15世紀(jì)，葡萄牙航海家達(dá)伽馬開辟了歐洲到印度洋的新航線。如今，以他的名字命名的“達(dá)飛·瓦斯科·達(dá)伽馬”號(hào)，在某種程度上則體現(xiàn)了中國(guó)船舶工業(yè)的創(chuàng)新與開拓。這艘巨輪不僅代表了中國(guó)總裝船廠的技術(shù)新高度，它的“心臟”——由上海中船三井造船柴油機(jī)有限公司生產(chǎn)的11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)，更是填補(bǔ)了我國(guó)在超大型集裝箱船動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域的空白。
日前，由上海外高橋造船有限公司建造的18000TEU集裝箱船“達(dá)飛·瓦斯科·達(dá)伽馬”號(hào)正式加盟法國(guó)達(dá)飛海運(yùn)集團(tuán)公司的超大型集裝箱船隊(duì)，它將穿梭于繁忙的亞歐航線。而“達(dá)飛·瓦斯科·達(dá)伽馬”號(hào)的超強(qiáng)“心臟”11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)也將伴隨它經(jīng)歷更多的考驗(yàn)。
研發(fā)設(shè)計(jì)雙雙升級(jí)
通過(guò)減速實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效是當(dāng)前航運(yùn)界營(yíng)運(yùn)的主流。正因?yàn)槿绱?，目前集裝箱船的設(shè)計(jì)航速已由原來(lái)的24至25節(jié)降至20至22節(jié)甚至更低，而擁有相對(duì)較低轉(zhuǎn)速的超長(zhǎng)沖程S型發(fā)動(dòng)機(jī)成為大型集裝箱船舶動(dòng)力的主流。S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)就是曼公司針對(duì)集裝箱船市場(chǎng)推出的產(chǎn)品，其出色的性能深受船東青睞，也引得各大主機(jī)廠商爭(zhēng)相生產(chǎn)。
近年來(lái)，超大型集裝箱船訂單主要被韓國(guó)造船企業(yè)獲取，相應(yīng)的主機(jī)訂單也基本被日韓企業(yè)囊括。作為我國(guó)超大型低速柴油機(jī)生產(chǎn)“領(lǐng)頭羊”的中船三井，多年來(lái)一直緊跟曼公司的專利技術(shù)，從事相關(guān)技術(shù)研發(fā)，并在大型集裝箱船動(dòng)力研制方面取得了顯著成績(jī)。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，中船三井與江蘇揚(yáng)子江船業(yè)集團(tuán)公司簽訂了20+5臺(tái)用于10000TEU集裝箱船的10S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)的生產(chǎn)供貨合同。2013年7月，該批主機(jī)的首制機(jī)交付，創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)制造的最大功率低速柴油機(jī)紀(jì)錄。幾乎就在同時(shí)，中船三井對(duì)同型主機(jī)“升級(jí)版”的研發(fā)工作也已展開。
2013年9月，中船三井與外高橋造船簽訂了為3艘18000TEU集裝箱船配套11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)的供應(yīng)合同。與之前為揚(yáng)子江船業(yè)生產(chǎn)的低速機(jī)相比，該低速機(jī)氣缸數(shù)從10個(gè)增加到11個(gè)，單缸功率為5180千瓦，總功率約6.4萬(wàn)千瓦，適用于16000TEU至20000TEU超大型集裝箱船，為國(guó)內(nèi)首制機(jī)型，是目前國(guó)內(nèi)單機(jī)功率最大的智能型低速柴油機(jī)，也是目前國(guó)內(nèi)氣缸數(shù)最多的低速柴油機(jī)。
