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PartOneReading第一篇专业阅读1第1单元主推进装置第1课船舶和机械船舶船舶是大型、复杂的交通工具，必须具有较高的可靠性并能在其所在环境条件下，长时间自行维持运行。船舶主要是两个技能领域的产品：造船工程师和轮机工程师。造船工程师与船体、建造、船型、居住舱室以及适航性有关，而轮机工程师则负责用于船舶推进和操纵的各种各样的系统。更确切地说，这些系统是指船舶推进、操舵、锚泊，以及船舶系固、货物装卸、发电和配电所需的机械设备。造船和轮机工程师在某些方面的职责有重合，如螺旋桨设计、降低噪声和减少船体振动，以及为船上的许多区域提供工程服务。船舶可明显划分成不同的三个区域：货舱区、居住区和机舱。根据船舶的类型，每艘船舶各个部分的大小和功能都多种多样。比如油船，货物区由多个纵向和横向隔壁分割成货舱。其甲板上下均有大量的货物管系。杂货船有多个货舱，其宽度和船宽相当，沿船长方向由多个横向隔壁分割而成。甲板装有货物装卸设备，并且货舱开口使用钢制货舱盖封闭。船上居住区的面积将足够满足船员生活的需要，同时还为驾驶台和通信中心提供空间。机舱大小由所安装的机器的类型以及必要的辅助设备所决定。不过，客船拥有较大的居住区以满足旅客的需要。(客船)机舱因为需安装空调、减摇鳍以及其他和旅客相关的设备，所以空间可能会较大。船舶类型根据载运货物以及货物装卸方式的不同，船舶可分成不同的种类、船级、类型，详见表1。昀大的三类船型是集装箱船、散货船(装运散装货物如谷物、煤炭、矿石等)和液货船。上述船型又可根据船级和船型进行更详细的划分。因此，液货船又可以划分为油船、液化气体船和散装液体化学品船，但是有些时候是组合式的，比如油船/化学品船。表1仅给出了大体的分类。实际中，还有其他组合船型，如多用途散货集装箱船就是一例。表1船舶类型（1）干货液货旅客单元货物(杂货)：√集装箱船√滚装船√重货船√冷藏船√牲畜船散货：√散货船√矿砂船√原油船√成品油船√化学品船√液化石油气/液化天然气船√客船√客、货轮渡√游船（2）多功能船海军渔业挖泥等工程船2√航母√巡洋舰√驱逐舰√护卫舰√潜艇√扫雷舰√拖网渔船√其他捕鱼船√耙吸式挖泥船√绞吸式挖泥船√废石倾倒船√起重船√布缆船√浮筒带缆船√溢油回收船√人字起重架（3）辅助小船娱乐船其他各式船舶近海√远洋拖船√港内拖船√破冰船√引航船√巡逻船√科考船√摩托游艇√帆船√水翼艇√浮船坞√半潜平台√浮桥、驳船√钻井装置√钻探船√管道铺设船√浮式储油和卸油船船舶尺寸当船舶载货浮于水面时，其排水量与船舶所排水的重量相等，因此，船舶排水量与在密度为1.025t/m3，的海水中不同装载的船舶总重量相等。船舶排水量包括船舶空载排水量及船舶载重量，其中，船舶载重量即为船舶装载容量，包括船舶推进所需的燃料以及其他必需品。因此，在任何情况下，船舶载重量代表了船舶实际排水量与空载排水量之间的差值，以吨为单位表示为：船舶载重量=船舶排水量一船舶空载排水量(t)有时候，“吨”一词并不总能表示同样的重量。除公吨外，还有英吨(1016kg)，也叫“长吨”，而“短吨”约为907kg。船舶空载排水量并不常用来指示船舶尺寸大小，相反，基于船舶载重能力的船舶载重量，包括燃油、滑油等常用来指示船舶的尺寸。机械布置当今船上主要安装有三种类型的机械。它们各自的优点随着技术的进步和提高以及经济方面的因素(如燃料价格)而变化。因此，在这里仅从工程的角度来谈机械的布置。这三种布置涉及直接传动低速柴油机、带有齿轮箱的中速柴油机和带有齿轮箱驱动螺旋桨的蒸汽轮机。为有效工作，螺旋奖必须在低转速下运转。因此，不管原动机的转速如何，螺旋桨必须保持转速为80~100r/min。低速柴油机的转速在此低转速范围之内，因此其曲轴可以和螺旋桨轴直接相连；而中速柴油机的转速范围为250~750r/min，因此不能直接和螺旋桨轴直接相连，(但)可采用减速齿轮箱来降低转速用于驱动螺旋桨。