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第三章船用柴油机第一节船舶动力装置基本知识㈠船舶动力装置的含义保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常生活所必需的的机械设备的综合体。可以说船舶动力装置包括船上所有的机械设备。㈡船舶动力装置的组成辅助动力装置轮机自动化甲板机械管路系统推进装置系统⒈推进装置主机：产生推进动力的原动机。后传动装置：主机与轴系的连接装置。作用：合、并车，离合，倒顺，减速，隔振及调节推进装置的布置等等。离合器、减速箱、联轴器轴系：将主机发出的功率传递给螺旋桨，同时将桨旋转所产生的轴向推力传给船体以推动船舶前进。传动轴、轴承、密封件推进器：将主机发出的能量转换为推力的设备，如螺旋桨等。⒉辅助动力装置提供推进动力以外的各种能源。船舶电站：供给辅助机械及全船所需要的电能，它由发电机、配电板及其它电气设备组成。辅助锅炉装置：民用船舶一般用它产生低压蒸汽，以满足加热、取暖及其它生活需要。它由辅助锅炉及为它服务的燃油、给水、鼓风、送汽设备及管路、阀件组成。⒊船舶管路系统血管船舶为了完成一定任务而专门用来输送和排出液体或气体的管路、附件、机械设备和仪表的总称。它包括动力管路和船舶管路。动力管系：主要用来为主机和辅助机械服务的管路。如：燃油、滑油、冷却水、压缩空气、排气及废气利用管路。船舶系统：为保证船舶安全及船员和旅客的正常生活所需的系统。⒋船舶甲板机械保证船舶航向、停泊及装卸货物所需要的机械设备。锚泊机械设备：包括锚机、绞盘等。操舵机械设备：包括舵机及操作机械、执行机构等。起重机械设备：如起货机、吊艇机及吊杆等设备。5.防污染设备用来处理船上污油水、油泥、生活污水及各种垃圾的设备。其中有油水分离装置、焚烧炉及生活污水处理装置等。6.自动化设备为改善船员工作条件、减轻劳动强度和维护工作量、提高工作效率以及减少人为操作错误所设置的设备。主要由遥控、自动调节、监视、报警和打印等设备组成。㈢船舶动力装置的类型及特点船舶动力装置的类型一般以主机的结构型式来命名。目前常见的有柴油机动力装置、汽轮机动力装置、燃气轮机动力装置、联合动力装置和核动力装置等。⒈柴油机动力装置广泛应用。目前以柴油机作为主机的船舶占98%以上，柴油机船总功率占造船总功率的90%以上。优点：⑴有较高的经济性，在整个功率范围内燃油耗率较低，耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多。这一优点使柴油机船的续航能力大大提高，换句话说，一定续航力下所需的燃油贮备量较小，从而使营运排水量相应增加。运行费用也比较低。⑵在低转速时有良好的扭矩特性，可用低质燃油，空气耗率低、排气红外辐射少。⑶重量轻，辅助设备较少，布置简单，单位重量指标较小。⑷具有良好的机动性，起动、加速、换向性能良好等。缺点：⑴柴油机尺寸和重量按功率比例增长快，因此单机组功率受到限制。⑵柴油机工作中的噪声、振动较大。⑶高中速柴油机的运转部件磨损厉害。⑷柴油机在低速时稳定性差，因此不能有较小的最低稳定转速，影响船舶的低速航行性能。⒉汽轮机动力装置汽轮机动力装置是由锅炉、汽轮机、冷疑器、轴系、管系及其它有关机械设备等组成。其工作原理如图1-2-1所示。图中燃料在锅炉1里燃烧，放出热量，水在水管中吸热，汽化成饱和蒸汽；饱和蒸汽在蒸汽过热器2中吸热成为过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机4、5膨胀作功，使汽轮机叶轮旋转，再通过减速齿轮6带动螺旋桨7工作。作过功的乏汽在冷凝器8中将热量传给冷却水，同时本身凝结成水，然后由凝水泵10抽出，并经给水泵11通过给水预热器打入锅炉中，从而形成一个工作循环。冷凝器的冷却水用循环泵9由舷外打入，吸热后又排至舷外。在大功率船舶动力装置中，汽轮机占有一定优势，统计资料表明，功率小于2×104kW的船舶，多采用柴油机动力装置，而大于2×104kW的多采用汽轮机。