了一艘更大油船“

15、薩瑪特” 號（Sarmat）。這艘船排水量1,150噸，載重750噸。她采用了2臺路德維格.諾貝爾（Ludwig Nobel）公司的180馬力柴油機（缸徑320毫米，行程為420毫米）。她摒棄了電力傳動，由柴油機直接驅(qū)動螺旋槳，籍此降低了15%的傳動損失，航速達8.6節(jié)。由于俄羅斯北方寒冷，河流封凍，兩艘油船僅在夏天使用，“萬達爾”號運行了10年時間，而“薩瑪特”號則一直使用到1923年。        法國的“佩迪特.皮埃爾”號則是一艘柴油機動力平底駁船，該船裝一臺25馬力的柴油機，1903年9月，她開始在馬爾納-里昂的運河上開行。柴油機的發(fā)明人狄塞爾

16、還曾受邀上船參觀過，并簽名留念。 圖2.2 “佩迪特.皮埃爾”號的照片，上有狄塞爾簽名        第一艘柴油機動力軍艦是1904年法國建造的“埃吉瑞特” 號（Aigrette）潛艇，同型艇共兩艘。該艇水面排水量202噸，水下排水量222噸，長/寬/吃水分別為41.3/3.0/2.8米，武器為兩具450毫米魚雷發(fā)射管，船員16人。她裝有一臺4缸4沖程柴油機。潛艇水上航行時采用柴油機直接推進螺旋槳，并為蓄電池充電。水下航行切換到蓄電池-電機，水上航速9節(jié)，水下航速7.1節(jié)，續(xù)航力500海里/5節(jié)，水下為45海里/4節(jié)。   

17、     與原先潛艇上普遍使用的汽油機相比，柴油機在發(fā)火時不需要復(fù)雜的點火裝置，無汽油揮發(fā)爆燃的危險，產(chǎn)生的廢氣中有毒氣體相對較少，具有熱效率高、安全可靠等優(yōu)點。隨后，英國也開始裝備柴油機動力的D1級潛艇，柴油機逐漸成為常規(guī)潛艇的標準動力配置，直至今日。 圖2.3 英國D1型潛艇模型?三柴油機邁向遠洋早期柴油機主要應(yīng)用于內(nèi)河船舶和近岸潛艇，在經(jīng)歷了最初的發(fā)展階段后，柴油機技術(shù)日益成熟，單機功率和可靠性都有大幅提高，為柴油機航向大海和遠洋創(chuàng)造了基礎(chǔ)。1910年，意大利坎蒂里公司（Cantieri Navali Riuniti）建造了一艘678噸的海輪，命名為“羅馬格

18、那” 號（Romagna），雙槳推進。該船采用了兩臺瑞士蘇爾壽（Sulzer）公司的4缸二沖程柴油機，缸徑310毫米，行程460毫米，單臺輸出功率為280千瓦（370馬力）。同年，盎格魯.薩克森（Anglo-Saxo）石油公司（荷蘭皇家殼牌的子公司）訂造了一艘1,216載重噸（排水量2,047噸）的單螺旋槳油輪“瓦卡納斯” 號（Vulcanus）。該船采用了一臺370馬力6缸4沖程柴油機（缸徑400毫米，行程600毫米）。這艘船也是有史以來第一艘入籍勞氏船籍社的柴油機動力船舶。她被用于在新不列顛島和新加坡之間運輸石油。在運營過程中，柴油機的節(jié)能效果得到充分體現(xiàn)，日均消耗燃油為2噸，而同類型的蒸

19、汽機船每天需要耗煤11噸。船上輪機部門的工作人員也減少了一半，該船一直服役到1932年。 圖3.1 “瓦卡納斯” 號油輪1912年，是人類航海史上重要的一年。這一年，第一艘真正意義上的大型遠洋輪船-“錫蘭迪亞”號（MS Selandia，MS為Moter Ship）建成，該船由丹麥遠東公司（East Asiatic Company）公司投資。遠東公司成立于1897年，公司的主要是業(yè)務(wù)是經(jīng)營從丹麥首都哥本哈根到泰國首都曼谷和遠東地區(qū)的航線，從事貨物和人員運輸。這是一條極其漫長的航路，出北海、經(jīng)英吉利海峽南下，穿過直布羅陀入地中海，經(jīng)蘇伊士運河進入紅海，再橫渡印度洋，航程超過1萬海里，以

20、平均速度12節(jié)計算，海船需要連續(xù)航行約一個多月的時間。 圖3.2 世界上第一艘遠洋柴油機輪船，“錫蘭迪亞”號 圖3.3 “錫蘭迪亞”號的繪畫        “錫蘭迪亞”號由丹麥哥本哈根的伯梅斯特和韋恩船廠（Burmeister & Wain，簡稱B&W）建造。B&W創(chuàng)立于1846年，由伯梅斯特和韋恩兩人創(chuàng)立，早期主要從事蒸汽機和蒸汽機輪船的生產(chǎn)。1898年B&W公司從狄塞爾那里獲得了柴油機在丹麥的生產(chǎn)特許權(quán)，并于1903年制造出第一臺柴油機。        “錫蘭

