1、第一章 船舶动力装置概述,楼海军,第一节 船舶动力装置的组成和类型,一、船舶动力装置的概念： “装置”乃是为了达到某一目的所设置的所有机器、设备及系统的总称，以具有某种特定的功能为特征。“船舶动力装置”这一术语已应用了几十年，但一直没有明确而统一的定义。实际上它是和“轮机”这一术语紧密联系在一起的。在1807年，世界上第一艘用蒸汽机驱动推进器的“克莱蒙特”号轮，开创了船舶以动力机械推进的新纪元。当时蒸汽机带动一个桨轮推进器，这种推进器的大部分露在水面，人们称之为“明轮”，把装有明轮的船称为“轮船”，而把产生蒸汽的锅炉和驱动明轮转动的蒸汽机等成套设备称为“轮机”。,当时的“轮机”仅仅是推进设备的
2、简称。但随着科学技术的发展和进步。不仅船舶推进设备更加复杂和完善，而且为了适应船舶营运、人员生活和安全等方面的需要，还增设了诸如船舶电站、起货机械、饮水、供汽、压载、舱底、消防等系统，大大丰富了轮机的内容，并且至今还在不断扩大与完善中。因此，“轮机”是个内容相当广泛的技术范畴。“船舶动力装置”的基本含义和“轮机”相同，是为了满足船舶航行、各种作业、人员的生活和安全需要所设置的全部机械、设备和系统的总称。它的任务是多方面的，但主要任务可概括为：为船舶提供各种形式的能量(机械能、电能、热能)并转换和利用这些能量。,二、船舶动力装置的组成： 根据组成船舶动力装置的各种机械、设备和系统所起作用的不同，
3、将整个动力装置分为以下几个部分。1推进装置：推进装置也称主动力装置，是船舶动力装置中最主要的部分。它包括主机、传动设备、轴系和推进器。主机发出动力，通过传动设备及轴系驱动推进器产生推力，使船舶克服阻力以某一航速航行。2辅助装置：是产生除推进装置所需能量以外的其它各种能量的装置，其中包括船舶电站、辅助锅炉装置和压缩空气系统，它们分别产生电能、蒸汽和压缩空气供全船使用。,3管路系统：简称管系，用以输送流体，是由各种容器、管路、泵、滤器、热交换器等组成。按用途不同可分为两类：1)动力系统：指为主机和发电副机安全运转服务的管系，用来输送燃油、润滑油、海水、淡水、蒸汽和压缩空气，它包括燃油系统、滑油系统
4、、冷却系统、蒸汽系统和压缩空气系统等。2)辅助系统： 指为船舶航行、人员生活和安全服务的系统，有时也称为船舶系统，它包括压载、舱底水、通风、饮水、空调和消防系统等。4甲板机械 ：指为保证船舶航行、停泊及装卸货物需要所设置的机械设备，如舵机、锚机、起货机等。 5自动化设备：指为改善船员工作条件，提高装置工作效率和操作的准确性，以及减少维护工作所设置的设备。主要由对主、副机及其它机械设备进行遥控、自动调节、监视和报警的设备组成。,三、船舶动力装置的类型：以推进装置的类型进行分类。1蒸汽动力装置：在蒸汽动力装置中，有往复式蒸汽机和汽轮机两种。1）往复式蒸汽机最早应用于海船，由于它具有结构简单、运转可
5、靠、管理方便等优点，在过去很长的一段时期内占据着统治地位；但由于其经济性差、尺寸重量大、不能适应机组功率增长的需要，现在已经被其他船用发动机所代替。2）回转式汽轮机自从十九世纪末问世并装船使用以来，由于受到柴油机的挑战，一直发展比较缓慢。这种发动机运转平稳，摩擦、磨损较少，振动、噪声较轻。但热效率低，要配置重量、尺寸较大的锅炉、冷凝器、减速齿轮装置以及其它辅助机械，因此装置的总重量和尺寸均较大，这就限制了它在中小船舶中的应用。不少资料表明，在功率超过22000kW(30000HP)和船速超过20Kn时，汽轮机动力装置比柴油机动力装置更为优越。,蒸汽机船,2燃气动力装置：1)柴油机动力装置： 柴
6、油机不仅是热效率最高的一种热机，而且还具有起动迅速、安全可靠、装置的重量较轻、功率范围大(从几kW至数万kW)等一系列优点，因此船舶主机及发电副机现在多用这种发动机。在中、大型民用船舶上所使用的柴油机有大型低速和大功率中速两大类。这两种柴油机在激烈竞争的同时又互相促进，都在迅速的发展着。 大型低速柴油机动力装置自60年代起发展的特别迅速。一方面是由于当时船舶向大型化、高速化发展，需要大功率的发动机；另一方面由于废气涡轮增压技术的进步，可燃用更低质燃料，降低了比油耗，为大型低速机发展提供了可能。70年代两次能源危机的冲击和相继出现的航运事业不景气，,柴油机船,从节能需要出发，船舶已不再向大型化和
