15世紀，葡萄牙航海家達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“達飛·瓦斯科·達伽馬”號，在某種程度上則體現了中國船舶工業的創新與開拓。這艘巨輪不僅代表了中國總裝船廠的技術新高度，它的“心臟”——由上海中船三井造船柴油機有限公司生產的11S90ME-C9.2型船用低速柴油機，更是填補了我國在超大型集裝箱船動力系統領域的空白。
日前，由上海外高橋造船有限公司建造的18000TEU集裝箱船“達飛·瓦斯科·達伽馬”號正式加盟法國達飛海運集團公司的超大型集裝箱船隊，它將穿梭于繁忙的亞歐航線。而“達飛·瓦斯科·達伽馬”號的超強“心臟”11S90ME-C9.2型船用低速柴油機也將伴隨它經歷更多的考驗。
研發設計雙雙升級
通過減速實現節能增效是當前航運界營運的主流。正因為如此，目前集裝箱船的設計航速已由原來的24至25節降至20至22節甚至更低，而擁有相對較低轉速的超長沖程S型發動機成為大型集裝箱船舶動力的主流。S90ME-C9.2型船用低速柴油機就是曼公司針對集裝箱船市場推出的產品，其出色的性能深受船東青睞，也引得各大主機廠商爭相生產。
近年來，超大型集裝箱船訂單主要被韓國造船企業獲取，相應的主機訂單也基本被日韓企業囊括。作為我國超大型低速柴油機生產“領頭羊”的中船三井，多年來一直緊跟曼公司的專利技術，從事相關技術研發，并在大型集裝箱船動力研制方面取得了顯著成績。在激烈的市場競爭中，中船三井與江蘇揚子江船業集團公司簽訂了20+5臺用于10000TEU集裝箱船的10S90ME-C9.2型船用低速柴油機的生產供貨合同。2013年7月，該批主機的首制機交付，創下了當時國內制造的最大功率低速柴油機紀錄。幾乎就在同時，中船三井對同型主機“升級版”的研發工作也已展開。
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型船用低速柴油機的供應合同。與之前為揚子江船業生產的低速機相比，該低速機氣缸數從10個增加到11個，單缸功率為5180千瓦，總功率約6.4萬千瓦，適用于16000TEU至20000TEU超大型集裝箱船，為國內首制機型，是目前國內單機功率最大的智能型低速柴油機，也是目前國內氣缸數最多的低速柴油機。
“10S90ME-C9.2型機的設計建造經驗，為11S90ME-C9.2主機的研制奠定了重要基礎。”中船三井總經理助理孫永元表示，與外高橋造船簽訂合同后，中船三井各部門迅速聯動，展開設計轉化工作。相較其他中小缸徑機型，該型機圖紙設計工作量增加了50%。最終，該公司設計部門克服種種困難，歷時5個月完成了基本圖紙設計工作，編制部套366個，編制圖紙7550張，涉及標準件2815個。中船三井還采用UG三維模型設計，對主機模型進行了三維仿真裝配和驗證。“這有助于設計人員提前發現設計中存在的問題，也更有利于管系、托架格柵等外圍設計的確認和優化，保證詳細設計的準確性。”孫永元介紹。
強基固本破解難題
為真正攻克超大型集裝箱船主機的設計與生產難關，中船三井將基礎設施的改造升級工作列上日程。
“中船三井原有的10萬馬力水力測功器無法滿足11S90ME-C9.2型柴油機的試車要求。”孫永元介紹，根據柴油機的功率和轉速的特性曲線，中船三井決定與著名測功器廠商AVL聯合制造17萬馬力水力測功器。2014年10月，中船三井在時間緊、要求高、測功器裝配技術經驗少的情況下，解決了多個技術難題，確保了該測功器按計劃順利投產使用，為11S90ME-C9.2型船用低速柴油機的順利交付奠定了堅實的基礎。“從長遠來看，新購置的測功器還能夠滿足公司開發更大功率柴油機的車間試車需要。”孫永元說。
為了滿足排放檢測要求，中船三井嘗試采用了新的排放測量方法與廢氣排煙系統布置方案。根據國際防止船舶污染（MARPOL）公約，排放測量點的廢氣必須進行充分混合。而隨著柴油機功率的增加，柴油機廢氣匯流后的管道直徑將越來越大，排放測量點處管道直徑也將隨之變大，車間臺架試驗時所要求的廢氣管道長度也將進一步增加。11S90ME-C9.2型船用低速柴油機配備3臺增壓器，在車間柴油機試驗時，如按照常規的排煙集管布置，該主機增壓器后排煙匯流管直徑將達到3.5米以上，長度也將在35米以上。長度超過35米的廢氣排煙管道系統將橫跨多個試車臺位，而改造工作多以現場配做、現場施工的方式進行，涉及的改造工作量巨大，將嚴重影響車間的正常生產秩序。
為解決這一難題，通過分析排煙集管系統現狀以及改造方案，中船三井最終制訂了廢氣分兩路排出的方案。即采用車間現有的排氣排煙系統，將其中的兩臺增壓器后廢氣匯流后作為一路排出，另外一臺增壓器后廢氣作為單獨一路排出，最后加權計算出11S90ME-C9.2型船用低速柴油機平均廢氣排放物濃度。這個方案大大降低了現場施工的難度，匯流后廢氣排煙管道不需要改造，方案實施成本相對較低，對車間生產的負面影響也降到了最低，并獲得了船級社的認可。