21、迪亞”號為一艘客貨輪，她于1911年11月下水，1912年2月交付使用。長112.8米 ，寬16.8米，總噸位4,964噸，載重量為6,800噸。她采用了兩臺B&W自產(chǎn)的DM8150X型柴油機（8缸4沖程、缸徑530毫米、行程750毫米，單機功率1,250馬力），雙槳推進，航速可達12節(jié)以上。 圖3.4 B&W DM8150X型柴油機“錫蘭迪亞”號采用三島型布局，有艏樓、中樓和尾樓。艏樓后部、中樓和尾樓之間是貨艙，船上沒有的煙囪，而是通過前桅進行排煙。除了載貨外，船上還有20間一等單人客房，每兩間房間共享淋浴和衛(wèi)生設(shè)施。完工后，她直航遠東，并順利返回，全程2.18萬海

22、里?！板a蘭迪亞”號遠航的成功，證明柴油機完全適應(yīng)遠洋輪船的需要。1936年，她被出售給巴拿馬的一家公司。二戰(zhàn)爆發(fā)后，她被日本征用，1942年1月，在日本御前崎市外海觸礁沉沒?！板a蘭迪亞”號同型船一共建了三艘，另外兩艘分別為“費奧尼亞”（Fionia）號和“日德蘭蒂亞”（Jutlandia）號。柴油機在大型遠洋輪船上的應(yīng)用，標志著柴油已經(jīng)日漸成熟。雖然在絕對數(shù)量上柴油機船舶還很少，但柴油機的前景已經(jīng)被人們所認識。1912年，瑞士蘇爾壽公司為了展示柴油機的潛力，投資建造了一臺缸徑為1,000毫米，沖程1,100毫米的1S100型單缸巨型柴油機。這臺柴油機在150轉(zhuǎn)時可發(fā)出1,470千瓦（2,000

23、馬力）的功率，它創(chuàng)造的柴油機缸徑記錄直到1960年代才被打破。該機研制成功也對船用柴油機向大型化發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。蘇爾壽公司在1S100型柴油機采用了二沖程橫流掃氣結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計也成為蘇爾壽柴油機的標志型結(jié)構(gòu)，并一直沿用了70年。 圖3.5 蘇爾壽1S100型柴油機        1913年初，德國的漢堡-美洲公司6,500噸級客貨輪“蒙特.佩內(nèi)多”號（Monte Penedo）是第一艘使用二沖程柴油機的大型遠洋輪。長/寬/深分別為350/50/27英尺（1英尺= 30.48 厘米），載重4,000噸，總噸位6,500噸。她安裝有兩臺瑞士蘇

24、爾壽公司制造的4S47型二沖程柴油機，缸徑470毫米、行程680毫米、160轉(zhuǎn)時可輸出功率860馬力。同時她也是德國第一艘大型柴油機遠洋輪。 圖3.6 “蒙特.佩內(nèi)多”號 圖3.7 蘇爾壽4S47型二沖程柴油機        1914年，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，德國建造了300多艘潛艇，除了早期的U1-U18煤油動力內(nèi)燃機潛艇外，從U19后全部采用柴油機動力。這些潛艇分別由日耳曼尼亞、皇家、布洛姆福斯等多家船廠承建。德國潛艇分為中型潛艇、大型/巡洋/運輸潛艇、UB近海潛艇、UC型近海布雷潛艇、UE型遠洋布雷潛艇等不同種類。戰(zhàn)爭中，U型潛艇

25、以其卓越的水下機動性和作戰(zhàn)能力在海上出盡了風(fēng)頭，給協(xié)約國商船和戰(zhàn)艦以重大打擊，共擊沉協(xié)約國商船6,000艘，注冊噸位1,200萬噸，擊沉軍艦150艘，德國自身也損失潛艇178艘。超強的續(xù)航能力和可靠性充分體現(xiàn)了柴油機動力的優(yōu)勢，曼恩公司也開始在柴油機領(lǐng)域樹立起不可動搖的地位。在未來的幾十年內(nèi)，曼恩與丹麥B&W、瑞士蘇爾壽等公司相互競爭，并發(fā)展為船用大功率船用柴油機的巨頭。 圖3.8 一戰(zhàn)時潛艇的柴油機機艙?四船用柴油機的普及第一次世界大戰(zhàn)后，柴油機性能有了新的提高，柴油機的裝船數(shù)量開始上升，1921年左右柴油機已經(jīng)開始在客輪上使用。1922年，新西蘭聯(lián)合航運公司（Union

26、Steamship Co of New Zealand）向英國的菲爾費爾德（Fairfield）船廠訂購了一艘大型柴油機動力客輪“阿朗伊” 號（Aorangi）。該船全長600英尺，寬72.2英尺，吃水29.9英尺，17,491總噸，安裝4臺蘇爾壽ST70型6缸2沖程柴油機（缸徑700毫米，行程990毫米），單臺輸出功率3,177馬力，4軸，航速17節(jié)。船上有440個一等、300個二等和230個三等鋪位。經(jīng)過2年的建造，“阿朗伊” 號建成，開始在溫哥華-悉尼航線上服務(wù)。二戰(zhàn)爆發(fā)后她先后被改造為運兵船，醫(yī)院船等。戰(zhàn)爭期間她一共運輸了3.6萬名士兵和5千多名難民，戰(zhàn)后她恢復(fù)運營，并于1953年拆毀