高速客船、集装箱船、大型油船以及大中型舰艇多采用汽轮机动力装置。优点：⑴单机功率远比活塞式发动机大。现代舰用汽轮机的单机组功率已达75000kW以上⑵汽轮机叶轮转速稳定，无周期性扰动力，因此机组振动小，噪声小。⑶磨损部件少，工作可靠性大，使用期限长，10万小时以上。⑷可使用低质燃油，滑油消耗率也很低。缺点：⑴装置总重量、尺寸大。⑵燃油消耗大，装置效率差，经济性较柴油机动力装置差。⑶备车时间长，机动性差。另外，从一个工况变换到另一个工况的过渡时间也较柴油机装置长2～3倍。⑷不能倒转，需设倒车汽轮机或倒车级（空转）⒊燃气轮机动力装置燃气轮机是在1947年开始应用于船舶，而得到迅速发展则在50年代后期。并且，船用燃气轮机主要用于军舰。从70年代起，英、美建造的大小型水面舰艇（除航空母舰外）绝大多数都是采用燃气轮机作为推进动力的。船用燃气轮机的组成和工作原理船用燃气轮机由压气机、燃气轮机和燃烧室组成。工作原理与汽轮机相似，只是在作功的工质方面有所不同。汽轮机中使用的燃料是在锅炉内燃烧，使锅炉中的水加热产生蒸汽，推动叶轮作功；而燃气轮机则利用燃料在燃烧室内燃烧，所产生的燃气推动叶轮作功。其工作原理如图1-2-2所示：供燃料燃烧的空气首先进入压气机，经压缩后温度升高到100～200℃左右，然后再送到燃烧室(即燃气发生器)中去。与此同时，燃料通过喷油嘴喷入燃烧室，与高温高压的空气混合后经点火即进行燃烧，这时温度可高达2000℃左右。一般用渗入压缩空气的方法，也即二次进风的方法降低燃气温度至600～700℃。燃气进入燃气轮机，在叶片槽道内膨胀，将其动能转换为机械功，使燃气轮机旋转，驱动压气机，随后通过减速齿轮带动螺旋桨工作。装置的起动依靠电动机，电动机通过联轴器与燃气轮机联接。1螺旋桨、2减速齿轮、3压气机、4燃烧室、5燃气轮机、6联轴器、7-起动电动机⒋核动力装置舰用蒸汽轮机动力装置是由锅炉提供蒸汽，舰艇核动力装置就是用核反应堆代替燃烧重油的蒸汽锅炉，核动力装置的第二回路也是蒸汽轮机动力装置。优点：⑴具有极大的能量贮备，在限定舱室空间所能提供的能量比其它型式的动力装置大得多；⑶不需要消耗空气而获得热能。缺点：⑴重量尺寸较大；⑵操纵管理检查系统比较复杂；⑶造价昂贵。⒌船舶联合动力装置由两台或两台以上不同类型的热力发动机如燃气轮机和汽轮机、柴油机和燃气轮机、柴油机和汽轮机、核动力和燃气轮机，或不同型号的两台或两台以上的燃气轮机供船舶推进和其它船舶设备所必需的能源，或只供船舶推进所需能源的装置称为船舶联合动力装置。按照不同发动机热力学上有无联系，联合动力装置分成有联系的经济型和无联系的加速型两大类。目前最常用有三种：即汽轮机+加速燃气轮机，柴油机+加速燃气轮机，燃气轮机+加速燃气轮机。四、船舶动力装置的传递方式一、直接传动直接传动是主机动力直接通过轴系传给螺旋桨的传动方式。主要优点是：（1）结构简单，维护管理方便。（2）经济性好，传动损失少，传动效率高。主机大型低速柴油机。螺旋桨转速较低，推进效率较高。（3）工作可靠，寿命长。普遍应用于大、中功率的民用船上。缺点是：整个动力装置的重量尺寸大，要求主机有可反转性能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机最低稳定转速的限制。二、间接传动间接传动是主机和螺旋桨之间的动力传递除经过轴系外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）的一种传动方式。主要优点是：（1）主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制。（2）轴系布置比较自由。主机曲轴和螺旋桨轴可以同心布置也可以不同心布置。（3）在带有倒顺车离合器的装置中，主机不用换向，使主机结构简单，工作可靠，管理方便，机动性提高。（4）有利于多机并车运行及设置轴带发电机。主要缺点是轴系结构复杂，传动效率较低。多用于中小型船舶及大功率中速柴油机。三、Z型传动Z型传动装置又称悬挂式螺旋桨装置。它有以下优点：（1）操纵性能好。