第11讲船舶辅助机械与船舶设备

第11讲船舶辅助机械与船舶设备一、船舶辅助装置船上除了主机和主推进系统外，还有各种类型的辅助装置和辅助机械，以满足全船对电能、热能和机械能的需要，保证主机、辅机和管路系统的正常工作，满足船员和旅客的生活、工作需要。船舶辅助装置主要是指辅助动力装置，包括船舶电站和辅助锅炉。船舶辅助机械，简称辅机，是指消耗电能、热能和机械能的各种机械设备。包括各种泵、空气压缩机，通风机，制冷机，制淡机，净油机和空调机等。甲板机械也属船舶辅机。1、船舶电站现代船舶电站一般以柴油机作为电站的原动机，构成发电机组，称为柴油发电机组，且一般采用中高速柴油机。大中型船舶的应急电站，也用柴油发电机组，或是与蓄电池的组合。小型船舶的应急电站则只用蓄电池组。船舶在营运的整个过程中，对电量的需求是不断变化的。航行中，用电的设备有舵机、某些泵、通风机和照明设备，用电量小；停泊装卸货时，要开动锚机、绞缆机、起货机，夜间还需要大功率的照明设备，用电量很大。所以民用船舶多采用两台以上的发电机组。平时只开一台机组，用电高峰时双机并车发电。对于小型船舶，采用一台发电机组，另加一台主机带的小型发电机组，称为轴带发电机组，航行期间只用轴带机组2、船舶辅助锅炉在以柴油机为主机的船上，蒸汽用来驱动某些辅机，给部分设备加热和满足船员生活需要，产生这种蒸汽的锅炉称为辅助锅炉。小型柴油机船上，蒸汽用来加热生活用水、舱室取暖和厨房用汽。蒸汽还可用于驱动汽轮发电机组和汽动甲板机械；还可用于消防系统、冲洗海底阀和清扫货油舱等。辅助锅炉主要有燃油辅助锅炉和废气锅炉两类，也有兼具两种功能的混合式辅助锅炉。大中型船上还用于柴油机的暖缸和燃油、机油的加热。废气锅炉是利用主机产生的废气来加热水产生蒸汽，所以一般设置在主机排烟道出口附近，内部无需炉膛和燃烧室，结构简单。随着废热利用率的提高，多余的蒸汽还可以驱动汽轮发电机组和其他汽轮机。废气锅炉主要在航行过程中使用，主机停机时，使用燃油锅炉。有些船，在发电机组的柴油机排烟管中也设废气锅炉。燃油－废气混合式锅炉，是将燃油锅炉和废气锅炉整合在一起，即可用燃油加热，也可用废气加热。这种辅助锅炉应用日渐广泛。二、船舶辅助机械泵是船上广泛应用的一种设备，由电机驱动。泵将旋转的机械能转变为液体的压能，一方面克服管道流动阻力将液体输送到目的地；另外，液体的压能也可作为动力驱动液动设备，如液压舵机等。船上应用的泵种类繁多，按原理分为三类：1、液体输送机械（泵）1）叶轮式泵：离心泵，轴流泵，旋涡泵2）容积式泵：分为往复式和回转式两种，往复式有活塞泵，柱塞泵；回转式有齿轮泵，叶片泵，螺杆泵。3）喷射泵（1）活塞泵活塞泵是往复泵，利用活塞的往复运动，造成容积的变化，来吸入和排出液体，并提高液体的压力。船用活塞泵有蒸汽驱动和电动驱动。柱塞泵与活塞泵的工作原理相同，只是往复运动的部件是柱塞。（2）回转泵利用回转部件的旋转，引起工作空间容积的变化，以达到吸、排液体的目的。最常用的是齿轮泵。叶片泵螺杆泵（3）离心泵由泵壳和带叶片的叶轮组成。叶轮带动液体高速旋转，液体在离心力作用下，沿叶片径向向四周甩出，叶轮中心形成负压，吸入液体。离心泵有流量大而均匀、结构简单和工作可靠等优点。但工作排压较低，启动时必须先灌满液体才能开始工作（不具备“自吸”能力）。要提高压力，可加大叶片直径，或采用多级叶轮串联的方式。在船上用作冷却、消防、压载和卫生水泵，排压低而排量大。（4）离心旋涡泵是一种特殊的离心泵。叶片多次作用于液体，形成纵向旋涡，以产生吸排作用。旋涡泵具有结构简单、体积小的优点，可制成自吸和抽送气液混合物的形式。适合于小流量、小功率、高压的场合。（5）喷射泵利用高速射流降低压力，以形成一定的真空度来吸排液体。喷射泵结构简单、体积小、重量轻、无运动部件，使用、维护方便。各类泵特点不同，流量和压头范围各异，适用于不同的场合。排量是单位时间内输送的液体体积或质量。压头又称扬程，是单位重量液体获得的能量，以位能表示，用米计量，高压头的泵可用压力计量。