27、。 圖4.1 “阿朗伊” 號客輪        柴油機裝船后的良好表現(xiàn)改變了人們原先認為柴油機不適合大型船舶使用的偏見。1925年，瑞典-美洲航運公司（Swedish America Line）向英國阿姆特朗.威斯沃斯（Armstrong Whitworth）公司訂購的“格里普斯霍姆”號（Gripsholm）交付。該船18,134總噸，采用2臺B&W公司建造的B&W840D型4沖程柴油機（缸徑為840毫米，雙動），總功率達9,930千瓦（13,240馬力）。她也是第一艘采用柴油機動力的跨大西洋定期班輪。不久后英國的哈蘭德.沃爾夫

28、船廠為聯(lián)合城堡航運公司（Union Castle Line）建造了超過2萬噸的“卡那封城堡”號。該船上安裝有哈蘭德.沃爾夫船廠購買B&W公司專利生產(chǎn)的4沖程雙動柴油機，雙機，總功率為1.1萬千瓦（1.5萬馬力）。 圖4.2 “格里普斯霍姆”號客輪 圖4.3 B&W 840D型4沖程雙動柴油機1920年代末，英國約翰.布朗公司采用蘇爾壽專利技術(shù)制造了5缸S90型柴油機，具有900毫米缸徑，是當時世界上最大缸徑的柴油機，單機功率為4,650馬力。這些機器被裝到兩艘“蘭基提奇”級（Rangitiki）客輪船上，每船裝機兩臺。 圖4.4 “蘭基提奇”號客輪

29、        1926年12月，總噸位超過32,650噸的“奧古斯塔斯”號（Augustus）客輪在意大利安薩爾多船廠建成下水，她屬于意大利Navigazione Generale Italiana公司。她的姊妹船“羅馬”號（SS ROMA）是一艘傳統(tǒng)的蒸汽輪機客輪，而“奧古斯塔斯”號則裝備了4臺曼恩公司建造的6缸雙動二沖程柴油機（缸徑700毫米，行程1,200毫米，總功率2.8萬馬力）。該船長219米，寬25米，4軸，航速22節(jié)，載客2,210人，內(nèi)部裝飾豪華。1927年6月她完成首航，是當時世界上最大和最豪華的柴油機動力客輪。1929年經(jīng)濟危機后，

30、跨大西洋的運輸明顯萎縮。意大利人主要將該船作為游船使用。1932年，獨裁者墨索里尼強迫Navigazione Generale Italiana與意大利國有的意大利航運公司（Italia Line）合并，因此“奧古斯塔斯”號重新采用了意大利航運公司的涂裝。1933年1月4日，她滿載富豪從紐約出發(fā)，完成了為期129天的環(huán)球巡游，途經(jīng)全球數(shù)十個港口，其中就包括中國香港和上海。二戰(zhàn)爆發(fā)后，兩艘姊妹船一度閑置。1941年，意大利法西斯開始將“羅馬”號客輪改裝為航母“天鷹” 號（Aquila），該艦主要參數(shù)為，排水量：標準23,350噸/滿載27,800噸，總長232.5米，寬29.4米，吃水7.31米

31、。武備：單管135毫米炮8座，單管65毫米高炮12座，六管20毫米炮22座，載機26架。動力：蒸汽輪機2臺，4軸，14.2萬馬力，航速30節(jié)，續(xù)航力4,150海里/18節(jié)。艦員1,165名，另加航空人員243名。直到納粹投降時，“天鷹”號的改裝工作都沒完成。1942年9月意大利人又開始將超過3萬噸的“奧古斯塔斯”號客輪改裝為“鷂鷹”號（Falco）航母，基本布局與“天鷹”號號類似?！苞_鷹”號同樣命途多舛，意大利投降時，改裝工作還沒完成，之后她被德軍鑿沉在熱那亞港以阻礙盟軍船只進入。這兩艘航母最終都在上世紀40年代末期被拆解。    圖4.5 “奧古斯塔斯

32、”號豪華郵輪 圖4.6 “天鷹”級航空母艦1928年，著名的英國白星輪船公司（White Star Line，“泰坦尼克”號即屬于該公司所有）看到柴油機的優(yōu)越性后，向其長期的合作伙伴哈蘭德.沃爾夫公司訂購了一艘巨型柴油機客輪“海洋”（Oceanic）號。這艘船長度超過300米，總噸位超過6萬噸，有3個巨大的煙囪。船上計劃安裝40臺柴油機，并通過齒輪減速箱驅(qū)動4個螺旋槳。隨著1929年經(jīng)濟危機的爆發(fā)，這艘巨輪最終只能停留在繪圖板上。船舶史專家們評論說如果她建成的話，規(guī)模將不亞于“瑪麗王后”號和“諾曼底”號。圖4.7 想象中巨輪“海洋”號經(jīng)濟危機過后，各國經(jīng)濟開始恢復(fù)。1930年代末，荷

33、蘭的“奧蘭治”號（ORANJE）成為動力最強勁的柴油機動力船舶。船上安裝有3臺蘇爾壽12缸SDT76式二沖程柴油機，該機有12個760毫米缸徑的氣缸，總功率達到27,600千瓦（37,551馬力，轉(zhuǎn)速為145轉(zhuǎn)/分時，單機功率超過了1萬馬力），是二戰(zhàn)前船用柴油機的最高水平。        “奧蘭治”號也是一艘外形極其現(xiàn)代化的客輪，她由荷蘭航運公司（Netherland Line）出資建造，1938年在阿姆斯特丹下水。荷蘭女王威廉.明娜親自主持下水典禮并為其命名?！皧W蘭治”號總噸位為20,117噸，長200米，寬25.5米，3軸，最大速度可達26節(jié)，可載客