“10S90ME-C9.2型機(jī)的設(shè)計(jì)建造經(jīng)驗(yàn)，為11S90ME-C9.2主機(jī)的研制奠定了重要基礎(chǔ)。”中船三井總經(jīng)理助理孫永元表示，與外高橋造船簽訂合同后，中船三井各部門迅速聯(lián)動(dòng)，展開設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化工作。相較其他中小缸徑機(jī)型，該型機(jī)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作量增加了50%。最終，該公司設(shè)計(jì)部門克服種種困難，歷時(shí)5個(gè)月完成了基本圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作，編制部套366個(gè)，編制圖紙7550張，涉及標(biāo)準(zhǔn)件2815個(gè)。中船三井還采用UG三維模型設(shè)計(jì)，對(duì)主機(jī)模型進(jìn)行了三維仿真裝配和驗(yàn)證。“這有助于設(shè)計(jì)人員提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，也更有利于管系、托架格柵等外圍設(shè)計(jì)的確認(rèn)和優(yōu)化，保證詳細(xì)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。”孫永元介紹。
強(qiáng)基固本破解難題
為真正攻克超大型集裝箱船主機(jī)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)難關(guān)，中船三井將基礎(chǔ)設(shè)施的改造升級(jí)工作列上日程。
“中船三井原有的10萬(wàn)馬力水力測(cè)功器無(wú)法滿足11S90ME-C9.2型柴油機(jī)的試車要求。”孫永元介紹，根據(jù)柴油機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速的特性曲線，中船三井決定與著名測(cè)功器廠商AVL聯(lián)合制造17萬(wàn)馬力水力測(cè)功器。2014年10月，中船三井在時(shí)間緊、要求高、測(cè)功器裝配技術(shù)經(jīng)驗(yàn)少的情況下，解決了多個(gè)技術(shù)難題，確保了該測(cè)功器按計(jì)劃順利投產(chǎn)使用，為11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)的順利交付奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，新購(gòu)置的測(cè)功器還能夠滿足公司開發(fā)更大功率柴油機(jī)的車間試車需要。”孫永元說(shuō)。
為了滿足排放檢測(cè)要求，中船三井嘗試采用了新的排放測(cè)量方法與廢氣排煙系統(tǒng)布置方案。根據(jù)國(guó)際防止船舶污染（MARPOL）公約，排放測(cè)量點(diǎn)的廢氣必須進(jìn)行充分混合。而隨著柴油機(jī)功率的增加，柴油機(jī)廢氣匯流后的管道直徑將越來(lái)越大，排放測(cè)量點(diǎn)處管道直徑也將隨之變大，車間臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)所要求的廢氣管道長(zhǎng)度也將進(jìn)一步增加。11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)配備3臺(tái)增壓器，在車間柴油機(jī)試驗(yàn)時(shí)，如按照常規(guī)的排煙集管布置，該主機(jī)增壓器后排煙匯流管直徑將達(dá)到3.5米以上，長(zhǎng)度也將在35米以上。長(zhǎng)度超過(guò)35米的廢氣排煙管道系統(tǒng)將橫跨多個(gè)試車臺(tái)位，而改造工作多以現(xiàn)場(chǎng)配做、現(xiàn)場(chǎng)施工的方式進(jìn)行，涉及的改造工作量巨大，將嚴(yán)重影響車間的正常生產(chǎn)秩序。
為解決這一難題，通過(guò)分析排煙集管系統(tǒng)現(xiàn)狀以及改造方案，中船三井最終制訂了廢氣分兩路排出的方案。即采用車間現(xiàn)有的排氣排煙系統(tǒng)，將其中的兩臺(tái)增壓器后廢氣匯流后作為一路排出，另外一臺(tái)增壓器后廢氣作為單獨(dú)一路排出，最后加權(quán)計(jì)算出11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)平均廢氣排放物濃度。這個(gè)方案大大降低了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度，匯流后廢氣排煙管道不需要改造，方案實(shí)施成本相對(duì)較低，對(duì)車間生產(chǎn)的負(fù)面影響也降到了最低，并獲得了船級(jí)社的認(rèn)可。