值得一提的是，這一次新的排放測量方法與廢氣排煙系統布置方案的采用是中船三井順應船舶大型化趨勢的一次大膽嘗試。孫永元介紹，船舶柴油機的功率越來越大，在這種情況下，為滿足MARPOL公約所要求的柴油機排放測量規范要求，如仍舊采用以往的排放測量方法，將給柴油機廠家的排煙集管布置以及日常生產帶來巨大的挑戰。該測試方法的成功應用，將解決其他相似的多缸徑、大功率柴油機的氮氧化物測量問題，也為今后更多缸數、更大功率柴油機氮氧化物排放的測量提供了參考與指導。
步步為營創新工藝
大工程的成功完成離不開每一個細節的精益求精。首次生產超大型集裝箱船主機的中船三井，憑借豐富的生產加工和裝配經驗，大膽創新工藝工法，步步為營攻克了諸多技術難關。
十字頭銷是連接活塞和連桿的關鍵運動件，該零件加工耗時較長，對精度要求極高。中船三井創新工藝，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題，又保障了關鍵部件的加工精度，縮短了加工周期。
曲軸在主機運行中扮演著動力輸出者的重要角色。11S90ME-C9.2型船用低速柴油機曲軸不同于以往整體式曲軸的設計，是采用前、后分段式拼接結構，中間用螺栓連接，曲軸分段處通過緊配螺栓連接。由于11S90ME-C9.2型船用低速柴油機在車間臺架試驗結束后，需要進行拆解分裝，曲軸要拆解成兩段發運至船廠。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，又能滿足主機拆解方便的要求，是擺在中船三井面前的一道難題。
針對11S90ME-C9.2型船用低速柴油機曲軸安裝特點，中船三井針對適用于臺架安裝的多種曲軸分段連接技術進行了研討。通過多次研究論證，該公司決定使用HOF液壓螺栓，無需“冷套”安裝。據了解，這種裝配技術可利用導向工具直接完成安裝，同時借助液壓拉緊工具，使液壓螺栓錐形套膨脹，保證膨脹螺栓與連接孔的表面過盈配合度，從而實現連接螺栓對前后兩段曲軸扭矩的可靠傳遞；拆卸時，通過油壓使錐形套收縮，螺栓可以方便取出，避免對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制造成本大幅度提高，但也大大降低了拆裝時損壞螺栓孔的風險，降低了安裝難度。”孫永元說。
對于缸數多、尺寸大、重量重的11S90ME-C9.2型船用低速柴油機，中船三井采用模塊化安裝模式，在預裝階段盡可能提高各大件上所有部件的完整性，從而減少各預裝部件總成合攏后的工作量，既簡化操作流程，又便于及時發現問題，使工作效率大大提高。中船三井采用模塊化安裝方式，使用中間合攏管對接分段的管路，大大提高了管路對接的可操作性，在制造成本得到有效控制的同時，也有效解決了多缸分段主機的管路連接問題。
11S90ME-C9.2型船用低速柴油機主機總裝合攏、拆解過程中會產生前、后段機座與機架以及前、后端缸體共六大件。為應對不同部件的不同起吊要求，中船三井針對部件結構特點、起吊工具、駁運工裝進行了多條件參數設計，使每套工具能夠滿足對應主機部件安裝狀態下的起吊要求，同時大幅提高了吊裝效率。
通過研制11S90ME-C9.2型船用低速柴油機，中船三井還逐步掌握了柴油機油耗優化的核心技術。該公司精心策劃，與專利商、增壓器廠家密切合作，根據新情況不斷調整柴油機的油耗優化方案，在柴油機試車前選取了油耗相對最低的燃油噴嘴以及合適增壓器的初始配置，最終，主機的油耗狀況獲得船東認可。
在攻克種種難關之后，11S90ME-C9.2型船用低速柴油機的研制取得了節節勝利。2014年10月，中船三井交付了11S90ME-C9.2型船用低速柴油機的首制機，2014年11月完成船廠裝機工作，2015年7月完成試航并交船。
在集裝箱船大型化的趨勢下，中船三井步步為營，攻下了S90ME-C9.2型機這一重要陣地，掌握了大型超長沖程電控柴油機的關鍵制造技術，在超大型集裝箱船主機市場占得一席之地，使我國的造機能力得以與日韓比肩。
業內專家認為，該主機的誕生對中國船舶工業的影響巨大，其生產將帶動國內輔助鼓風機、空冷器、盤車機、油泵、閥件、鑄件、電器元件、液壓元件、儀器儀表、標準件等相關配套行業的發展。
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制造訂單。公司將繼續緊跟專利商技術，以科技引領發展，在研發與制造技術上更進一步。在價格競爭愈演愈烈的大環境下，中船三井將繼續堅持效益導向，進一步提高效率，控制成本，管控質量，提升市場競爭力。（李儼兒）
編后：
法國達飛公司集裝箱船用上了中國“心臟”——中船三井生產的船用低速柴油機，填補了我國在超大型集裝箱船動力系統領域的空白。這是一件令人鼓舞的大事，也讓中國造船人揚眉吐氣，更讓人們意識到，只有不斷創新，強化研發，我國船企生產的產品才能實現質的飛躍，才能擺脫依賴進口的窘境。
多年來，我國船舶配套產品主要依賴進口，即使這幾年產品研發上取得一定的突破，但由于國家政策扶持力度有限，加上市場認知度不高，導致我國船配業發展始終滯后，進而在國際市場中處于劣勢，尤其在發動機等關鍵部件上，一直受制于韓日等研發制造強國。要想盡快打破這種被動局面，必須提高自主研發能力，就像中船三井那樣，緊跟專利商技術，以科技引領發展，在研發與制造技術不斷有所突破，才能躋身造船配套強國行列，進而讓更多外國船舶貼上中國產品的標簽。
