海事類

海事類 篇名 : 船舶內燃機相關介紹與討論 作者 : 蔡眀熾 國立東港高級海事水產職業學校 輪二乙 執導老師 : 楊敏雄老師 1.

前言 : 台灣, 是個典型的海島型國家, 屬於 海島經濟型態, 而海洋成為我們生活中重要的一部分, 不管是經濟或是糧食資源都一樣, 也因為這樣 海洋 成為我們的 優勢 海洋, 既然成為我們的優勢, 對外經濟貿易等的推展, 有賴於海運事業的發展, 不管是經濟效益或是方便性來說, 船舶的使用都是第一人選, 所以有好好認識船舶內部引擎的必要性 目前船舶使用之內燃機, 除了小汽艇或特殊輔機有使用汽油或石油機及部份漁船有使用燒球機外, 皆使用狄賽爾循環機 一般稱之柴油機, 所以本小論文大多已狄塞爾循環機為主 而柴油機在海運事業上佔有決定性的地位, 當前以柴油機做為船用動力的機器, 佔全世界商船及漁船等總數的百分之九十五以上 小至救生艇 遊艇 挖泥機 漁船等, 大至幾十萬噸商船等均採用 目前商船或漁船柴油機的燃料費用及維修費用佔營運成本的最高位, 如何減輕此等費用及降低製造成本等因素, 是航漁業公司生存的關鍵所在 而在本小論文中會有相關的介紹 正文 : 一內燃機的分類 : 其燃料是在引擎內部燃燒者, 稱之內燃機 其工作流體主要是油與空氣混合油氣及其燃燒氣 可分為 往復式 與 迴轉式 兩大類 ( 一 ) 往復式可分為三種 : 1 汽油機 (Gasoline engine): 利用化油器將汽油與空氣混合後, 送入引擎汽缸內, 經壓縮後以火心塞之電火花點燃, 爆發產生動力, 又稱為引燃機 等容循環機 顎圖循環機 註 :http://media-2.web.britannica.com/eb-media/16/97216-004-d655301c.jpg 2

2 燒球機 (Hot bulb engine): 因熱能的產生一部分在等容過程, 另一部份在等壓過程, 即是顎圖與狄 塞爾循環混合, 又稱半柴油機 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ec/t%c3%a4ndkulemotor. png/200px-t%c3%a4ndkulemotor.png 3 柴油機 ( Disel enging ) 因狄塞爾 ( Disel ) 所研製而成, 故命名為 Diesel 引擎 先引進大量空氣後, 立即加以壓縮, 使空氣壓力與溫度提高至使噴入霧化的柴油可以自行引燃, 立即爆發產生動力之往復式引擎 http://2.bp.blogspot.com/_dic-0bu3gyw/r7pdjfrno2i/aaaaaaaaago/efbu8b- NqT8/s400/cross-section.jpg 3

( 二 ) 迴轉式常見的兩種 : 1 燃氣渦輪機 ( Gas turbine ) 簡稱氣輪機 壓縮器將壓縮大量空氣進入燃燒室, 亦稱燃燒筒, 在將燃油噴入燃燒室前端, 而形成混合油氣, 立即經點火燃燒而產生高溫高壓燃燒氣, 急速衝向渦輪葉片而產生轉動力, 最後高速排氣由噴嘴管噴出而產生強大加速推力 船用的名稱 : 排氣渦輪增壓機 http://www.energytech.at/kwk/fotos/portrait_10_en.jpg 2 旋轉引擎 ( Rotary engine ) 再 1959 年德國人萬克爾 ( Wankel ) 製成實用的旋轉引擎, 採用腎臟狀之輪曲線型氣缸, 外唯有冷卻水套, 一至二個火星塞裝在缸壁間, 進 排氣口並列於其對側同時作用, 有一曲面三角形的旋轉活塞言汽缸壁滾轉一周, 於其三個活塞共發生三次動力 http://reedmantoll.us/wp-content/uploads/2009/11/rotary_engine.jpg 4