应用场合：2、气体输送机械船上的气体输送机械主要是指空气压缩机和通风机。（1）空压机空压机用来将空气压缩，提高压力。压缩空气是船上广泛应用的一种动力源，可以用于主、辅机的启动，倒顺车及离合器的操纵，汽笛的鸣响，海底阀、油渣柜和过滤器内杂物的吹除，压力水柜的充气，潜艇及深潜器压载水舱的排水等。空压机可分为活塞式和离心式两种，船上多用活塞式空压机。活塞式空压机由单缸、双缸、单作用、双作用和多级压缩等型式。单作用、两级空压机空压机还可按终点压力分为低压、中压、高压、超高压等类型；按排气量大小分为小排气量、中排气量和大排气量等类型。还可按气缸数、气缸排列形式、压缩级数和活塞作用次数分类。（2）通风机船上的大部分舱室都处于封闭或半封闭状态，需要人为的进行强制通风，送入新鲜空气，排出污浊气体，并维持各舱室的温度和湿度，以保证乘员健康和营运安全。某些特殊舱室，如滚装船的车辆舱，容易积聚可燃性气体，必须按要求换气，确保安全。通风机有离心式和轴流式两种。轴流式通风机具有风量大、压头低、转速高、结构轻便、体积小等优点。3、其他辅机（1）离心式净油机燃油和滑油中常含有少量的水分和杂质，较粗的杂质可以通过过滤和沉淀去除，而较细的杂质和水分则需要用离心式净油机来去除。离心式净油机利用油、水和固体杂质的比重不同，使其高速旋转依靠离心力的不同进行分离。（2）制淡装置也称造水装置。船上除了船员的日常生活，主副机的冷却和锅炉的补给都需要淡水。对于远洋船舶，除了用淡水储备舱储备淡水外，还应该有制淡装置，这样可以减少淡水的储备，又可应对意外情况。船上常见的制淡装置是沸腾式或称蒸发式制淡装置。船上食品的储存、渔品加工运输船对渔品的长时间保存、某些特殊货品的运输，都需要在低温条件下进行。所以船上要设制冷装置。（3）制冷装置制冷装置通常分为直接冷却式和间接冷却式。三、甲板机械甲板机械一般是指舵机、锚机、起货机、绞缆机和吊艇机。按驱动方式分为蒸汽驱动、电动、气动、液动等多种。现代船舶大多采用液压驱动甲板机械。1、舵机电动舵机多用于内燃机船，一般采用直流电动机驱动。结构简单，占据空间小，运转平稳。但在大型交流电源船上，需要配备大功率的变流机组，故逐渐被电－液动舵机取代。（1）电动舵机这是一种广泛应用的操舵设备。首先由电动机驱动液压泵，产生一定流量和压力的液压油，液压油驱动液压缸再带动舵转动。（2）电动液压舵机为了控制转舵的速度和转舵的方向，需要液压油的流量和流速可变，这可用变量泵或换向阀来实现。图示为双柱塞电动液压舵机原理图。该舵机采用变向变量泵，正常航行时，泵排量为零，舵角为零。转舵时，控制机构接受指令，控制泵的排量增加，液压油由泵进入液压缸，驱动柱塞并带动舵转动，舵的转角会反馈给控制机构，当舵角达到指令值时，控制机构使泵排量回零，于是停止转舵，并维持设定舵角。2、锚机和绞缆机锚机和绞缆机是进行锚泊和系泊的动力机械，要求满足以下要求：1）便于起锚、抛锚，解缆和系缆，工作可靠，可倒转，有足够功率2）起动平稳，收放方便，制动可靠3）能进行多种作业，可单锚，又可双锚和绞缆4）重量轻，占甲板面积小一般将锚机和绞缆机做成联动机组，成为既能起抛锚又能绞缆的锚缆联合机。按原动力分为蒸汽驱动、电动和电液动三种。按转轴位置分为卧式和立式两种。（1）卧式电动锚机电机驱动蜗轮蜗杆机构，经减速齿轮驱动传动轴，锚链轮和卷筒通过离合器与传动轴接合。离合器接合锚链轮则卷筒不工作；离合器接合卷筒则锚链轮不工作。离合器还可控制左右锚单独收放。无动力时，可手动抛锚，但不能起锚。（2）立式电动锚机又称为绞盘。传动轴垂直设置，卷筒可卷绕来自任何方向的缆绳。电机、电磁刹车、减速机构均悬空放置在主甲板下面，常用于军舰，提高生命力。四、船舶设备为了满足船舶营运中的各项要求，如控制船舶的运动、可靠停泊、物资装卸、保证航行安全、人员生活需要等，船上还必须配备不同用途的设备、系统和航海仪器。