试验车间

工业试验车间，既兼顾生产任务的完成，又可以考查大型装备的性能、机—柱联合的效果、矿泥对新工艺流程的影响，验证生产单一精矿的可靠性，并为新选厂其他大型装备的选型提供试验平台。

定义简介

一般来说，装配试验车间在厂房结构和布局等方面都比较复杂，现对装配试验车间工程工艺设计中的一些主要问题进行探讨。

设计原则

（1）低速柴油机装配试验车间一般是一次规划，分期实施建设。因此，在一期工程建设中，要充分考虑将来建设实施的可行性和便利性。不便于分期实施的项目，应一次建设完成。

（2）目前的低速柴油机厂多为总装厂模式，除机座、机架、气缸体及运动件、关键件外，一般都外协生产，外协生产零部件尽量部装完成后运至厂区进行预装或总装。

（3）从节能的角度考虑，辅机系统中的泵采用多台并联的方式布置，以降低试验小型柴油机时的能耗。必要时可考虑两套辅机系统并联，以满足更大机型柴油机的试验。

（4）为满足船厂需求并降低生产成本，柴油机采用整机或者大组件方式进行发运，尽量考虑水路运输。

（5）设备选型要立足当前，兼顾长远发展规划，既满足生产需要，又不造成资源浪费。

车间布置

低速柴油机装配试验车间根据每个厂的生产习惯不同，有不同的布置方式，主要分为两种。

（1）装配和试验车间布置在一个车间内，称为装配试验车间，车间内一侧布置试车台位，另一侧布置装配台位和堆机场地。由于装配好后的小型柴油机整机或大组件直接吊上试车台进行总装或试车，此种方案运输路线短，运输效率高，但是厂房造价高。

（2）装配和试验车间分别布置在两个车间内，试验车间一侧布置试车台，一侧布置总装预装台和堆机场地；装配车间一侧布置机架、气缸体的预装台，一侧布置小件预装和堆放场地。这种方案的装配车间设置的轨高、吨位均相对较小，柴油机组装成大组件之后运至试验车间进行总装、试车。此种方案可以提高试验车间的利用率，降低厂房造价，提高装配效率。车间的跨度根据机型的大小为33～ 45m不等，轨高为21～ 25m不等。

设备配置

1、起重机配置

试验车间根据大型柴油机分段重量、新建船厂对柴油机的接收能力、起重机的运行速度、厂房造价等因素综合评定，新建的大马力低速柴油机厂起重吨位一般用两台起重机实现，都为250～350t。国内外的低速柴油机厂试验车间一般都采用双层起重机，上层为大吨位桥式起重机，用于大吨位柴油机组件和整机的吊运，下层为壁行起重机或L型起重机。考虑到试车台位侧布置排烟管，一般采用壁行起重机，壁行起重机吨位大时，对厂房结构要求高，目前常用的壁行起重机吨位为5～12t。另一侧根据需要配置L型起重机，考虑到经常吊运的连杆十字头组件、缸盖总成等重量，起重吨位设置为20～25t。

试验车间桥式起重机的轨高是综合考虑，以整机起吊所需高度、排烟支管的位置、壁行起重机的轨高来确定。如果试验车间与发运港池共用轨道，还需考虑发运所需轨高。考虑到大型柴油机的机架组件主要集中在300t以内，气缸体组件主要集中在400t以内，预装车间一般设置2台上层起重机，起重吨位都为150～250t。下层起重机的配置与试验车间相同。

2、辅机系统

辅机系统的功能是为船用低速柴油机试验提供所需的能源。辅机系统的容量主要是根据市场需求预测和产品定位来确定的。不同类型的柴油机，辅机系统的参数不同。辅机系统主要包括主滑油系统、燃油系统、气缸滑油系统、气缸冷却水系统、低温水系统、起动空气系统、排气系统、油污水系统等分系统。其系统主要由油箱、水箱、泵、加热器、冷却器、滤器、温控阀、分油机、管道、阀门、仪表等组成。厂房布置，一般考虑在试验车间试车台侧的外部建一间用于布置辅机系统的辅机房，辅机房的大小主要考虑主滑油系统的布置，辅机房需配置5～10t的起重机，用于辅机系统设备的检修。设计时主要考虑主滑油系统和排烟系统的布置问题。