34、760人。她是當時最快的柴油機船，外觀也頗具美感。她主要用于荷蘭和和荷屬東印度群島的旅客運輸，1939年9月初期，她從阿姆斯特丹啟程航向爪哇，由于戰(zhàn)爭爆發(fā)，未能返回荷蘭。1942年，日軍進占荷屬東印度群島后，她不得不退往澳大利亞，并在那里改裝成醫(yī)院船，戰(zhàn)后她恢復(fù)運營。1960年，她還進行了環(huán)球航行。1964年她被出售給一家意大利公司，并接受徹底的翻新。她的船首被延長了4.9米，總噸位也上升到24,377噸，載客量增加到1,230人。1972年起，她又被改裝成一艘游輪，巡游于百慕大海域。1979年3月30日，船上燃起大火，幸虧大多數(shù)旅客已經(jīng)上岸，船上也無人員傷亡。4天后大火撲滅，船也坐沉海底。一

35、支德國打撈隊將其浮起，船東準備將其賣給中國臺灣的拆船廠拆毀，她被成功的拖過巴拿馬運河，但最終沒有熬到目的地，由于大火將船板破壞嚴重，造成漏水，她還是沉沒于太平洋的萬頃波濤之中。 圖4.8 “奧蘭治”號郵輪        到二戰(zhàn)前，營運的內(nèi)燃機船舶的總噸位占遠洋船舶總噸位的比重不斷上升，柴油機船隊的規(guī)模已經(jīng)達到世界商船規(guī)模的20%以上，而1920年，這個比例僅4%。而新建船舶中，柴油機裝船比例已經(jīng)超過50%。五柴油機的技術(shù)進步1920年1930年末，是柴油機技術(shù)發(fā)展的黃金時代，柴油機越造越大，功率越來越高。新技術(shù)的出現(xiàn)促進了柴油機的發(fā)展，主要技術(shù)

36、革新來自于燃油噴射的改進和增壓技術(shù)的采用。         在狄塞爾的柴油機設(shè)計中，使用的是氣動式燃料噴射系統(tǒng)。這套系統(tǒng)利用壓縮空氣將柴油噴入氣缸中，并達成良好的霧化，與空氣混合形成可燃混合氣，自動著火燃燒。由于柴油機的壓縮比較高，氣缸內(nèi)的壓力很大，要把柴油噴入氣缸并霧化，空氣噴射壓力必須遠大于氣缸壓力。因此需要一整套專用的壓縮空氣生產(chǎn)、儲存設(shè)備，還需要一套冷卻設(shè)備降低壓縮空氣的溫度。這些附屬裝置龐大笨重，不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，也使得故障發(fā)生的可能性增加了。空氣壓縮機本身也由柴油機驅(qū)動，會消耗掉大約15%的輸出功率，從而使柴油機的可用軸功率下

37、降，經(jīng)濟性受到了一定的影響。 圖5.1 狄塞爾的空氣燃料噴射系統(tǒng)，當時使用的燃料為煤粉工程師們一直在思考如何摒棄笨重、復(fù)雜又不太可靠的空氣壓縮機、高壓儲氣罐等設(shè)備。1910年，英國維克斯（Vickers）公司的工程師詹姆斯.麥克里基（James McKechnie）提出了機械噴射的方案，并申請了專利。此舉大大提高了噴射效率，噴油壓力大為提高（機械噴射可使噴油壓力可以超過140bar（1bar=0.1兆帕，140bar約140個大氣壓，而采用空氣噴射，僅僅能達到7兆帕），噴油壓力的提高使燃料的霧化程度提高，和空氣能更均勻的混合，燃燒更充分，從而發(fā)出更大的功率。 圖5.2 Mc

38、Kechnie的機械式噴油系統(tǒng)1922年，德國的博世公司（Borsh）進一步改進了機械噴射結(jié)構(gòu)，采用了緊湊且適用于高壓的柱塞泵結(jié)構(gòu)，并投入批量生產(chǎn)。從此柴油機部件生產(chǎn)向?qū)I(yè)化分工發(fā)展，最終形成了產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模。博世公司也逐步發(fā)展成為專業(yè)化的內(nèi)燃機燃油噴射控制系統(tǒng)和汽車零部件供應(yīng)商和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。1930年代后，船用柴油機向大功率方向發(fā)展，二沖程的使用日趨普遍。對于兩臺氣缸直徑、活塞行程及轉(zhuǎn)速等相同的柴油機，二沖程柴油機在一個循環(huán)中有1/2的沖程在作用，而4沖程柴油機僅有1/4時間做功，因此二沖程的輸出功率要明顯優(yōu)于四沖程。實際上由于考慮到二沖程柴油機氣缸上開有氣口而使工作容積有所減少，機械傳動的掃

39、氣泵也要消耗一定功率等因素，二沖程柴油機的功率只能增大6080。二沖程柴油機與四沖程柴油機基本結(jié)構(gòu)相同，主要差異在配氣機構(gòu)方面。二沖程柴油機沒有進氣閥，有的連排氣閥也沒有，而是在氣缸下部開設(shè)掃氣口及排氣口；或設(shè)掃氣口與排氣閥機構(gòu)。二沖程柴油機還專門設(shè)置一個由運動件帶動的掃氣泵及貯存壓力空氣的掃氣箱，利用活塞與氣口的配合完成配氣，從而簡化了柴油機結(jié)構(gòu)。 圖5.3 二沖程柴油機工作原理二沖程柴油機的工作與原理為：第一沖程-活塞從下止點向上止點運動。當活塞處于下止點時，排氣閥和進氣孔已打開，掃氣室中的壓縮空氣便進入氣缸內(nèi)，并沖向排氣閥，這動產(chǎn)生清除廢氣的作用，同時也使氣缸內(nèi)充滿新空氣。當活