值得一提的是，這一次新的排放測(cè)量方法與廢氣排煙系統(tǒng)布置方案的采用是中船三井順應(yīng)船舶大型化趨勢(shì)的一次大膽嘗試。孫永元介紹，船舶柴油機(jī)的功率越來(lái)越大，在這種情況下，為滿足MARPOL公約所要求的柴油機(jī)排放測(cè)量規(guī)范要求，如仍舊采用以往的排放測(cè)量方法，將給柴油機(jī)廠家的排煙集管布置以及日常生產(chǎn)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。該測(cè)試方法的成功應(yīng)用，將解決其他相似的多缸徑、大功率柴油機(jī)的氮氧化物測(cè)量問(wèn)題，也為今后更多缸數(shù)、更大功率柴油機(jī)氮氧化物排放的測(cè)量提供了參考與指導(dǎo)。
步步為營(yíng)創(chuàng)新工藝
大工程的成功完成離不開每一個(gè)細(xì)節(jié)的精益求精。首次生產(chǎn)超大型集裝箱船主機(jī)的中船三井，憑借豐富的生產(chǎn)加工和裝配經(jīng)驗(yàn)，大膽創(chuàng)新工藝工法，步步為營(yíng)攻克了諸多技術(shù)難關(guān)。
十字頭銷是連接活塞和連桿的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件，該零件加工耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)精度要求極高。中船三井創(chuàng)新工藝，采用雙鏜刀單刃旋削的方法，將缺口底面及圓角一次加工完成，既解決了接刀痕和圓角加工問(wèn)題，又保障了關(guān)鍵部件的加工精度，縮短了加工周期。
曲軸在主機(jī)運(yùn)行中扮演著動(dòng)力輸出者的重要角色。11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)曲軸不同于以往整體式曲軸的設(shè)計(jì)，是采用前、后分段式拼接結(jié)構(gòu)，中間用螺栓連接，曲軸分段處通過(guò)緊配螺栓連接。由于11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)在車間臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)束后，需要進(jìn)行拆解分裝，曲軸要拆解成兩段發(fā)運(yùn)至船廠。因此，如何采取有效的裝配手段，既保證曲軸連接后的精度和曲軸輸出扭矩的可靠性與安全性，又能滿足主機(jī)拆解方便的要求，是擺在中船三井面前的一道難題。
針對(duì)11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)曲軸安裝特點(diǎn)，中船三井針對(duì)適用于臺(tái)架安裝的多種曲軸分段連接技術(shù)進(jìn)行了研討。通過(guò)多次研究論證，該公司決定使用HOF液壓螺栓，無(wú)需“冷套”安裝。據(jù)了解，這種裝配技術(shù)可利用導(dǎo)向工具直接完成安裝，同時(shí)借助液壓拉緊工具，使液壓螺栓錐形套膨脹，保證膨脹螺栓與連接孔的表面過(guò)盈配合度，從而實(shí)現(xiàn)連接螺栓對(duì)前后兩段曲軸扭矩的可靠傳遞；拆卸時(shí)，通過(guò)油壓使錐形套收縮，螺栓可以方便取出，避免對(duì)分段曲軸連接孔造成損傷，滿足了可拆卸的要求。“這種方法雖然令企業(yè)制造成本大幅度提高，但也大大降低了拆裝時(shí)損壞螺栓孔的風(fēng)險(xiǎn)，降低了安裝難度。”孫永元說(shuō)。
對(duì)于缸數(shù)多、尺寸大、重量重的11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)，中船三井采用模塊化安裝模式，在預(yù)裝階段盡可能提高各大件上所有部件的完整性，從而減少各預(yù)裝部件總成合攏后的工作量，既簡(jiǎn)化操作流程，又便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，使工作效率大大提高。中船三井采用模塊化安裝方式，使用中間合攏管對(duì)接分段的管路，大大提高了管路對(duì)接的可操作性，在制造成本得到有效控制的同時(shí)，也有效解決了多缸分段主機(jī)的管路連接問(wèn)題。
11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)主機(jī)總裝合攏、拆解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生前、后段機(jī)座與機(jī)架以及前、后端缸體共六大件。為應(yīng)對(duì)不同部件的不同起吊要求，中船三井針對(duì)部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、起吊工具、駁運(yùn)工裝進(jìn)行了多條件參數(shù)設(shè)計(jì)，使每套工具能夠滿足對(duì)應(yīng)主機(jī)部件安裝狀態(tài)下的起吊要求，同時(shí)大幅提高了吊裝效率。
