船用低速柴油機裝配試驗車間
簡介
一般來說，裝配試驗車間在廠房結構和布局等方面都比較複雜，現對裝配試驗車間工程工藝設計中的一些主要問題進行探討。
工藝設計原則
（1）低速柴油機裝配試驗車間一般是一次規劃，分期實施建設。因此，在一期工程建設中，要充分考慮將來建設實施的可行性和便利性。不便於分期實施的項目，應一次建設完成。
（2）目前的低速柴油機廠多為總裝廠模式，除機座、機架、氣缸體及運動件、關鍵件外，一般都外協生產，外協生產零部件儘量部裝完成後運至廠區進行預裝或總裝。
（3）從節能的角度考慮，輔機系統中的泵採用多台並聯的方式布置，以降低試驗小型柴油機時的能耗。必要時可考慮兩套輔機系統並聯，以滿足更大機型柴油機的試驗。
（4）為滿足船廠需求並降低生產成本，柴油機採用整機或者大組件方式進行發運，儘量考慮水路運輸。
（5）設備選型要立足當前，兼顧長遠發展規劃，既滿足生產需要，又不造成資源浪費。
車間布置方式
低速柴油機裝配試驗車間根據每個廠的生產習慣不同，有不同的布置方式，主要分為兩種。
（1）裝配和試驗車間布置在一個車間內，稱為裝配試驗車間，車間內一側布置試車台位，另一側布置裝配台位和堆機場地。由於裝配好後的小型柴油機整機或大組件直接吊上試車台進行總裝或試車，此種方案運輸路線短，運輸效率高，但是廠房造價高。
（2）裝配和試驗車間分別布置在兩個車間內，試驗車間一側布置試車台，一側布置總裝預裝台和堆機場地；裝配車間一側布置機架、氣缸體的預裝台，一側布置小件預裝和堆放場地。這種方案的裝配車間設定的軌高、噸位均相對較小，柴油機組裝成大組件之後運至試驗車間進行總裝、試車。此種方案可以提高試驗車間的利用率，降低廠房造價，提高裝配效率。車間的跨度根據機型的大小為33～ 45m不等，軌高為21～ 25m不等。
主要設備配置
1、起重機配置
試驗車間根據大型柴油機分段重量、新建船廠對柴油機的接收能力、起重機的運行速度、廠房造價等因素綜合評定，新建的大馬力低速柴油機廠起重噸位一般用兩台起重機實現，都為250～350t。國內外的低速柴油機廠試驗車間一般都採用雙層起重機，上層為大噸位橋式起重機，用於大噸位柴油機組件和整機的吊運，下層為壁行起重機或L型起重機。考慮到試車台位側布置排煙管，一般採用壁行起重機，壁行起重機噸位大時，對廠房結構要求高，目前常用的壁行起重機噸位為5～12t。另一側根據需要配置L型起重機，考慮到經常吊運的連桿十字頭組件、缸蓋總成等重量，起重噸位設定為20～25t。
試驗車間橋式起重機的軌高是綜合考慮，以整機起吊所需高度、排煙支管的位置、壁行起重機的軌高來確定。如果試驗車間與發運港池共用軌道，還需考慮發運所需軌高。考慮到大型柴油機的機架組件主要集中在300t以內，氣缸體組件主要集中在400t以內，預裝車間一般設定2台上層起重機，起重噸位都為150～250t。下層起重機的配置與試驗車間相同。
2、輔機系統
輔機系統的功能是為船用低速柴油機試驗提供所需的能源。輔機系統的容量主要是根據市場需求預測和產品定位來確定的。不同類型的柴油機，輔機系統的參數不同。輔機系統主要包括主滑油系統、燃油系統、氣缸滑油系統、氣缸冷卻水系統、低溫水系統、起動空氣系統、排氣系統、油污水系統等分系統。其系統主要由油箱、水箱、泵、加熱器、冷卻器、濾器、溫控閥、分油機、管道、閥門、儀表等組成。廠房布置，一般考慮在試驗車間試車台側的外部建一間用於布置輔機系統的輔機房，輔機房的大小主要考慮主滑油系統的布置，輔機房需配置5～10t的起重機，用於輔機系統設備的檢修。設計時主要考慮主滑油系統和排煙系統的布置問題。
（1）主滑油系統
主滑油系統用於柴油機內部的潤滑和冷卻，主要由主滑油箱、循環泵、分油機、冷卻器、加熱器、濾器、溫控閥等組成。不同型號柴油機對滑油的壓力和流量要求不同，為節約能源，考慮多台泵並聯，通過採用變頻泵或者調整旁通閥開度來調節流量和壓力。主滑油系統主要考慮回油管的布置。滑油系統的回油為重力回油，因此回油管路應儘可能短。目前回油管路的布置主要有2種方案。