蒸汽轮机的转速很高，可达6000r/min。同样，必须采用减速齿轮箱来降低转速用于驱动螺旋桨。低速柴油机常见的典型低速柴油机的平面图和正面图如图1-1所示。在该布置图中，柴油机为六缸直接驱动式。(图中)唯一可见的辅助设备为位于上层的柴油发电机和下层的空压机。机舱中3的其他辅助设备包括另外的发电机、油水分离器、造水机、若干泵和换热器。辅锅炉和废气换热器可安装于通往烟囱的机舱上部空间。在(机舱)上层，还有各种各样的工作间、仓库和机械控制室。带齿轮减速器的中速柴油机图1-2所示的火车轮渡船的机舱布置采用四台中速柴油机(500r/min)。其齿轮装置以170r/min的转速双螺旋驱动两个变距桨。减速装置驱动轴带发电机，用于提供海上所需电力。在昀低高度的机舱空间中，这种在机舱底部还布置有各种各样的泵及辅助机械。废气锅炉及其烟囱位于左右两舷，紧靠船体板。三台柴油发电机、焚烧炉和其他辅助设备位于一单独发电机房，其前面为集控室。4第2课船用柴油机是如何工作的柴油机是一种内燃机，通过把燃油喷入高温高压的燃烧室而发火。船用柴油机是一种在船上使用的柴油机。其工作原理如下：一定量的新鲜空气被吸入或泵入气缸并被运动的活塞压缩至很高的压力。空气被压缩时，温度升高，便点燃喷入气缸的油雾。燃油的燃烧对缸内空气的加热，使空气膨胀并迫使发动机活塞对曲轴做功，随之驱动螺旋桨。两次喷油期间的运转过程叫一个工作循环。它由一些程序固定的过程组成。这个循环可在二行程或四行程内完成。四冲程柴油机的工作循环需要四个独立的活塞行程，即吸气、压缩、膨胀和排气。如果我们把吸气和排气行程与压缩和膨胀行程结合起来，四冲程柴油机就变成了二冲程柴油机。如图2-1(a)~(d)所示。二冲程循环从活塞离开其行程底部，即下止点(BDC)向上运行开始，气缸侧面的进气口即扫气口是打开的(图2-1(a))，排气口也是打开的。经压缩的新鲜空气充入气缸，通过排气口将上一行程的残余废气吹出。当活塞上行至其行程的1/5时，关闭进、排气口，随后空气在活塞上行中被压缩(图2-1(b))。当活塞上行到行程顶部，即上止点(TDC)时空气的压力和温度都升高到很高的数值。(此时)喷油器把很细的油雾喷入炽热的空气中，燃烧开始，从而产生更高的压力。随着高压气体的膨胀，活塞被推动下行(图2-1(c))，直到它打开排气口，废气开始排出(图2-1(d))，活塞继续下行直到它打开进气口，另一个循环开始。在二冲程柴油机中，曲轴转一转产生一个动力冲程，即做功行程，而在四冲程柴油机中，曲轴转两转才产生一个动力行程。这就是为什么从理论上说，二冲程柴油机能产生相同尺寸的四冲程柴油机的2倍功率，然而，扫气不充分和其他损失使功率势降低到大约1.8倍。在船上，每种柴油机都有它的作用。低速(即90~120r/min)主推进机柴油机以二冲程工作。在此低速下，机桨间不需减速齿轮箱。四冲程柴油机(通常以中速运转，转速在250~7505r/min)用于发电机，并且有时做推进主机，用减速箱提供90~120r/min的转速。工作循环柴油机可设计成二冲程循环或以四冲程循环工作，二者解释如下：四冲程循环图2-2示出了典型的两转四冲程循环的过程顺序。该图通常从上止点(TDC，发火)开始绘制，因此就从上止点(TDC，扫气)开始解释。上止点又叫内止点。沿该图顺时针看，开始时进排气阀都是打开的(所有现代四冲程柴油机均有气阀机构)。如果柴油机是自然换气或带有径流增压器的小型高速机，气阀的重叠时间，即两气阀同时开启的时间将很短。排气阀将在上止点后(ATDC)100左右关闭。推进柴油机和绝大多数1000r/min以下运转的辅助发电柴油机几乎都采用涡轮增压，并设计成在这一时刻让大量的扫气空气贯穿流动以控制适当的叶片温度。在这种情况下，排气阀将保持开启直到上止点后500~600关闭。随着活塞在其吸气行程向外或下止点下行，它将吸入大量新鲜空气。为使吸入空气量达到昀大，并补偿因阀落座造成的开启量减少或吸气惯性作用，进气阀总保持开启，直到下止点后大约250~300(1450~1550BTDC)。