7、高速化方向发展，除专业化船舶外，一般货船的航速降至14 kn左右。为了适应这种形势，大型低速柴油机的尺度不但不再增加，而且缸径也都回到1000mm以内，并出现了缸径只有260mm的低速机(如S26MCMCE)。从70年代末至今围绕着节能这一中心，大型低速柴油机的结构差不多年年都在改进，大体每隔两年就推出一种新机型。可以认为，降低耗油率提高经济性，仍然是今后发展的方向之一。大功率中速柴油机动力装置的重量和尺寸较小，可燃用重质燃料，是低速机的有力竞争者，在中速机装置中，可通过合理选配减速比，使螺旋桨的转速最佳化，从而显著提高推进装置效率。单缸功率的提高和单机功率的扩大，以及可用多台(24台)发动机
8、通过减速器驱动一个螺旋桨的可能性，都给中速机的发展创造了有利的条件，特别是在机舱尺寸要求严格的滚装船、集装箱船和客船上，中速机的应用就更为广泛。,目前中速机的耗油率虽然有明显下降，但仍然略高于低速机，运转中噪声也比较大。预计中速机今后还会有进一步发展。2)燃气轮机动力装置： 本世纪30年代燃气轮机制造业开始兴盛起来，第一批作为商船主机的是在50年代。它的优点是单位重量和尺寸小，机动性高，操纵管理简便，便于实现自动化。但它的经济性差、进排气管道大、机舱布置困难、不能直接倒车、装置较复杂、叶片及燃气发生器均在高温高压状态下工作、寿命较短。由于以上原因，这种动力装置在商船上应用较少。,3核动力装置：
9、核动力装置的优点是所用燃料的重量极轻，大大增加船舶续航力。同时核燃料燃烧不用空气助燃，不用设进排气系统。但由于造价高，核分裂反应释放出大量放射性物质要严加防护，操纵管理检查系统复杂，因此在商船上应用甚少，随着液体燃料资源的日趋枯竭，核动力装置的竞争能力有可能加强。,第二节 对船舶动力装置的要求,一、可靠性：船舶动力装置的好坏，首先取决于它在各种营运条件下，能否可靠地和不间断地进行工作。因此，对任何船舶动力装置首先提出的要求就是工作可靠性要高。 二、经济性：民用船舶在满足可靠性的前提下，要求尽量提高其经济性。对于船舶动力装置的经济性不能只从主机耗油率一项指标去衡量，还要考虑造船初投资费、燃润油价
10、格、管理维修费、折旧费、船员工资、保险和港口各项费用。所以对动力装置的经济性要全面考虑，综合分析。,三、机动性：船舶机动性是安全航行的重要保证。船舶起航、变速、倒航和回转的性能是船舶机动性的主要体现。而船舶的机动性取决于动力装置的机动性，后者可由以下几项指标体现。1发动机由起动至达到全功率所需的时间：这段时间的长短主要取决于发动机的型式，低速柴油机需30分钟以上。影响发动机加速时间长短的因素是它的运动部件的质量惯性和受热部件的热惯性，而后者更为重要。在这方面中速柴油机优于低速柴油机。,2螺旋桨换向所需的时间和可能的换向次数：螺旋桨换向所需的时间通常是指由发出换向指令起到螺旋桨开始反方向回转的时
11、间。柴油机的起动换向性能较好，在机动航行时一般十几秒内就可完成换向过程，但在船速较快且不进行紧急刹车时，换向时间则大为延长。换向次数取决于空气瓶的容积和发动机的起动性能。换向时间和换向次数，以电力传动和调距桨装置最佳。3船舶由前进变为倒航所需的时间(或滑行的距离) ：由于船舶惯性大，船舶由前进变为后退所需的时间，总是大于发动机或螺旋桨换向所需要的时间。船舶开始倒航前滑行的距离主要取决于船舶的初速、排水量、装置的换向性能和倒车功率。滑行距离不能太大，一般要求货船不能大于船体长度的6倍，而客船不得超过4倍。,4发动机的最低稳定转速及转速限制区域：低速柴油机的最低稳定转速一般不高于标定转速的30，中速机不高于40，高速机不高于45，它主要取决于喷油设备的结构和制造质量。在使用转速范围内如存在引起船体或轴系共振的临界转速，则规定为转速禁区。最低稳定转速越低，在使用的转速范围内共振区越少、越窄，则动力装置的机动性能就越好。 四、续航力：是指船舶不需要补充任何物资(燃油、滑油、淡水等)所能航行的最大距离或最长时间。续航力是根据船舶的用途和航区确定的。续航力不但和动力装置的经济性、物资储备量有关，也和船舶航速有很大关系。 除以上要求外，还要求便于维护管理，有一定的自动化程度，并满足造船和验船规范。,