特别是采用两台主机时，而每台分别带动一个Z型传动装置时，可以使船舶原地回转、横向移动、快速进退以及微速航行等。（2）可以省掉航、尾柱和尾轴管等结构，使船尾形状简单，船体阻力减少。（3）可用重量轻、体积小的中、高速柴油机，而不需要单独的减速齿轮装置，主机不需要换向机构。（4）由于这种传动装置是垂直悬挂在船尾，可由船尾部甲板开口处吊装，检修不用进坞。但传递功率受到一定的限制，仅适用于小型船舶，如港作船等。四、电力传动电力传动是主机驱动主发电机，将发出的电供到主配电板，再由主配电板供电给主电动机，从而驱动螺旋运转的传动方式。优点是：（1）主机和螺旋桨之间没有机械联系；（2）主机转速不受螺旋桨转速的限制，可选用中、高速柴油机，并可在柴油机恒定转速下调节电动机转速，使螺旋桨转速得到均匀、大范围的调节；（3）螺旋桨反转是靠改变主电动机（直流）电流方向来完成的，倒车功率大，操纵容易，反转迅速，船舶机动性能提高；（4）主电动机对外界负荷的变化适应性好，甚至可以短时间堵转。（5）优化机舱机械噪声下降，振动减少，工作区整洁，减少废气排放，机舱内空气新鲜，环境质量得到改善。（6）维护减轻实现自动化监控，能很快发现问题，排除故障，可进行有针对性的适情和适时维护，提高了适航性、减轻了工作量。（7）实现自控有利于计算机网络管理，有助于实现系统的自动控制，全面提升船舶信息化、智能化、自动化水准。其缺点是：（1）需要经过机械能变电能、电能变机械能两次能量转换，传动效率低；（2）增加了主发电机及主电动机，使动力装置总的重量和尺寸都增加，造价和维护费用提高。（3）对维护人员的技术要求，特别是电气工程技术水平的要求较高。图片图片实例实例电力推进--中国海监83号中国海监83号2005年8月13日，我国首条自行设计，配备全电力推进Azipod系统的科学考察船成功交船第一条完全由国内自主设计，采用紧凑式吊舱电力推进装置及I级动力定位系统的3000吨级科学考察船与常规推进相比，它能带来10％到15％的燃油节约，另外它还有噪音少、震动小、操作灵活的优点采用SSP（海豚）推进器2002年12月18日,我国新型半潜船，具有世界半潜船“全能冠军”和“亚洲第一船”美誉的泰安口轮投入营运，填补了我国造船史上的一项空白。2003年8月，泰安口轮的姊妹船—康盛口轮强势加盟中远航运，又极大地增强了中远航运挑战超极限运输的能力。具有5个吊舱推进器两条船可以合在一起，装货能力达3万吨，下潜达到9米SSP推进器SSP推进器推进器图例泰安口轮船舶领域的应用COSCO”泰安口“轮简介：“泰安口”半潜船载重量18000吨，总长156米，可以装载海洋钻井平台。船尾左舷和右舷安装了SIEMENS公司和SCHOTTEL公司联合生产的吊舱式电力推进系统（SiemensSchottelPropeller，简称SSP），其螺旋桨可以360度回转，船舶在航行时可以在极小的范围内灵活运动。电网由三个层次组成：一是6.6KV的中压主系统，二是450V的辅助低压系统，三是450V的应急系统。电源：3台5200KVA，720r/min，60Hz的主发电机组，柴油机为Warslia9L32，可以单独或者并联向中压电网供电。负载：船尾左右舷各一台吊舱式电力推进器SSP的4.7MW永磁同步电动机及为其变频调速服务的变压器、晶闸管装置；左右舷各一台侧推器的800KW电动机及为其变频调速服务的变压器、晶闸管装置；和可以为450V的辅助低压系统供电的2台900KV、将电压从6.6KV转变为450V的旋转变流器。根据船舶不同运行状态时，对功率的不同需要，提供经济可靠的供电，“泰安口”半潜式电力推进船电力系统可以提供航行模式、机动操纵模式、港内停泊模式、装载货物模式等多种运行模式。实用船舶电力推进图片“亲潮”级潜艇CRP推进器在同一轴线方向上有两个转向相反的螺旋桨一个在舵的位置，为主螺旋桨另一个利用主螺旋桨离开的水流来驱动可以提高15%的效率CRP实际应用图片应用第二节船用柴油机工作原理及应用一、柴油机的基本概念（一）柴油机的定义基础知识壹．热机：把热能转换成机械能的动力机械贰.二次能量转换①燃料燃烧(可在机器内部或