（1）主滑油系统

主滑油系统用于柴油机内部的润滑和冷却，主要由主滑油箱、循环泵、分油机、冷却器、加热器、滤器、温控阀等组成。不同型号柴油机对滑油的压力和流量要求不同，为节约能源，考虑多台泵并联，通过采用变频泵或者调整旁通阀开度来调节流量和压力。主滑油系统主要考虑回油管的布置。滑油系统的回油为重力回油，因此回油管路应尽可能短。目前回油管路的布置主要有2种方案。

1）回油总管布置在试车台与辅机房的中间位置。辅机系统布置起来比较简单，但是使用时连接管安装很不方便，回油阻力较大。

2）回油总管布置在试车台中央。将总管埋设在试车台基础内，使生产时连接方便，但是滑油回油总管会与水力测功器的回水管交叉布置，两者均为重力回流，布置起来非常不便。具体采用哪种方案，主要还是看生产厂的使用习惯。

（2）排烟系统

每马力低速柴油机的废气排量约为6～7kg/h，目前最大的低速柴油机为MAN的14K108ME-C柴油机，功率为132 300马力，废气排量可达约900000kg/h。废气流速一般为35～50m/s，因此大型柴油机的排烟管直径为3m左右，还需包裹绝热层，不仅重量重，而且布置不便。柴油机试车噪声较大，一般在排烟总管管路中安装消音器，约可降低20dB（A）的噪声。柴油机试验过程中对排气的背压有一定的要求，且背压不大于300mmWC，因此排烟总管上需装设背压阀，为避免工人疏忽，忘记打开背压阀，引起事故，一般背压阀采用不能完全关闭的蝶阀。废气温度可达250～ 350℃ ，需根据热膨胀量设置波纹管。

排烟总管的布置有3种方案。

1）布置在试验车间内部，一般用于小型低速柴油机。

2）布置在试验车间外部辅机房房顶，一般用于大型低速柴油机，且排烟总管中加装消音器的场合。

3）布置在试验车间外部用三角架支撑，一般用于大型低速柴油机，排烟总管中不加装消音器的场合。

3、装配台位

柴油机的机架、气缸体在装配台位上预装。机座根据生产厂习惯不同，有的在装配台位上预装，有的在试车台上预装。一般机架预装台和气缸体预装台布置在一起，由于气缸体需要进行水压试验，目前有一种将气缸体预装台单独设置的趋势，可以取消专用的气缸体泵水场地，而且可以减少气缸体吊运次数。装配台位的宽度视柴油机机型而不同，一般为6m左右，长度根据占用台位周期和产量来确定，深度根据轨道是否设置T型槽来决定。

4、试车台位

低速柴油机试车过程中会产生交变载荷，因此试车台多为长条形混凝土块结构。长度根据生产能力的不同而异，宽度一般为7.5～9m，深度一般为2.5m左右。根据生产厂习惯的不同，柴油机试车台位布置方案会有不同。

目前国外柴油机厂多采用固定台位布置，试车台位比较短，在台位上仅考虑布置某几种机型，对生产计划要求比较高，试车台布置方案与产品订单相差较大的话，需进行调整改造，优点是布置和操作方便。国内试车台一般为一长条，长度较长，大规模的生产厂可达200多米，这种方案对柴油机的布置灵活性大，试车台基础质量重可以大大减小柴油机的振动情况，但是管线连接复杂。目前国内柴油机厂朝着相对固定台位的方向发展，以解决管线连接问题。

5、水力测功器

水力测功器用于柴油机试车时输出功率的测定。选用水力测功器一般选择三个主要参数：最大吸收功率、最大许用转速、最大吸收扭矩。水力测功器的选型主要参照水力测功器的特性曲线，只要最大试验柴油机110%负荷下的功率、转速和扭矩的对应点在特性曲线范围内，且不在最边缘，即可满足使用要求。大功率水力测功器专业生产厂家主要有日本的FUCHINO公司和德国的Z LLNER公司和英国的FROUDE公司三家。进口水力测功器价格较高，为降低生产成本，目前一般多采用与国外厂商合作方式生产。主要合作方式是，国外厂商负责提供关键组件、零部件、操作盘及附属品等，并提供设计图纸，负责现场指导安装和调试，对操作人员和维修人员进行培训。国内主要是承担主轴、定子、转子、机座等大型铸锻件及结构件的制造以及总体安装等工作。

物料运输

由于低速柴油机体积大，质量重，因此物料运输分为三个部分，车间内部的运输、车间之间的运输、柴油机的发运。车间内部的物料运输主要采用桥式起重机，根据实际需要，可考虑两台起重机抬吊，以提高经济性。车间之间的运输主要有四种方式，桥式起重机运输、低压电动平板车运输、气垫运输车运输、自升式液压平板车运输。

