船舶动力系统1

1、船舶动力系统船舶动力系统 n教材教材 ：船舶动力系统船舶动力系统上海交通大学出上海交通大学出 版社，徐筱欣版社，徐筱欣 n课时：课时：51（包括（包括2次实验课）次实验课）,16周周 n分数：分数：30%平时平时+70%考试考试 n考试形式：闭卷笔试考试形式：闭卷笔试 n陈峻陈峻 jun_ n课程目的课程目的 u为非动力（轮机）类专业设置为非动力（轮机）类专业设置 u介绍介绍 船舶动力系统的组成船舶动力系统的组成 u介绍各系统的主要设备（结构、原理、性能）介绍各系统的主要设备（结构、原理、性能） n课程特点：课程特点： u杂，内容多杂，内容多 u不难不难 u与实际装置结合与实际装置结合 n内容

2、内容 u绪论（书第绪论（书第1章）章） u船舶柴油机（第船舶柴油机（第2章）章） u船舶推进轴系及传动设备（第船舶推进轴系及传动设备（第7章）章） u船舶蒸汽轮机（第船舶蒸汽轮机（第3章）章） u船舶燃气轮机（第船舶燃气轮机（第4章）章） 第一章绪论 n船舶动力装置：保证舰船的正常航行、安船舶动力装置：保证舰船的正常航行、安 全、正常作业、停泊，保证人员正常工作、全、正常作业、停泊，保证人员正常工作、 生活与安全的全部机械设备和系统的综合生活与安全的全部机械设备和系统的综合 体体 n船舶动力装置的主要任务：发出一定功率，船舶动力装置的主要任务：发出一定功率， 产生各种能量，实现能量转化和分配，

3、以产生各种能量，实现能量转化和分配，以 利船舶正常航行和作业利船舶正常航行和作业 n船舶动力装置的组成：船舶动力装置的组成： u主推进装置：产生推进力主推进装置：产生推进力 主机、传动设备、推进轴系、推进器主机、传动设备、推进轴系、推进器 船舶主推进装置示意图船舶主推进装置示意图 1-遥控操纵台；遥控操纵台；2-主机；主机； 3-传动设备（离合器、齿轮箱）传动设备（离合器、齿轮箱） 4-轴系；轴系；5-推进器（螺旋桨）推进器（螺旋桨） u辅助装置：产生其它动力辅助装置：产生其它动力 船舶电站。供给辅助机械及全船所需要的船舶电站。供给辅助机械及全船所需要的 电能电能 由发电机组、配电板及其他电气

4、设备等组成由发电机组、配电板及其他电气设备等组成 辅助锅炉装置。民用船舶产生低压蒸汽，辅助锅炉装置。民用船舶产生低压蒸汽， 以满足加热、取暖及其他生活需要以满足加热、取暖及其他生活需要 由辅助锅炉及为其服务的燃油、给水、鼓风、由辅助锅炉及为其服务的燃油、给水、鼓风、 送汽设备及管路、阀件等组成送汽设备及管路、阀件等组成 制冷装置和空调系统制冷装置和空调系统 u全船系统：保证船舶生命力和安全，船员旅全船系统：保证船舶生命力和安全，船员旅 客正常生活所需的设备和系统客正常生活所需的设备和系统 u消防、用水、救生、安全消防、用水、救生、安全 u机舱自动化系统：机舱自动化系统： 机舱的机械设备遥控及自

5、动化，包括对主、辅机机舱的机械设备遥控及自动化，包括对主、辅机 和有关机械设备等的远距离控制、调节、检和有关机械设备等的远距离控制、调节、检 测和报警系统等测和报警系统等 u甲板机械：甲板机械： 保证船舶航向、停泊、装卸货物所需的机械设备保证船舶航向、停泊、装卸货物所需的机械设备 锚泊机械设备，包括锚机、绞盘等锚泊机械设备，包括锚机、绞盘等 操舵机械设备，包括舵机及操纵机械、执行机构操舵机械设备，包括舵机及操纵机械、执行机构 等等 起重机械设备，如起货机，吊艇机及吊杆等设备起重机械设备，如起货机，吊艇机及吊杆等设备 船舶动力系统的类型及特点 n蒸汽轮机动力装置蒸汽轮机动力装置 u工作原理工作原