40、塞由下止點向上止點運動時，進氣孔首先由活塞關(guān)閉，然后排氣閥也關(guān)閉；空氣在氣缸內(nèi)受到壓縮。第二沖程-活塞從上止點向下止點運動?；钊兄辽现裹c前，噴油器將燃油噴入燃燒室中，壓縮空氣所產(chǎn)生的高溫，立刻點燃霧化的燃油，燃燒所產(chǎn)生的壓力，推動活塞下行，直到排氣閥再打開時為止。燃燒后的廢氣在內(nèi)外壓力差的作用下，自行從排氣閥排出。當進氣孔被活塞打開后，氣缸內(nèi)又進行掃氣過程。二沖程內(nèi)燃機換氣后，氣缸內(nèi)殘余多少廢氣，或者說氣缸內(nèi)能充入多少新鮮充量，直接影響內(nèi)燃機性能。二沖程內(nèi)燃機沒有單獨的排氣沖程和進氣沖程，不能利用活塞的推擠作用清除廢氣，要使氣缸清掃干凈比較困難，難以得到高的掃氣質(zhì)量。因此，改進二沖程內(nèi)燃機的

41、掃氣作用是一項重要的工作。二沖程內(nèi)燃機主要有橫流、回流和直流3種掃氣方式。        橫流掃氣        回流掃氣        直流掃氣結(jié)構(gòu)形式        掃、排氣口分別布置在氣缸下部的兩側(cè)        掃氣口和排氣口分別布置在氣缸下部的同一側(cè)        有氣口氣門式和氣口氣口式（即對置活塞式）之分工作原理    &#

42、160;   新鮮空氣橫越氣缸徑直流向排氣口        掃氣流充入氣缸后先向上流動，再折轉(zhuǎn)流向排氣口，在氣缸內(nèi)形成掃氣回流        掃氣流由掃氣口進入氣缸，沿氣缸軸線單向流動，同時繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)，將廢氣從氣缸頂端排氣門排出特點        結(jié)構(gòu)簡單，廢氣清除得不干凈，現(xiàn)已很少采用        掃氣質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)也簡單，獲得廣泛應(yīng)用        掃氣質(zhì)量最好，應(yīng)用廣泛，尤其

43、適用于長行程船用柴油機原理圖                           二沖程柴油機掃氣形式對比表        在二戰(zhàn)前，雙動式的二沖程柴油機比較流行。這種柴油機在活塞的上下兩邊都設(shè)有燃燒室，可以推動活塞在兩個方向都做功，因此稱為雙動。雙動比單動能輸出更大的功率，雙動柴油機的設(shè)計與蒸汽機的結(jié)構(gòu)頗為相似。不過雙動柴油機的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且活塞桿穿透氣缸，因此對氣密要求

44、很高，現(xiàn)代柴油機已經(jīng)不再采用這種雙動的方式了。?  圖5.4 雙動式柴油機采用增壓技術(shù)在柴油機的發(fā)展中是一個里程碑，增壓技術(shù)顯著提高了進氣壓力，空氣的壓縮比進一步提高，在同等條件下，增壓顯著減少了柴油機的尺寸和重量，提升了輸出功率。1920年代，二沖程柴油機的興起后，在排氣過程中就必須用高壓空氣掃除氣缸中的廢氣，并吹入新鮮空氣，因此增壓器的作用就更為重要了。早期的機械增壓器直接用發(fā)動機曲軸帶動往復(fù)式增壓泵向掃氣箱中充氣，機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。1905年，瑞士工程師布奇（Alfred Büchi）提出了采用柴油機廢氣驅(qū)動渦輪增壓器進行增壓的原理，也就是廢氣渦輪增壓，并申

45、請了專利。廢氣渦輪增壓器是利用發(fā)動機排出的具有較高能量（通?？烧既紵芰康?0%）的廢氣進入渦輪并膨脹作功，廢氣渦輪的全部功率用于驅(qū)動與渦輪機同軸旋轉(zhuǎn)的壓氣機工作葉輪，在壓氣機中將新鮮空氣壓縮后再送入氣缸。廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，無需占用柴油機的軸端輸出功率，不但可以增大循環(huán)噴油量、大大提高輸出功率，而且熱效率也得到了極大的提高，有利于改善整機動力性能、經(jīng)濟性能及排放品質(zhì)。 圖5.5 現(xiàn)代廢氣增壓器1915年，布奇在蘇爾壽的柴油機上進行了廢氣增壓的試驗。1927年，曼恩公司成功的在其生產(chǎn)的10缸4沖程柴油機上安裝了廢氣增壓裝置，對功率提升非常明顯，輸出功率從1,250千瓦提