充入的空气随后被上行的活塞压缩至大约5500C。依柴油机的型号和转速而定，大约在100~200BTDC，喷油器喷入精细雾化的燃油。喷入的燃油在20~70内着火(也依机型而定)，活塞在膨胀行程下行，在300~500的期间内燃烧。活塞的运动通常有利于诱导空气助燃。在1200~1500ATDC，排气阀打开(EVO)。这样选择正时能迅速将缸内气体排至排气管。6这样可以：(a)保留足够的能量驱动废气涡轮增压器；(b)减小缸内压力在下止点时达到昀小值以减小排气行程消耗的泵气功。上行的活塞驱赶残留的废气，在700~800BTDC，进气阀打开，这样向外流动的气体的惯性加上正压差(此时通常在气缸中是存在的)，就产生了空气对废气的贯穿气流以清扫气缸。如果柴油机是自然换气的，进气阀开启(IVO)约在上止点前100。工作循环重新开始。二冲程循环图2-3示出了典型二冲程循环的工作过程，正如其名称所指，工作循环是在曲轴转一周内完成的。二冲程柴油机总是有进气口，该气口被下行的活塞打开时使空气进入气缸。废气可以经与进气口临近的排气口由同一活塞控制排出(回流扫气)，或经气缸另一侧的排气口排出，或经排气阀排出(直流扫气)。从上止点开始，燃烧已经进行。排气在上止点后1100~1200开启，进气在随后200~300，即上止点后1300~1500开始以迅速吹扫气缸。用这种方式，以音速流动的废气惯性促使空气迅速流过气缸，以产生昀小的(新废气)掺混，因为所有未排出的废气都会降低下一行程的空气量。在压缩行程，排气口应当在进气口前关闭以使充气量昀大，但如果两个过程是同一活塞控制的，发动机的几何形状会妨碍其及时关闭。这种情况可在有排气阀的柴油机中实现。在任何情况下，进气口都将在下止点后，以和下止点前开启时相同的角度被关闭，即在下止点后1300~1500关闭，排气口在同样的角度范围关闭。喷油在上止点前约100~200开始，角度依转速而定。燃烧同四冲程机一样持续300~500。7第3课柴油机结构机座和机架在大多数情况下机座是焊接结构，用螺栓固定在构成船舶双层底的底座上。它在横向借助于侧楔垫螺栓，在纵向借助于端楔垫螺栓固定。曲轴安放在机座横梁的轴承上，这些轴承称作主轴承。每个轴承由两块轴瓦组成，两块轴瓦由在机座上加工出的瓦座支撑，用双头螺栓和轴承盖固定，即推力轴承位于发动机的尾部，可同机座制成一体，也可同机座分开。在机座上平面装有若干铸铁或锻钢制成的A形机架，机架安装在机座的横梁上，并用螺栓固定。A形机架顶部有一个结实的框架结构叫扫气箱。该扫气箱分若干段，每段均带有垂直法兰，通过螺栓可将它们在链传动装置前1~3缸的部分连成一体，链传动装置后4缸~6缸的部分连成一体。链传动装置将曲轴和凸轮轴连在一起，封闭在链传动箱的壳体内。气缸和气缸盖在扫气箱上部，每个气缸装有一个坚固的铸铁框架。这些框架称作气缸体或冷却水套，并带有垂直法兰，与扫气箱一样，可用螺栓将各框架连成首尾一组。机座、机架和气缸体用长贯穿螺栓连到一起，形成一个较大的坚实结构，减少了使用时产生的变形及振动。气缸套由铸铁制造，缸套表面有时镀铬。气缸套有些向下延伸到扫气箱。缸套与扫气箱顶部的密封由橡胶圈实现，橡胶圈安装在缸套上切削的环槽内。在气缸套伸入扫气箱内的部位有一列开口就是所谓的扫气口。气口的高度是这样布置的，当活塞位于下止点时，活塞上缘刚好打开气口。气口在缸套上以大约200的倾角钻成，其结果是使扫气旋转。缸盖装在缸套顶部的平面上，并由机械加工的凸肩定位。密封圈嵌入在缸盖锥形部分车削的环槽中。将密封圈嵌入锥形面时必须十分小心。气缸盖和气缸套用旋入缸体中的双头螺栓固定。缸套上有钻孔，用于润滑，新型的缸套在其昀上部钻孔用于冷却。每个缸盖上有一个大型的中心孔，用于安装排气阀，还有两到三个用于装喷油器；还有些孔用来安装起动阀、安全阀、示功阀，以及排气阀冷却水腔的进出口。活塞及活塞杆活塞由其下部——铸铁制成的活塞裙，以及上部——耐热钢制成的活塞头组成。它们用螺栓连在一起并固定在活塞杆上。活塞部件