6、理 锅炉产生的蒸汽锅炉产生的蒸汽推动蒸汽轮机作功推动蒸汽轮机作功齿轮减速齿轮减速 机组机组螺旋桨（发电机）螺旋桨（发电机） u组成组成 蒸汽锅炉蒸汽锅炉 蒸汽轮机蒸汽轮机 凝汽器凝汽器 1锅炉；2蒸汽过热器；3空气预热器；4高压汽轮机；5低压汽轮机；6主冷凝器； 7凝水泵；8给水预热器；9给水泵；10减速齿轮；11螺旋浆；12循环水泵 n特点特点 u单机功率大，目前船用蒸汽轮机组功率达到单机功率大，目前船用蒸汽轮机组功率达到25104kw, 陆用机组达到陆用机组达到6010410105kw u劳损部件少、工作可靠、寿命长（可达劳损部件少、工作可靠、寿命长（可达1105h以上）以上） u运转平稳

7、可靠、振动噪声小（蒸汽轮机是回转机械，没运转平稳可靠、振动噪声小（蒸汽轮机是回转机械，没 有往复运动部件）有往复运动部件） u可使用劣质燃料可使用劣质燃料 u滑油消耗率很低，仅滑油消耗率很低，仅0.10.5 g/ (kW h) 柴油机的滑油消耗率为柴油机的滑油消耗率为310 g/ (kW h) u热效率较低，燃油消耗率高，热经济性低，在全速时要热效率较低，燃油消耗率高，热经济性低，在全速时要 比柴油机装置的油耗高比柴油机装置的油耗高1.52倍，部分工况时要高倍，部分工况时要高 2.53倍倍 u设备多，整个装置重量尺寸大设备多，整个装置重量尺寸大 u机动性较差。启动前的准备时间（锅炉从生火到产生

8、蒸机动性较差。启动前的准备时间（锅炉从生火到产生蒸 汽）大约要汽）大约要3035min；从一种工况过渡到另一种工况；从一种工况过渡到另一种工况 的时间比柴油机装置长的时间比柴油机装置长23倍倍 n燃气轮机动力装置燃气轮机动力装置 u工作原理工作原理 燃料在燃烧室内燃烧燃料在燃烧室内燃烧燃气推动叶轮做功燃气推动叶轮做功 多级减速齿轮机组多级减速齿轮机组 螺旋桨（发电机）螺旋桨（发电机） u组成组成 压气机：压缩空气进入燃烧室压气机：压缩空气进入燃烧室 燃烧室：燃料燃烧，形成燃气燃烧室：燃料燃烧，形成燃气 燃气轮机燃气轮机 ：高温高压燃气推动叶轮转：高温高压燃气推动叶轮转 动，机械能输出动，机械能

9、输出 u优点优点 机组质量尺寸指标小：机组质量尺寸指标小：加速用燃气轮机装置的单加速用燃气轮机装置的单 位重量可达位重量可达 0.651.3kg/ kW ，全工况用燃气轮机，全工况用燃气轮机 装置为装置为 24kg/ kW 机动性好：从冷态启动至全负荷时间，一般机动性好：从冷态启动至全负荷时间，一般 为为l2min，大功率复杂线路的燃气轮机装置，大功率复杂线路的燃气轮机装置 只需只需35min u缺点缺点 工作可靠性较差，寿命短工作可靠性较差，寿命短 如，燃气初温在如，燃气初温在750以上的燃气轮机，寿命仅以上的燃气轮机，寿命仅 500103h 价格昂贵价格昂贵 由于燃气的高温，叶片材料需用合

10、金钢。结构紧凑，由于燃气的高温，叶片材料需用合金钢。结构紧凑， 对加工工艺要求高对加工工艺要求高 舱内布置困难舱内布置困难 燃气轮机工作时空气流量很大，一般为燃气轮机工作时空气流量很大，一般为 1623kg/ (kW h)【柴油机约为【柴油机约为 5kg/(kW h)，汽轮机约为，汽轮机约为 0.5kg/ (kW h)】,进、排汽管道尺寸较大。进、排汽管道尺寸较大。 甲板上有较大的管道通过切口，影响船体强度甲板上有较大的管道通过切口，影响船体强度 n柴油机动力装置：柴油机动力装置： 应用最为广泛，柴油机船占总数的应用最为广泛，柴油机船占总数的98，装，装 船功率占造船总功率的船功率占造船总功率