1）回油總管布置在試車台與輔機房的中間位置。輔機系統布置起來比較簡單，但是使用時連線管安裝很不方便，回油阻力較大。
2）回油總管布置在試車台中央。將總管埋設在試車台基礎內，使生產時連線方便，但是滑油回油總管會與水力測功器的回水管交叉布置，兩者均為重力回流，布置起來非常不便。具體採用哪種方案，主要還是看生產廠的使用習慣。
（2）排煙系統
每馬力低速柴油機的廢氣排量約為6～7kg/h，目前最大的低速柴油機為MAN的14K108ME-C柴油機，功率為132 300馬力，廢氣排量可達約900000kg/h。廢氣流速一般為35～50m/s，因此大型柴油機的排煙管直徑為3m左右，還需包裹絕熱層，不僅重量重，而且布置不便。柴油機試車噪聲較大，一般在排煙總管管路中安裝消音器，約可降低20dB（A）的噪聲。柴油機試驗過程中對排氣的背壓有一定的要求，且背壓不大於300mmWC，因此排煙總管上需裝設背壓閥，為避免工人疏忽，忘記打開背壓閥，引起事故，一般背壓閥採用不能完全關閉的蝶閥。廢氣溫度可達250～ 350℃ ，需根據熱膨脹量設定波紋管。
排煙總管的布置有3種方案。
1）布置在試驗車間內部，一般用於小型低速柴油機。
2）布置在試驗車間外部輔機房房頂，一般用於大型低速柴油機，且排煙總管中加裝消音器的場合。
3）布置在試驗車間外部用三角架支撐，一般用於大型低速柴油機，排煙總管中不加裝消音器的場合。
3、裝配台位
柴油機的機架、氣缸體在裝配台位上預裝。機座根據生產廠習慣不同，有的在裝配台位上預裝，有的在試車台上預裝。一般機架預裝台和氣缸體預裝檯布置在一起，由於氣缸體需要進行水壓試驗，目前有一種將氣缸體預裝台單獨設定的趨勢，可以取消專用的氣缸體泵水場地，而且可以減少氣缸體吊運次數。裝配台位的寬度視柴油機機型而不同，一般為6m左右，長度根據占用台位周期和產量來確定，深度根據軌道是否設定T型槽來決定。
4、試車台位
低速柴油機試車過程中會產生交變載荷，因此試車台多為長條形混凝土塊結構。長度根據生產能力的不同而異，寬度一般為7.5～9m，深度一般為2.5m左右。根據生產廠習慣的不同，柴油機試車台位布置方案會有不同。
目前國外柴油機廠多採用固定台位布置，試車台位比較短，在台位上僅考慮布置某幾種機型，對生產計畫要求比較高，試車檯布置方案與產品訂單相差較大的話，需進行調整改造，優點是布置和操作方便。國內試車台一般為一長條，長度較長，大規模的生產廠可達200多米，這種方案對柴油機的布置靈活性大，試車台基礎質量重可以大大減小柴油機的振動情況，但是管線連線複雜。目前國內柴油機廠朝著相對固定台位的方向發展，以解決管線連線問題。
5、水力測功器
水力測功器用於柴油機試車時輸出功率的測定。選用水力測功器一般選擇三個主要參數：最大吸收功率、最大許用轉速、最大吸收扭矩。水力測功器的選型主要參照水力測功器的特性曲線，只要最大試驗柴油機110%負荷下的功率、轉速和扭矩的對應點在特性曲線範圍內，且不在最邊緣，即可滿足使用要求。大功率水力測功器專業生產廠家主要有日本的FUCHINO公司和德國的Z LLNER公司和英國的FROUDE公司三家。進口水力測功器價格較高，為降低生產成本，目前一般多採用與國外廠商合作方式生產。主要合作方式是，國外廠商負責提供關鍵組件、零部件、操作盤及附屬品等，並提供設計圖紙，負責現場指導安裝和調試，對操作人員和維修人員進行培訓。國內主要是承擔主軸、定子、轉子、機座等大型鑄鍛件及結構件的製造以及總體安裝等工作。
物料運輸
由於低速柴油機體積大，質量重，因此物料運輸分為三個部分，車間內部的運輸、車間之間的運輸、柴油機的發運。車間內部的物料運輸主要採用橋式起重機，根據實際需要，可考慮兩台起重機抬吊，以提高經濟性。車間之間的運輸主要有四種方式，橋式起重機運輸、低壓電動平板車運輸、氣墊運輸車運輸、自升式液壓平板車運輸。