二柴油機相關說明 : 柴油機是一種動力機械, 它以柴油為燃料, 將柴油燃燒而產生的熱能轉化為機械能 將空氣從進氣閥吸入在進行壓縮, 提高空氣溫度, 使空氣溫度超過柴油的燃點, 這時再噴入柴油 柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒 ( 一 ) 柴油的性質 : 船用低速柴油機所用之燃油, 範圍比較廣泛, 輕柴油 重柴油 及劣質重油等均可燃用, 爲節省燃料費, 均燃用低質重油, 俗稱黑油 黑油 : 含有過量的雜質, 不易燃燒 油性不安定, 發熱量低落, 至引擎運轉不平穩 出力低 機件經常故障 增加許多管理上的麻煩 所以, 如為良質重油, 則具備下列性質 : 1 比重要小 2 黏度要適當 3 燃燒性要好 4 閃光點較高 5 殘留碳要少 6 凝固點要低 7 灰份含量很 : 8 不具腐蝕性 硫份含量很少 9 觸媒微粒含量極為 10 親合性要好 11 瀝青含量少 12 苯不溶份含量低 13 水分含量很少 14 揮發性要適當 ( 二 ) 船用柴油機燃油分類 : 1 A 級重柴油 ( 簡稱 A 油 ) 黏度略高, 雜質略多, 使用於轉速固定, 負荷不大變化之中速或低速柴油機上 常用於船用引擎上, 為最好之船用重柴油 2 B 級重柴油 ( 簡稱 B 油 ) 黏度較高, 雜質多, 此類柴油使用時需預熱至約 76~100 度 C 間, 較合適於船用重柴油機噴油燃燒, 為船用重柴油之一 3 C 級中柴油 ( 簡稱 C 油 ) 黏度更高, 雜質較多, 需預熱至 100~125 度 C 間, 為石油危機發生以前數十年間, 船用重柴油機採用最多的油料 4 低質重油主要由原油提煉所剩餘之殘渣油, 黏度最高, 雜質最多, 非傳統傳用重柴油機所能燃用, 使用時預熱溫度高且還需加壓, 但價格最低是唯一好處 5

( 三 ) 柴油機的優 缺點 : 1 柴油機的優點 : (1) 熱效率較高 ; 燃油消耗少因燃料在引擎內燃燒, 沒有鍋爐傳熱及蒸汽管路冷去等熱損失, 所以熱效率就高 例如 : 比較增壓式柴油機和過熱式渦輪蒸氣機之耗油量據統計資料, 每單位馬力小時, 柴油機至少可節省 30 公克左右 假設, 有 10 萬匹馬力之柴油機船與渦輪蒸汽機船, 比較兩者每日耗油量, 柴油機可以節省約 70 噸左右, 以重油之單價每噸約 150 美元計算, 則每日可節省 10500 美元 (2) 單位馬力之重量及容積比較小 (3) 起動省時柴油機可約數十分鐘內開動, 而蒸氣機通常必須暖機 (Warm-up) (4) 調數容易以蒸汽機來說, 變更速度時, 需要充分的調節時間, 以操作各蒸汽控制閥, 調節蒸汽壓力, 而柴油機變更速度時, 只要控制油門位置而使用調速器迅速達成調速動作 (5) 所需管理人員較少 2 柴油機的缺點 : (1) 運轉平衡性較差, 震動較大 ( 原因 : 活塞往復 ) 因柴油機的往復部分之運動慣力不平衡而造成運轉震動, 較難完全消除 (2) 低速運轉較困難 (3) 運動機件易磨損, 滑油耗量較大, 平時保養工作較多 (4) 最大出力及最高轉速受限制因往復機件慣力大, 提高出力其震動亦增大, 機件材料要加強, 且氣缸最大充氣量限於一定之高速上, 超過此轉速, 充氣量反而下降, 出力亦隨之降低 ( 三 ) 船用柴油機發展趨勢 : 自從 1973 年首次石油危機至 1978 年二次石油危機以來, 油價節節上升船用引擎之燃油品質日趨低劣, 其燃油費用大幅上揚而居行業營運成本之首位, 節省燃油費用之重點深受重視, 而各製造廠商紛紛發展省油高效率且可使用低質柴油之機種 1 使用便宜劣質重油 : 船用柴油機不論主機或發電機, 均趨向採用同類之劣質柴油, 因此, 傳統上兩種不同類型之燃油系統逐可合而為一, 發展成新式單一燃油系統, 以節省費用 6