11、的90以上以上 u优点优点 经济性较高，油耗低，中、低速机可烧劣质燃料；经济性较高，油耗低，中、低速机可烧劣质燃料； 高速柴油机耗油率高速柴油机耗油率160-180g/ (kW h)，中速柴油机，中速柴油机125-170 g/ (kW h)，低速机，低速机126-140 g/(kW h) 一般汽轮机装置耗油率为一般汽轮机装置耗油率为180-350 g/ (kW h) 燃气轮机装置耗油率燃气轮机装置耗油率240-400 g/ (kW h) 机动性良好，操作简单，倒车方便。主机从冷态启机动性良好，操作简单，倒车方便。主机从冷态启 动到全负荷动到全负荷10min； 中高速机组质量轻，辅助设备少中高速

12、机组质量轻，辅助设备少 u缺点缺点 单机功率低，低速机单机功率低，低速机4104kW，中速机为，中速机为 2104kW，高速机，高速机8103kw大中型水面舰船上大中型水面舰船上 使用受限；使用受限； 振动噪声大振动噪声大 中高速机的寿命较低，高速强载柴油机的整机寿命中高速机的寿命较低，高速强载柴油机的整机寿命 仅仅 10002000h 低速时稳定性较差，影响低速航行低速时稳定性较差，影响低速航行 过载过载能力差，能力差，110%额额定功率定功率运运行不超行不超过过1小小时时 最大功率船用柴油机，瓦锡兰RT-flex96C， 14缸，RT-flex 共轨技术。持续输出最大功率80080 千瓦，

13、转速102转/分。 长27.3米，高13.5米，整机重2300吨，适用于新一代大型 集装箱船 n联合动力装置联合动力装置 u产生背景产生背景 全航速时要求功率大、航速快、机动性能好，全航速时要求功率大、航速快、机动性能好， 只占只占2%总航行时间总航行时间 巡航时要求经济性高，巡航时要求经济性高，,功率功率= 14全功率，占全功率，占 80%总航行时间总航行时间 矛盾，国外国外50年代开始发展联合动力装年代开始发展联合动力装 降低降低20装置质量，续航力能提高装置质量，续航力能提高25 u联合动力装置： 用一种形式的动力装置完成巡航航行，满足经 济性要求；用另一种形式的动力装置（或两 者共同）

14、完成全航速航行，满足大功率要求 u三种联合动力装置 汽轮机+燃气轮机：功率较大的轻型舰艇，不多用 燃气轮机+燃气轮机：功率大，重量尺寸小，经济 性好，广泛应用于各国驱逐舰 1. 柴油机+燃气轮机：经济性好，功率范围大，重量 尺寸小，广泛应用于各国护卫舰等；在某些大型 军舰上也有（如泰国轻型航母） u缺点：缺点： 不同的燃料、备件储备较复杂；不同的燃料、备件储备较复杂； 共同使用主减速器，结构复杂；共同使用主减速器，结构复杂； 机组不同类型，布置难度增加机组不同类型，布置难度增加 n核动力装置核动力装置 u工作原理：工作原理： 原子核裂变原子核裂变产生巨大热能产生巨大热能加热工质（蒸加热工质（蒸

15、 汽或燃气）汽或燃气）推动汽轮机或燃气轮机工作推动汽轮机或燃气轮机工作 现有的核动力舰艇或核电站，几乎全部采用现有的核动力舰艇或核电站，几乎全部采用 压力水型的反应堆压力水型的反应堆 核反应堆1 反应堆芯2 控制箱3 蒸器发生器5（热交换器） 高压汽轮机6 低汽轮机7 辅汽轮机8 主冷凝器9 辅冷凝器10 主给水泵11 减速器12 螺旋桨13 稳压筒14 Pressurized Water Reactor (PWR) u能量传递能量传递 u功率控制功率控制 控制棒插入反应堆的深度和速度控制棒插入反应堆的深度和速度改变堆芯内的中改变堆芯内的中 子数目子数目输出功率输出功率 核核 反反 应应 压力