通過(guò)研制11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)，中船三井還逐步掌握了柴油機(jī)油耗優(yōu)化的核心技術(shù)。該公司精心策劃，與專利商、增壓器廠家密切合作，根據(jù)新情況不斷調(diào)整柴油機(jī)的油耗優(yōu)化方案，在柴油機(jī)試車前選取了油耗相對(duì)最低的燃油噴嘴以及合適增壓器的初始配置，最終，主機(jī)的油耗狀況獲得船東認(rèn)可。
在攻克種種難關(guān)之后，11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)的研制取得了節(jié)節(jié)勝利。2014年10月，中船三井交付了11S90ME-C9.2型船用低速柴油機(jī)的首制機(jī)，2014年11月完成船廠裝機(jī)工作，2015年7月完成試航并交船。
在集裝箱船大型化的趨勢(shì)下，中船三井步步為營(yíng)，攻下了S90ME-C9.2型機(jī)這一重要陣地，掌握了大型超長(zhǎng)沖程電控柴油機(jī)的關(guān)鍵制造技術(shù)，在超大型集裝箱船主機(jī)市場(chǎng)占得一席之地，使我國(guó)的造機(jī)能力得以與日韓比肩。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該主機(jī)的誕生對(duì)中國(guó)船舶工業(yè)的影響巨大，其生產(chǎn)將帶動(dòng)國(guó)內(nèi)輔助鼓風(fēng)機(jī)、空冷器、盤車機(jī)、油泵、閥件、鑄件、電器元件、液壓元件、儀器儀表、標(biāo)準(zhǔn)件等相關(guān)配套行業(yè)的發(fā)展。
孫永元透露，近期，中船三井還將獲得十余艘超大型集裝箱船的主機(jī)制造訂單。公司將繼續(xù)緊跟專利商技術(shù)，以科技引領(lǐng)發(fā)展，在研發(fā)與制造技術(shù)上更進(jìn)一步。在價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈的大環(huán)境下，中船三井將繼續(xù)堅(jiān)持效益導(dǎo)向，進(jìn)一步提高效率，控制成本，管控質(zhì)量，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。（李儼兒）
編后：
法國(guó)達(dá)飛公司集裝箱船用上了中國(guó)“心臟”——中船三井生產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)，填補(bǔ)了我國(guó)在超大型集裝箱船動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域的空白。這是一件令人鼓舞的大事，也讓中國(guó)造船人揚(yáng)眉吐氣，更讓人們意識(shí)到，只有不斷創(chuàng)新，強(qiáng)化研發(fā)，我國(guó)船企生產(chǎn)的產(chǎn)品才能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，才能擺脫依賴進(jìn)口的窘境。
多年來(lái)，我國(guó)船舶配套產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口，即使這幾年產(chǎn)品研發(fā)上取得一定的突破，但由于國(guó)家政策扶持力度有限，加上市場(chǎng)認(rèn)知度不高，導(dǎo)致我國(guó)船配業(yè)發(fā)展始終滯后，進(jìn)而在國(guó)際市場(chǎng)中處于劣勢(shì)，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件上，一直受制于韓日等研發(fā)制造強(qiáng)國(guó)。要想盡快打破這種被動(dòng)局面，必須提高自主研發(fā)能力，就像中船三井那樣，緊跟專利商技術(shù)，以科技引領(lǐng)發(fā)展，在研發(fā)與制造技術(shù)不斷有所突破，才能躋身造船配套強(qiáng)國(guó)行列，進(jìn)而讓更多外國(guó)船舶貼上中國(guó)產(chǎn)品的標(biāo)簽。