如果两个车间串联布置且轨高、轨距、起重吨位均相同，可采用车间内的桥式起重机将零部件吊运至需要的位置；如果两个车间为平行布置或者车间轨高不同，可采用低压电动平板车或者气垫运输车运输，但低压电动平板车必须为直线布置，气垫运输车能耗大；自升式液压平板车可用于通道宽度和转弯半径足够大的任何场合，但价格不菲。每种运输方式均有其利弊，在考虑车间布局时需充分论证。建厂较早的低速柴油机生产厂由于原来主要生产小型柴油机，多为陆路运输。随着生产效率的提高，船厂希望尽可能大的组件运至船厂，以减少组装时间，节省组装场地。低速柴油机朝着大型化发展，从外形尺寸和重量上来看，水路运输已成为低速柴油机生产厂必不可少的发运之路。

近几年建设和有条件改造的低速柴油机厂均采用水路运输，水路运输一般采用两种方案。

1）发运港池与试验车间串联布置，共用桥式起重机轨道，可以直接通过试验车间内的起重机将柴油机吊上船，此种方案使用方便，发运效率高，但是对水域条件要求苛刻。

2）发运码头与试验车间不能共用起重机轨道，采用自升式液压平板车将柴油机从试验车间运至码头，再进行发运，此种方案效率不如前一种方案高，而且需添置一台大吨位的自升式液压平板车，码头上还需添置一台大吨位起重机，一般用于试验车间附近水域不能满足驳船停靠要求的场合。

主要能耗

柴油机装配试验车间的主要能耗是电、燃油和循环冷却水。装配试验车间电力安装容量中除了常规的380V、50Hz用电外，还需考虑440V、60Hz辅助鼓风机用电。柴油机消耗柴油主要是柴油机的磨合试验和提交试验。

根据生产厂的习惯不同，循环冷却水系统的设置也不相同。一般情况下，柴油机的冷却循环水分为三路，一路为水力测功器冷却用循环水，一路为空冷器用冷却循环水，一路为滑油冷却器和气缸水冷却器用冷却循环水。空冷器用冷却循环水与滑油冷却器和气缸水冷却器用冷却循环水回水均有压力，可以直接回冷却水塔，可以并为一路。水力测功器冷却用循环水要求供水压力稳定（不同生产厂要求不同），回水为重力回水，需单独设置，并就近设置热水池，以便于热水的顺畅回流。具体耗水量根据柴油机机型的大小和进出口温度设置的不同而不同。

环境污染

低速柴油机装配试验车间产生的污染物主要是柴油机试验时泄漏的含油废水、柴油机试验产生的废气、柴油机试验以及水泵、油泵等运转产生的噪声。

1、废气

低速柴油机试验过程中产生的废气污染物主要是氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HYCX）四部分。每马力低速柴油机的废气排量约为6～ 7kg/h，目前最大的低速柴油机为MAN的14K108ME-C柴油机，功率为132300马力，废气排量可达约900000kg/h。低速柴油机的废气排放可以满足国际海事组织对柴油机尾气排放的标准，但是不能满足装配试验车间需满足的《大气污染物综合排放标准》（GB16297- 1996），需进行废气治理。目前要满足排放标准主要有3种方法。

1）增加排气烟囱的高度；

2）采用选择性催化还原法（SCR）处理；

3）采用QQ型半干氨法全自动脱氨除尘装置进行废气治理。

这些方法不仅占用大量的生产场地，而且还可能会引起柴油机背压超标，影响柴油机的试验。据了解，由于低速柴油机废气流量大以及有最高背压要求，国内原有的低速柴油机厂均没有采用废气治理措施。对环保非常重视的日本，也只是通过控制年总耗油量来控制排放总量。欧洲的低速柴油机生产企业还未采取任何废气处理措施。近几年，国家对环保的重视程度越来越高，节能减排的呼声也日益高涨，低速柴油机试验过程中产生的废气治理问题已经成了一个急需设计部门和环保管理部门探讨和解决的问题。

2、噪声

装配试验车间的主要噪声来源于柴油机试验噪声，由进、排气噪声、气缸燃烧噪声、曲轴连杆等机械噪声组成，噪声级约为100dB（A），其中排气噪声是主要噪声，排气口处可达115dB（A）左右。主要频率特性为中、低频。除此之外，还有一些水泵、油泵、空压机等噪声源。根据其特点，装配试验车间的噪声治理一般采用安装吸声吊顶，局部设置吸声屏，柴油机排气管道中装设消声器等措施进行治理。

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