46、升到1,765千瓦，提升幅度超過40%。曼恩增壓柴油機成功安裝到Preussen和Hansestadt Danzig兩艘船上，到1929年，廢氣增壓器已經(jīng)安裝到79臺柴油機上。 圖5.6 Hansestadt Danzig號        從總體來說，在二戰(zhàn)前廢氣增壓技術(shù)在柴油機上的應(yīng)用還不是非常普遍。這與當時旋轉(zhuǎn)式的渦輪和壓氣機研究尚處于入門階段有關(guān)，同時鋼鐵工業(yè)也不能提供足夠的能經(jīng)受長時間高溫工況考驗、可用于生產(chǎn)渦輪的耐熱鋼。大規(guī)模使用廢氣渦輪增壓技術(shù)還是1950年代后的事情。今天，除了一些小功率柴油機之外，廢氣渦輪增壓器幾乎已經(jīng)成為了柴油

47、機的必備部件之一。        ?六二戰(zhàn)中船用柴油機在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用二戰(zhàn)前，柴油機還很少裝備大型軍艦。但有一個特例，那就是德國。德國作為第一次世界大戰(zhàn)中的戰(zhàn)敗國，其海軍受到凡爾賽和約的嚴格限制，被禁止建造排水量超過一萬噸，主炮口徑超過280毫米的軍艦。德國海軍針對條約限制，開始積極探索柴油機在軍艦上的應(yīng)用，并于1928年在“萊比錫”級輕巡洋艦上試驗柴油機動力。該級巡洋艦共建成兩艘，分別是“萊比錫”號（Leipzig）和“紐倫堡”號（Nürnberg）。艦長177米，寬16.3米，吃水5.65米，排水量8,380噸（“紐倫堡”號有所增

48、加，布局有所變化）。兩艦采用蒸汽輪機和柴油機混合動力，動力布置非常獨特，其中中間一軸采用4臺曼恩公司2沖程7缸柴油機驅(qū)動，總功率為12,400馬力；外側(cè)兩軸仍采用蒸汽輪機驅(qū)動，總功率66,000馬力。這種動力配置并不成功，兩種動力裝置必須同時使用，軍艦的續(xù)航力也并不高，為5,700海里/19節(jié)。該級艦主要武器為9門150毫米炮和6門88毫米炮，4座3聯(lián)533毫米魚雷發(fā)射管，若干輕型高炮，還載有2架水上飛機。 圖6.1 “萊比錫”號輕巡洋艦德國人于1929年開始動工建造德意志級艦，德國人稱之為裝甲艦（Panzerschiff）。由于主炮口徑超出當時華盛頓海軍條約對巡洋艦的定義，其他國家

49、海軍稱其為袖珍戰(zhàn)列艦（Pocket Battleship）。“德意志”級突出的優(yōu)勢是其6門280毫米主炮，安裝在2座3聯(lián)裝主炮塔內(nèi)，以期在盡可能小尺度上集中最大的火力。德意志級在受到排水量限制與追求重火力的情況下，廣泛使用焊接技術(shù)，從而節(jié)省艦體重量?！暗乱庵尽奔壯b甲防護基本與當時的重巡洋艦相當，裝甲總重量只占標準排水量20左右?！暗乱庵尽奔壍淖鲬?zhàn)目的非常明確：火力比當時只有輕裝甲防護的重巡洋艦強，而26-28節(jié)的航速比當時的戰(zhàn)列艦快，使其能避免與之交火?！暗乱庵尽奔壴O(shè)計的首要問題就是如何盡可能地將排水量限制在一萬噸內(nèi)，但又要滿足襲擊艦所要求的大航程和高速度。解決之道就是使用柴油機作為動力源，在

50、動力上她選用了8臺9缸曼恩M9 ZU 42/58柴油機，采用齒輪減速箱并機驅(qū)動2部螺旋槳，輸出總功率達到52,050 馬力。這表明了德國海軍對柴油機動力和曼恩公司的信心。雖然柴油機在重量上并不比蒸汽輪機更輕，但是油耗卻遠低于使用鍋爐的蒸汽輪機，可使其達到超長的航程，達8,000海里/20節(jié)，遠高于英美的巡洋艦。 圖6.2 曼恩M9 ZU 42/58柴油機“德意志”級同型艦三艘：“德意志”號（Deutschland）、“舍爾海軍上將”號（Admiral Scheer）、“格拉夫.斯佩”號（Admiral Graf Spee）。二戰(zhàn)中，三艦以其優(yōu)良的性能與皇家海軍周旋，給英國的補給線以沉

51、重打擊。不過柴油機也暴露出高速時震動大的缺點，同時德意志級的速度也不是很高，如被敵方發(fā)現(xiàn)，很難擺脫，這成為“格拉夫.斯佩”號在拉普拉塔河口海戰(zhàn)中覆滅的重要原因之一。盡管德國有將柴油機裝到更大型軍艦上的計劃，但從實際情況出發(fā)，以后制造的“沙恩霍斯特”級戰(zhàn)列巡洋艦和“俾斯麥”級戰(zhàn)列艦均未再采用柴油機動力。 圖6.3 德意志級的動力結(jié)構(gòu)        二戰(zhàn)前，各參戰(zhàn)國海軍戰(zhàn)前共有潛艇660多艘，戰(zhàn)爭期間共建成潛艇1,800多艘，絕大多數(shù)都是柴油機動力潛艇。二戰(zhàn)中，潛艇取得了驕人的戰(zhàn)績，共擊沉運輸艦船4,820多艘、計2,180多萬噸；擊沉大型、中型戰(zhàn)