如果兩個車間串聯布置且軌高、軌距、起重噸位均相同，可採用車間內的橋式起重機將零部件吊運至需要的位置；如果兩個車間為平行布置或者車間軌高不同，可採用低壓電動平板車或者氣墊運輸車運輸，但低壓電動平板車必須為直線布置，氣墊運輸車能耗大；自升式液壓平板車可用於通道寬度和轉彎半徑足夠大的任何場合，但價格不菲。每種運輸方式均有其利弊，在考慮車間布局時需充分論證。建廠較早的低速柴油機生產廠由於原來主要生產小型柴油機，多為陸路運輸。隨著生產效率的提高，船廠希望儘可能大的組件運至船廠，以減少組裝時間，節省組裝場地。低速柴油機朝著大型化發展，從外形尺寸和重量上來看，水路運輸已成為低速柴油機生產廠必不可少的發運之路。
近幾年建設和有條件改造的低速柴油機廠均採用水路運輸，水路運輸一般採用兩種方案。
1）發運港池與試驗車間串聯布置，共用橋式起重機軌道，可以直接通過試驗車間內的起重機將柴油機吊上船，此種方案使用方便，發運效率高，但是對水域條件要求苛刻。
2）發運碼頭與試驗車間不能共用起重機軌道，採用自升式液壓平板車將柴油機從試驗車間運至碼頭，再進行發運，此種方案效率不如前一種方案高，而且需添置一台大噸位的自升式液壓平板車，碼頭上還需添置一台大噸位起重機，一般用於試驗車間附近水域不能滿足駁船停靠要求的場合。
能耗
柴油機裝配試驗車間的主要能耗是電、燃油和循環冷卻水。裝配試驗車間電力安裝容量中除了常規的380V、50Hz用電外，還需考慮440V、60Hz輔助鼓風機用電。柴油機消耗柴油主要是柴油機的磨合試驗和提交試驗。
根據生產廠的習慣不同，循環冷卻水系統的設定也不相同。一般情況下，柴油機的冷卻循環水分為三路，一路為水力測功器冷卻用循環水，一路為空冷器用冷卻循環水，一路為滑油冷卻器和氣缸水冷卻器用冷卻循環水。空冷器用冷卻循環水與滑油冷卻器和氣缸水冷卻器用冷卻循環水回水均有壓力，可以直接回冷卻水塔，可以並為一路。水力測功器冷卻用循環水要求供水壓力穩定（不同生產廠要求不同），回水為重力回水，需單獨設定，並就近設定熱水池，以便於熱水的順暢回流。具體耗水量根據柴油機機型的大小和進出口溫度設定的不同而不同。
環境污染
低速柴油機裝配試驗車間產生的污染物主要是柴油機試驗時泄漏的含油廢水、柴油機試驗產生的廢氣、柴油機試驗以及水泵、油泵等運轉產生的噪聲。
1、廢氣
低速柴油機試驗過程中產生的廢氣污染物主要是氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO）、一氧化碳（CO）和碳氫化合物（HYCX）四部分。每馬力低速柴油機的廢氣排量約為6～ 7kg/h，目前最大的低速柴油機為MAN的14K108ME-C柴油機，功率為132300馬力，廢氣排量可達約900000kg/h。低速柴油機的廢氣排放可以滿足國際海事組織對柴油機尾氣排放的標準，但是不能滿足裝配試驗車間需滿足的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297- 1996），需進行廢氣治理。目前要滿足排放標準主要有3種方法。
1）增加排氣煙囪的高度；
2）採用選擇性催化還原法（SCR）處理；
3）採用QQ型半乾氨法全自動脫氨除塵裝置進行廢氣治理。
這些方法不僅占用大量的生產場地，而且還可能會引起柴油機背壓超標，影響柴油機的試驗。據了解，由於低速柴油機廢氣流量大以及有最高背壓要求，國內原有的低速柴油機廠均沒有採用廢氣治理措施。對環保非常重視的日本，也只是通過控制年總耗油量來控制排放總量。歐洲的低速柴油機生產企業還未採取任何廢氣處理措施。近幾年，國家對環保的重視程度越來越高，節能減排的呼聲也日益高漲，低速柴油機試驗過程中產生的廢氣治理問題已經成了一個急需設計部門和環保管理部門探討和解決的問題。
2、噪聲
裝配試驗車間的主要噪聲來源於柴油機試驗噪聲，由進、排氣噪聲、氣缸燃燒噪聲、曲軸連桿等機械噪聲組成，噪聲級約為100dB（A），其中排氣噪聲是主要噪聲，排氣口處可達115dB（A）左右。主要頻率特性為中、低頻。除此之外，還有一些水泵、油泵、空壓機等噪聲源。根據其特點，裝配試驗車間的噪聲治理一般採用安裝吸聲吊頂，局部設定吸聲屏，柴油機排氣管道中裝設消聲器等措施進行治理。
