1、船舶动力装置原理与设计船舶动力装置原理与设计船舶动力装置原理与设计2011年 03月主讲教师：周瑞平樊红胡义能动热能工程系2011年 3月 23日星期三2主要内容 船船动力装置总论 船舶主推进装置与机桨匹配 主推进装置的配合特性 船舶轴系与后传动设备 船舶管路系统与辅助装置 船舶动力装置设计综述能动热能工程系2011年 3月 23日星期三3讲授方法及考试 课堂讲授与自学相结合 多媒体教学与传统教学相结合 理论讲授与实际操作相结合 讲与练相结合 大作业与考试相结合 平时30%，考试70%；有创新者可加分；能动热能工程系2011年 3月 23日星期三4第1章船舶动力装置概论 船舶动力装置的含义及组
2、成 ？ 船舶动力装置的类型及特点 船舶动力装置技术经济性能指标 船舶动力装置的设计原则要求及主要内容能动热能工程系2011年 3月 23日星期三51.1 船舶动力装置的含义及组成含义组成：推进装置辅助装置机舱自动化船舶系统甲板机械主发动机主锅炉推进器传动设备船舶电站辅助锅炉装置保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作和生活所必需的机械设备的综合体。Tips:船舶动力装置是一个很复杂能量综合体动力管系船舶管系锚泊机械操舵机械起重机械能动热能工程系2011年 3月 23日星期三6典型的柴油机动力装置能量转换系统重油柴油机械能热能电能余热燃油加热滑油加热制淡装置舱室取暖厨房加热驳动辅机船舶
3、照明船舶通讯机舱自动化能动热能工程系2011年 3月 23日星期三71.2 船舶动力装置的基本类型及特点能动热能工程系2011年 3月 23日星期三8基本类型 柴油机推进动力装置 汽轮机推进动力装置 燃气轮机推进动力装置 核动力推进动力装置 联合动力推进动力装置052级驱逐舰首舰 “青岛 ”号053H3级导弹护卫舰型攻击核动力潜艇能动热能工程系2011年 3月 23日星期三9发展历史 火药机的尝试拉开了动力装置的序幕 瓦特蒸汽机的发明 Diesel1895年发明柴油机 1807年，美国人富尔顿将蒸汽机安装在木船上 1887年，汽油机驱动的轮船航行在江河上 1900年英国制成了舰用柴油机 190
4、2年德国首先把柴油机用做商船动力， 1904年用于潜艇 1905年瑞士 Sulzer厂建成第一台可倒转式二冲程柴油机 1908年俄国制成缸径 1m的预燃室式柴油机1912年丹麦 B&W公司制成缸径 520mm、转速 140r/min、功率 1486kW的八缸四冲程柴油机，以双机双轴方式装在 7500吨的 “雪兰地亚 ”号远航曼谷成功 随着科学技术的进步，高集成、模块化、数据总线、网络结构、人工智能技术在船舶上的应用能动热能工程系2011年 3月 23日星期三10柴油机推进动力装置的特点A. 有较高的经济性，耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多；B. 重量轻 (单位重量的指标小 )；C. 具有良好的
5、机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速；D. 功率范围广。A. 柴油机尺寸和重量按功率比例增长快；B. 柴油机工作中的噪声、振动较大；C. 中、高速柴油机的运动部件磨损较厉害；D. 柴油机低速稳定性差；E. 柴油机的过载能力相当差。能动热能工程系2011年 3月 23日星期三11柴油机推进动力装置的特点 目前以柴油机为动力的船舶占世界商船队的 95%以上，其中，柴油机直接驱动 55%，柴油机齿轮传动占 39% 技术发展趋势 是： 单机、单缸功率越来越大； 不断降低排放和烟度，提高环保性能； 优化产品性能，提高主机经济性； 用智能型主机替代传统型主机，提高综合经济效益等能动热能工程系2011年
6、3月 23日星期三12我国船舶大功率柴油机现状z 船用低速柴油机技术大功率低速柴油机的机型大都是二冲程、单气门直流扫气、定压增压、长行程、高压缩比的十字头式机。当前 ,低速二冲程柴油机的平均有效压力为 1.901.95MPa,最高燃烧压力 1515.5MPa,燃油耗率 165171g/kWh, 主机功率达到 100000kW,大修期达 28000h以上。z 船用中速柴油机技术国外大功率中速柴油机绝大部分是四冲程机。缸径为160640mm,转速 3751150r/min。平均有效压力为2.43.0MPa,最高燃烧压力 1621MPa,最高喷油压力160180MPa,燃油耗率 170180g/kW