52、艦500多艘，其中包括航空母艦18艘、戰(zhàn)列艦5艘、巡洋艦34艘、驅(qū)逐艦和護衛(wèi)艦372艘、潛艇76艘。德國的“海狼”給幾乎給英國致命的打擊，美國的“鯊魚”則絞殺了日本的生命線。        早期潛艇在水面行駛時一般都用柴油機直接驅(qū)動螺旋槳，在水下則切換到電機。美國1928年在S3號潛艇上試驗了全電推進，用柴油機驅(qū)動發(fā)電機，可同時為電池充電并通過電機推動潛艇。戰(zhàn)前美國海軍已經(jīng)完成了潛艇全電化推進的工作。戰(zhàn)爭中美國海軍主要戰(zhàn)場是太平洋的廣袤海域，主力潛艇“小鯊魚”級（GATO）和“白魚”級（Balao）的噸位均較大，超過2,000噸。她們采用全電動推進，這些

53、潛艇裝備有4臺柴油機，在水面航行時帶動4個發(fā)電機，通過配電屏控制，輸出的電流可驅(qū)動推進電機并給蓄電池充電。這種全電布局使動力輸出更加靈活。以戰(zhàn)爭后期“白魚”級使用的通用GM 16-278A柴油機為例，4臺并聯(lián)可提供5,400馬力，使水下排水量2,400噸的“白魚”級達到水上20節(jié)、水下8.5節(jié)的航速，續(xù)航力達到11,000海里/10節(jié)。全電潛艇雖然先進，不過要到二戰(zhàn)后才普及。 圖6.4 二戰(zhàn)美國潛艇主要動力之一 GM 16-278A柴油機        德國人在二戰(zhàn)中制造了大量的潛艇。與美國人不同的是，德國潛艇主要采用柴油機和電機共軸推進方式。

54、在水面上柴油機工作，柴油機直接推動主軸和螺旋槳，并帶動共軸的發(fā)電機為蓄電池充電，下潛時，由蓄電池供電，帶動共軸的推進電機。因此德國潛艇一般都只裝兩臺柴油機。以TYPE VII型艇（分A/B/C/D若干子型號）為例，長50.5米，寬6.2米，吃水4.7米，水面排水量769噸，水下排水量885噸，艇員44-52人，有5座533毫米魚雷發(fā)射管（艏4尾1）和1門88毫米炮。該艇裝有2臺曼恩M6V 40/46柴油機，6缸4沖程，渦輪增壓，轉(zhuǎn)速470-490轉(zhuǎn)，總功率2,800-3,200馬力，水面航速可達20.4節(jié)，電機推力為750馬力，水下航速為7.6節(jié)，續(xù)航力8,190海里/10節(jié)。 圖6

55、.5 TYPE VII C型潛艇的柴油機和電機共軸結(jié)構(gòu) 圖6.6 曼恩M6V 40/46柴油機戰(zhàn)爭中德國人通過對繳獲荷蘭潛艇的研究后發(fā)明了通氣管，不過戰(zhàn)爭初期并沒有大規(guī)模使用。后來英美雷達技術(shù)的發(fā)展，使?jié)撏г谒婧叫性絹碓嚼щy。德國U58號潛艇在1943夏天安裝了通氣管，潛艇不需要上浮就可以通過柴油機航行并充電了。潛艇在通氣管狀態(tài)航行時，由液壓動作筒把活動進氣筒升出水面一定高度，空氣進入進氣筒內(nèi)，并沿進氣管路通向機艙供給柴油機正常工作，廢氣則沿排氣管路經(jīng)由排氣筒排入水中?；顒舆M氣筒上部裝有浮閥，當涌浪將使海水進入進氣筒時，浮閥即自動關(guān)閉，阻止海水經(jīng)進氣筒進入艙內(nèi)。在導(dǎo)向筒上裝有制動器

56、，以防止通氣管升起后自動下降。第二次世界大戰(zhàn)后期，德國潛艇廣泛使用了通氣管裝置，大大增強了潛艇的隱蔽性，戰(zhàn)后建造的潛艇普遍裝備有這種裝置。 圖6.7 潛艇通氣管        二戰(zhàn)中，美國建造了成千上萬艘各型登陸艦（艇），除少數(shù)裝備汽油機外，大多數(shù)都以柴油機為主要動力。以戰(zhàn)爭期間美國建造的1,000多艘LST為例，標準排水量1,800噸，滿載排水量3,900噸，長99米，寬15米，吃水艏部2.29米，尾部4.29米（輕載為1.02和2.24米），采用兩臺GM 12-567柴油機，總功率2,000馬力。該機原本為內(nèi)燃機車動力，在戰(zhàn)爭期間不得不拿上

57、登陸艦使用，不過也可使登陸艦達到11節(jié)航速。LST人員編制111-144人，可運載人員800-1,000人，或中型坦克17輛，或卡車32輛，還攜帶有2艘登陸艇，并裝備76毫米炮等自衛(wèi)武器。無論從北非、西西里到諾曼底戰(zhàn)役，還是在太平洋戰(zhàn)場，以柴油機為動力的登陸艦艇均發(fā)揮了巨大的作用，為打敗德意日法西斯做出了重要貢獻。 圖6.8 二戰(zhàn)美國主要的登陸艦艇        二戰(zhàn)中，還有無數(shù)的小型艦艇使用柴油機動力，如德國S型魚雷艇就裝備有3臺曼恩或戴姆勒.奔馳的柴油機，總功率近4,000馬力，使這些近百噸，裝備2具魚雷發(fā)射管的小艇以40節(jié)以上的速度飛馳。