船舶设备分为通用设备和专用设备两大类，通用设备是指各种用途的船舶都必须装备的设备，如舵设备、锚设备、系泊设备、装卸设备、救生设备、桅樯设备以及关闭设备等。专用设备只为某些特殊船舶专门配备，如钻井平台的钻探设备，科考船的各种取样及探测设备，渔船的渔捞设备，拖船的拖曳设备，补给船的补给设备等。1、舵设备舵设备是应用最为广泛的船舶操纵设备。舵设备包括操纵装置、传动机构、舵机、转舵机构、舵，以及自停装置、舵角限制器、太平舵装置。操纵装置置于驾驶室，包括舵轮和舵角指示器。新埔洋号油轮的驾驶室育鲲轮的驾驶室传动机构将操作信号传递给舵机，控制舵机的运转；舵机提供转舵的原动力；转舵机构将舵机的原动力转化为作用在舵柄上的转舵力矩；舵转动后受到横向的水压力作用，使船回转。自停装置控制舵转到给定的角度就自动停止；舵角限制器用来防止转舵超过最大允许舵角；太平舵装置是备用设备，由人力操作。从驾驶室到舵机的传动机构，有机械式、液压式和电力式，机械式已基本淘汰，液压式和电力式使用普遍，尤其电力式，操纵轻便，动作灵敏，大多数船舶采用。远洋船舶普遍采用自动操舵装置，它将操舵机构与陀螺罗经联系起来，能自动纠正航向，实现港到港的全程自动导航和自动操舵，实现无人驾驶。舵的形式很多，按不同的标准有不同的分类方法。1）按舵杆轴线分非平衡舵：舵叶面积全部在舵杆轴线的后面，水压力中心远离舵杆轴线，所需转舵力矩大。但舵有多个支点，舵杆强度易保证。（1）舵的结构形式平衡舵：部分舵叶面积位于舵杆轴线前方，水压力中心离轴线近，所需转舵力矩较小，可以节省舵机功率。半平衡舵：舵杆轴线前方的舵叶面积并非占全部舵叶高度。支撑舵：尾柱上有舵的下支撑点。平板舵：舵的主体是一块平板，简单，只用于小船。2）按舵的支撑形式悬柱舵：舵只有位于船内的上支撑点，没有下支撑点，类似悬臂梁。半悬柱舵：船体提供舵的中间支撑点。现代大型船舶均采用这种形式，它既方便于船尾的设计，不必提供下支撑点，又一定程度减小了舵杆的弯矩。3）按舵叶剖面形状流线型舵：舵的水平剖面呈流线型，结构较复杂，但水动力性能好，航行阻力小，舵效高。舵可以看成小展弦比、对称型机翼。从上面的分类可以看出，舵杆轴线的位置主要影响所需的转舵力矩，这影响了舵机功率的大小；舵的支撑形式影响水动力对舵杆形成的弯矩，这涉及到舵杆的强度问题；剖面形状影响舵面上的水压力和结构强度。1）襟翼舵这种舵的舵叶包括主舵和襟翼两部分，类似飞机机翼的襟翼。为了改善船舶的操纵性，特别是小舵角的舵效，出现了一些新型舵。另外，舵和螺旋桨是一个整体，一些改进型的舵不但可以提高舵效，还可以提高螺旋桨的推进效率。（2）特殊形式的舵主舵转动一个角度时，襟翼相对于主舵再转动一个角度，形成一个不对称的拱形舵剖面，使舵上的水动力提高1.5~2.5倍，大大提高舵效，特别是小舵角时，效果明显。这种襟翼舵已广泛应用于大型海洋船，襟翼舵可使船的定常回转直径减小，襟翼相对主舵的转动有齿轮传动和摇臂传动等方式。2）反应舵又称迎流舵，舵叶以螺旋桨轴线为界，上下分别向左右不同方向作一定程度的扭曲，迎着螺旋桨向后推出的水流，可以减小阻力，提高螺旋桨的推力。3）整流帽舵正对螺旋桨的部位，加一个流线型圆锥体，即整流帽。它可以改善桨后的水流状态，提高桨的效率，减小桨的激振力。4）主动舵舵后加装一个小型导管螺旋桨，可以大大提高转船力矩，特别是微速航行时。潜艇不仅需要舵控制器其水平面内的航向改变，还需要舵控制其垂直面内上浮和下潜。而且这两种运动会同时进行。潜艇在垂直面内运动用升降舵控制，一般有两对：首升降舵和尾升降舵。首升降舵可用围壳舵代替。潜艇的水平操纵装置是方向舵和垂直稳定翼。方向舵用来改变航向，稳定翼用来保持航向。（5）潜艇的舵设备2、锚泊和系泊设备船的停泊有两种方式。利用锚抓抓住海底，使船停于海面的一定位置称为锚泊。利用绳索系结于码头、岸边、浮筒或相邻船舶，称作系泊。停泊设备用以保证船舶在浪、风和流的作用下安全停泊而不产生严重的漂移。（1）锚泊设备组成：锚、锚链、锚链筒、制链器、锚机、锚链管和锚链舱。锚泊时，抛锚的方式有多种。常用的是首