7、h,单缸功率 2010kW,大修期为 1800024000h。能动热能工程系12345121110892011年 3月 23日星期三13汽轮机推进动力装置1锅炉2过热器3主蒸汽管路4高压汽轮机5低压汽轮机6减速齿轮7螺旋桨8冷凝器9冷却水循环泵10凝水泵11给水泵12给水预热器能动热能工程系2011年 3月 23日星期三14蒸汽轮机推进系统蒸汽轮机推进系统 应用较少（燃油消耗率高） 用于运输液化天然气的LNG液货船和军舰在现有 LNG 船队中蒸汽机推进装置仍占主导地位，艘数占比达83%、舱容占比达 76% 原因： 在LNG液货船上，液化气以-162的温度下装在隔热舱中运输。尽管高效隔热，但仍然
8、不可避免每天有0.1-2.5%液化气蒸发。 蒸发的天然气可用作双燃料主锅炉的燃料，生产主涡轮机用的蒸汽，提供几乎全部需要的推进功率。重燃油则用作辅助燃料和船舶的压载货物 。能动热能工程系2011年 3月 23日星期三15汽轮机推进动力装置的特点1. 单机功率大；2. 转速稳定，无周期性扰动力，机组振动噪声小；3. 工作可靠性高；4. 可使用劣质燃料油，滑油消耗率也很低。1. 总重量大，尺寸大；2. 燃油消耗率高；3. 机动性差。Tips:汽轮机推进装置主要采用的是汽轮机 +减速齿轮箱+定距桨的形式；少数采用汽轮机电力传动形式。在LNG 船手持订单中，采用蒸汽轮机作动力的LNG 船艘数占比仅为2
9、9%、舱容占比仅为25%；而采用低速柴油机作动力装置的LNG 船艘数占比为17%、容积占比为24%，采用双燃料柴-电推进装置的LNG 船艘数占比达到54%、容积占比达到50%技术发展趋势是：不断增强可靠性、机动性，提高操纵性，简化设备能动热能工程系2011年 3月 23日星期三16复习提问(一）1. 动力装置的组成；2. 柴油机 动力装置的优缺点；3. 汽轮机动力装置的优缺点；4. 汽轮机 的 应用场合能动热能工程系2011年 3月 23日星期三17燃气轮机推进动力装置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（ 1）压气机（ 2）燃烧室（ 3）燃气轮机能动
10、热能工程系2011年 3月 23日星期三18轻型燃气轮机General Electric LM2500 Gas Turbine 能动热能工程系2011年 3月 23日星期三19关于燃机 燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：1、燃气轮机（透平或动力涡轮）；2、压气机（空气压缩机）；3、燃烧室。 其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利
11、用。能动热能工程系2011年 3月 23日星期三20关于燃机 燃气轮机具有 效率高 功率大 体积小 投资省 主要用于发电、交通和工业动力。 燃气轮机分为 轻型燃气轮机 和 重型燃气轮机 ， 轻型燃气轮机为航空发动机的转型，如 LM6000PC和 FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。 重型燃气轮机为工业型燃机，如 GT26和 PG6561B等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。能动热能工程系2011年 3月 23日星期三21深圳号导弹驱逐舰能动热能工程系2011年 3月 23日星期三
12、22燃气轮机推进动力装置的特点a. 单位功率的重量尺寸小；b. 启动加速性能好；c. 重量轻，体积小；d. 独立性较强，生命力好；e. 振动小，噪声小。F. 低 NOx排放 a. 主机不能反转； b. 必须借助启动机械启动； c. 叶片材料昂贵 ，工作可靠性较差，寿命短 （5001000h) ； d. 进排气管道尺寸大，舱内布置困难。（一般为 1623 kg/kW.h（柴油机约 5 kg/kW.h，蒸汽轮机 0.5kg/kW.h）技术发展趋势 是：对现有机型进行技术改造，降低排放和信号特征，不断改善其可靠性和可用性；在简单循环燃气轮机基础上，发展回热或中冷回热船用燃气轮机，从而提高单机的功率和