2 減少燃油及滑油消耗率 : (1) 提高掃氣效率 : 採用單流掃氣 (2) 改進過給氣效果 (3) 加長衝程並降低轉速 : 避免空洞現象 (4) 減輕引擎基本負荷 ( 5) 採用變噴油定時裝置使引擎於高低負荷下運轉, 可減少耗油量 (6) 選擇低額定負荷下運轉, 可減少耗油量 (7) 採用負荷連動是注油系統, 氣缸注油量可隨負荷變化而自動增減, 可節省滑油耗量 3 提高引擎熱效率 : (1) 提高平均有效壓力, 增加引擎之熱效率 (2) 提高引擎隻最高燃燒壓力 (3) 採用軸發電機使燃用便宜劣質重油之主機動力加大逐足以動力分出, 以發揮引擎之運轉效率 4 引擎廢熱回收利用 : (1) 引擎排氣餘熱用以作動無冷卻式增壓機及排氣鍋爐, 亦可預熱給水或空氣 排氣鍋爐產生蒸氣以供蒸氣渦輪發電機運轉供電及用做油櫃 暖房等加熱 (2) 引擎冷卻水餘熱用為淡水製造機之熱源 住艙之暖氣, 亦可用為鍋爐給水預熱 5 縮短引擎尺寸至最小限制 : 縮短引擎高度與長度, 增加利用空間 6 降低操作成本, 增加引擎使用壽命 : (1) 引擎出力配置及增壓機配置等或採用單一燃油系統可減少人力及增加使用壽命, 節省燃油費用 (2) 採用新的引擎材料以增加材料強度 (3) 減少機件之動應力及備用零件 (4) 減少折舊率 利率及保險費等費用 7 簡化保養工作, 提高引擎可靠性 : (1) 引擎結構簡化設計, 機件材料強度之提升, 取消各種阻礙工作管路等, 以簡化保養工作 (2) 機器自動控制比例增加, 電腦自動化及資料處理程序提升, 模組服務概念標準化及統一化等, 可以大幅提升簡化保養工作, 並提高引擎之高度安全性及可靠性 7

結論 : 自從 1973 年首次石油危機至 1978 年二次石油危機以來, 高油價在人們心中留下陰影, 就連當時的公司大老闆都嚇一跳, 心想 : 這樣的石油危機如果在來幾次, 我的公司不就只有結束營運的份 當時的柴油機, 給人的感覺就是髒 不環保. 等等不好的印象, 但事實並不是如此 就拿柴油機和汽油機比較 : 柴油機的熱效率約 35~50% 而汽油機熱效率約 22~28% 所以柴油機是有他應有的存在價值 現近海上的大型商船 大型貨櫃船有那一艘不是使用柴油機的, 柴油機的好處不單只有熱效率, 還有他可以使用劣質柴油最為燃燒用油, 前面有說到, 發生石油危機時, 油價狂飆, 但公司的營運還是得繼續, 船還是得出航, 此時, 劣質柴油就有絕對的優勢存在, 雖然在所有船用燃油中, 劣質柴油黏度最高 雜質最多, 但便宜是他最大好處, 對公司成本來說, 可以大大減輕了不少 近幾年來, 全球暖化趨勢嚴重, 使得人人的環保意識逐漸抬頭, 雖然劣質柴油便宜又好用, 但因為本身雜質多, 燃燒後所產生的廢氣並不是很乾淨, 這也代表柴油機還有很多的進步空間, 現在陸上的四行程汽油機, 經常時間研發以來, 已有辦法將廢氣污染大大降低, 而船用柴油機我也相信, 要研發出環保又省油的柴油機一定有機會, 只需你我好好努力 因為, 現在放棄尚嫌太早 資料來源 : 1 船用內燃機 ( 書籍 ) 2 基本內燃機學 ( 書籍 ) 3 船舶內燃機 ( 書籍 ) 4 內燃機 http://content.edu.tw/vocation/agri_mech/tn_ag/03/3_1.htm 5 內燃機 維基百科 http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%e5%86%85%e7%87%83%e6%9c%ba 8