58、?七當代船用柴油機        二戰(zhàn)結(jié)束后，船用柴油機經(jīng)歷了新一輪的發(fā)展，性能不斷提高。從上世紀40年代-70年代，大功率低速船用柴油機繼續(xù)向大缸徑、大功率方向發(fā)展，同時進一步提高進氣壓力和氣缸工作壓力，加大氣缸排氣量。在柴油機結(jié)構(gòu)上廣泛使用了焊接結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)重量，普及渦輪增壓，使用劣質(zhì)燃油，提高經(jīng)濟性，這些都使柴油機技術(shù)有了飛躍發(fā)展。在缸徑方面，1956年只有740-760毫米，單缸功率只有1,200-1,400馬力；1960年達到840-900毫米，單缸功率達2,100-2,300馬力；1965年缸徑達930毫米，單缸功率2,750馬力，1970

59、年，缸徑超過1米（達1,060毫米），單缸功率超過4,000馬力，1977年達到4,600馬力。船用柴油機進入了黃金年代，在民船上完全取代了蒸汽動力。 圖7.1 低速船用柴油機的平均工作壓力上升趨勢圖（1Bar=0.1兆帕）1970年代以后，爆發(fā)了兩次石油危機，原油價格急劇上漲，運輸成本不斷提高，對燃油經(jīng)濟性的要求日顯突出，柴油機主要以提高單機功率、降低比重量以及提高可靠性和經(jīng)濟性為主要改進方向。1980年后，世界柴油機市場向巨頭集中。1980年，德國曼恩公司收購丹麥B&W公司，1997年芬蘭瓦錫蘭公司與瑞士蘇爾壽公司合并，實現(xiàn)了強強聯(lián)合。各大柴油機公司經(jīng)過了一輪新的整合，優(yōu)

60、勝劣汰之后，技術(shù)水平不斷提高，機型有所減少。在技術(shù)方面，除繼續(xù)增大單缸功率外，電子控制技術(shù)也在柴油機上得到廣泛應(yīng)用，燃油噴射、排氣閥驅(qū)動、增壓、氣缸潤滑等都可由全電子驅(qū)動，柴油機的電子化、信息化和智能水平不斷提高，熱效率進一步提高，并不斷滿足更高的排放標準要求。1）低速船用柴油機低速船用柴油機的特點是轉(zhuǎn)速低（低于350轉(zhuǎn)/分）、缸徑大、沖程長、輸出功率大，多用于1萬馬力以上的柴油機。低速柴油機結(jié)構(gòu)上一般采用直列氣缸、二沖程、多缸并聯(lián)、十字頭結(jié)構(gòu)，具有大氣缸，長行程，高壓縮等特點?，F(xiàn)代低速柴油機的平均工作壓力可達1.90-1.95兆帕，油耗為170克/千瓦小時以下，效率最高可達55%，壓縮/缸徑

61、比最大可達4.2。低速機一般可直接驅(qū)動大直徑螺旋槳，能實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，省去了齒輪減速箱等傳動要求，降低了成本，加之可以使用低質(zhì)燃料油，運營成本遠低于其它種類發(fā)動機。在大型商船上，低速柴油機裝量占絕對統(tǒng)治地位。目前幾乎世界上所有的大型商船都使用柴油機驅(qū)動。船舶類型        箱數(shù)/載重噸位        裝機功率要求集裝箱船        4000-15000TEU        5-10萬馬力      &#

62、160; 3000-4000TEU        5萬馬力左右        2000-3000TEU        3萬馬力左右        2000TEU以下        2萬馬力左右VLCC型油船        20-30萬噸        3萬馬力蘇伊士、好望角級散貨船     

63、;   15萬噸        1.5-2萬馬力阿芙拉、巴拿馬、大型靈便型油船、散貨輪等        6萬噸        1-1.5萬馬力靈便型散貨船、成品油船        4萬噸        1萬馬力以下LPG和化學(xué)品船        2萬噸左右（中小型）        1-2萬馬力民用商船裝機要求

64、根據(jù)預(yù)測，最近幾年世界低速船用柴油機市場每年有4,250萬馬力的需求。MAN B&W的MC系列和瓦錫蘭的Sulzer RTA系列兩大機型在低速船用柴油機方面占據(jù)絕對壟斷地位，其中MC系列占有率在80%以上，RTA系列10%左右，而其它廠商很少。兩大公司多采用專利授權(quán)生產(chǎn)方式，提供技術(shù)和圖紙，由柴油機公司或船廠進行生產(chǎn)，包括我國在內(nèi)的眾多生產(chǎn)廠都需要向兩大公司繳納高昂的專利費。曼恩公司在1980年收購B&W公司后，將低速船用柴油機的研發(fā)工作從德國的奧克斯堡全部搬到丹麥哥本哈根，開始研發(fā)MC系列柴油機。MAN B&W于1982年生產(chǎn)出第一臺L35MC樣機，1983年9月開始測試。MAN公司看準了船用柴油機的發(fā)展勢頭，陸續(xù)形成了缸徑260毫米，420毫米，460毫米和980毫米等不同等級MC系列，沖程-缸徑比達到2.44-4.2:1，汽缸數(shù)量從4缸-14缸，最大單缸功率6,000千瓦（8,000馬力以上）。MC系列柴油機可