13、效率。能动热能工程系2011年 3月 23日星期三23核动力装置（nuclear power plant） 核动力的装置定义 利用原子核反应堆内核燃料的裂变反应产生热能并转变为动力的装置 。 核动力装置结构 核反应堆、产生动力的系统和设备（如核蒸汽供应系统和核电站汽轮机）， 以及为保证设备正常运行、人员健康和安全所需要的系 统和设备。 核动力装置的主要推进方式 核反应堆 -蒸汽轮机 核反应堆 -电机能动热能工程系2011年 3月 23日星期三24核能推进系统的简单原理乏能动热能工程系2011年 3月 23日星期三25产生动力的系统和设备产生动力的系统和设备能动热能工程系2011年 3月 23日
14、星期三26日本福岛核电日本福岛核电-沸水堆沸水堆能动热能工程系2011年 3月 23日星期三27船舶核动力装置的优点1）核动力装置使核潜艇能在 水下长期连续航行 ：核动力装置以核能为能源，核裂变时不需要空气，因此核潜艇能在水下长期连续航行，其隐蔽性远远超过常规动力潜艇。2） 续航力不受限制 ：核反应堆一次装料，可运行几年甚至几十年，如美国建造的 “弗吉尼亚 ”级潜艇上使用的 S9G反应堆，其寿命可达 33年。从而使核潜艇具有 “无限 ”的续航力。 1千克铀 235全部裂变放出的能量相当于 2700吨标准煤燃烧放出的能量3） 功率大 ： 现在已运行的舰艇动力反应堆，单堆功率在30300兆瓦（ M
15、W）之间，有的核动力舰艇（如航空母舰）装有多个反应堆，强大的动力使得这些庞然大物能以 2050节的高航速航行。能动热能工程系2011年 3月 23日星期三28核动力装置的应用概况 美国舰艇 核动力生产公司主要是西屋公司和通用电气公司。 西屋公司设计和建造的是 SW系列，包括一座陆上模式堆S1W，及 S2W、 S3W、 S4W、 S5W、 S5Wa、 S5W-、 S6W等装艇堆。 通用电气公司设计和建造的是 SG系列，包括 S1G、 S3G（双堆）、 S5G、 S7G、 S8G六座陆上模式堆和 S2G、S4G、 S5G、 S6G、 S8G、 S9G等装艇堆。 美国舰艇核反应堆，无论是 SW系列还
16、是 SG系列都采用板状燃料元件 。能动热能工程系2011年 3月 23日星期三29核动力装置的应用概况俄罗斯/前苏联舰艇核反应堆 的发展按时间大致可分为四代 : 第一代为 20世纪 50年代至 60年代中期，研制船用压水堆核动力装置，建造了 BM-A型陆上模式堆，反应堆为双流程，热功率为75MW，轴功率 1.75万马力，采用盘管式管外直流蒸汽发生器 第二代为 20世纪 60年代至 70年代末研制，为紧凑式分散布置，热功率为 177MW，轴功率 4万马力，反应堆改为单流程 第三代核动力装置为 20世纪 80年代初至 90年代末期研制，是第二代的改进完善，初步实现了通用化、模块化设计，增加了可 *
17、性和可维修性。反应堆仍为紧凑布置，热功率为 177190MW，轴功率为44.5万马力，采用了列管式直流蒸汽发生器。 20世纪 90年代至 21世纪初研制、建造的 “北德文斯克 “级攻击型核潜艇上使用的反应堆仍为紧凑布置压水堆，采用了直管式高效直流蒸汽发生器。能动热能工程系2011年 3月 23日星期三30核动力装置的应用概况英国舰艇核动力装置 的发展 :英国于 1958年在购买的美国 S5W潜艇压水堆的基础上，设计建造了陆上模式堆 PWR-1。通过 PWR-1模式堆，成功地研制了 A、 B、 Z三种型号的堆芯，分别装备于 “勇士 ”级、 “快速 ”级和 “特拉法尔加 ”级攻击型核潜艇和 “决心 ”级弹道导弹核潜艇。法国舰艇核动力 的发展 :法国 1960年开始建造 PAT陆上模式堆。 PAT型分散布置压水堆通过蒸汽透平、减速齿轮带动螺旋桨，轴功率为 1.6万马力。新研制的 K-15型自然循环一体化压水堆，单堆功率为 150MW，轴功率为 4.1万马力。该堆已装备 “凯旋 “级弹道导弹核潜艇和 “戴高乐 “号核动力航母。 1971年开始建造攻击型核潜艇上使用的 CAP型陆上模式堆，燃料元件采用棒状。 1983年开始服役的 “红宝石 “级攻击型核潜艇装备了 CAS-48一体化压水堆，热功率为 48MW，轴功率为 9500马力，燃料元件采用板状 .