16、水压力水 （第一回路）（第一回路） 热热 交交 换换 器器 水水蒸汽蒸汽汽轮机汽轮机螺旋桨螺旋桨 辅辅汽轮机汽轮机发电机发电机 （第二回路）（第二回路） Boiling Water Reactor (BWR) u优点优点 消耗极少的燃料、释放出巨大的能量，可保证船消耗极少的燃料、释放出巨大的能量，可保证船 舶以极较高的航速航行极远的距离，如舶以极较高的航速航行极远的距离，如 1.1104kw核动力装置工作一昼夜仅消耗核燃核动力装置工作一昼夜仅消耗核燃 料料1518g. 能发出极大的功率能发出极大的功率 不消耗空气而获得热能不消耗空气而获得热能 不需要进、排气装置不需要进、排气装置 潜艇，能长期

17、隐蔽在深水中，不易被敌舰发现潜艇，能长期隐蔽在深水中，不易被敌舰发现, 大大提高了潜艇的战斗力大大提高了潜艇的战斗力 水面舰艇不需要进、排气口，没有烟囱，减少甲水面舰艇不需要进、排气口，没有烟囱，减少甲 板开口，能减少敌人观察器材和热反应器材的发板开口，能减少敌人观察器材和热反应器材的发 现，避免红外线自导武器命中的危险性现，避免红外线自导武器命中的危险性 u缺点缺点 核动力装置的重量尺寸较大。屏蔽系统质核动力装置的重量尺寸较大。屏蔽系统质 量大量大 操纵管理检查系较复杂操纵管理检查系较复杂 价格昂贵价格昂贵 船舶动力系统性能的评价指标 n一般分成三类一般分成三类 n技术指标：技术指标：总指标

18、总指标 功率指标、质量指标、尺寸指标功率指标、质量指标、尺寸指标 n经济指标：经济指标：燃料在动力装置中的热转换率燃料在动力装置中的热转换率 燃料消耗率、每海里航程燃油耗量、装置热效率、运燃料消耗率、每海里航程燃油耗量、装置热效率、运 行和维护经济性行和维护经济性 n性能指标：性能指标： 机动性、可靠性、制动性、自动化程度、振动控制性机动性、可靠性、制动性、自动化程度、振动控制性 能能 技术指标 n功率指标：功率指标： u表示船舶做功能力表示船舶做功能力 u为保证船舶具有一定航速，要求推进装为保证船舶具有一定航速，要求推进装 置提供足够功率，动力装置的功率按照置提供足够功率，动力装置的功率按照

19、 最大航速确定，并考虑功率储备（一般最大航速确定，并考虑功率储备（一般 大大10%） u船舶推进系统的各部位功率船舶推进系统的各部位功率 ： 指示功率指示功率Pi有效功率有效功率Pe轴功率轴功率Ps 螺旋桨收螺旋桨收 到功率到功率Pp 螺旋桨螺旋桨推功率推功率PT阻力功率阻力功率PR（船（船 舶有效功率）舶有效功率） D P PtkW e / ）相对功率（ 主机额定主机额定 有效功率有效功率 排水量排水量 l质量指标质量指标 u动力装置的几种质量动力装置的几种质量 干重干重G Gy y：所有机器、器具和管系的质量所有机器、器具和管系的质量 湿重湿重G Gy y ： ：干重干重+机器、器具、管系

20、内部装满机器、器具、管系内部装满 工质和消耗物品工质和消耗物品 总重总重G Gy y” ” ： ：湿重湿重+消耗物品的贮存量消耗物品的贮存量 u在一定的排水量下，要求动力装置的质量在一定的排水量下，要求动力装置的质量 轻一些轻一些 e y c P G g )/(KWKg单位功率质量 湿重湿重 主机额定功率主机额定功率 各类舰船的质量指标相差很大各类舰船的质量指标相差很大 如驱逐舰的如驱逐舰的=10-15 kg/kW，客货轮，客货轮=70-150kg/kW D G G y )/(tKg装置相对质量 湿重湿重 排水量排水量 l尺寸指标：用尺寸指标：用机舱的尺寸表示，机舱的尺寸表示， 机舱应能合理布

21、置动力装置，且机舱应能合理布置动力装置，且 方便管理、维修方便管理、维修 u机舱的绝对尺寸机舱的绝对尺寸 机舱总长度机舱总长度 机舱总占有面积机舱总占有面积 机舱总占有容积机舱总占有容积 )( )( )( 3 2 mV mF mL u相对尺寸指标相对尺寸指标 机舱相对长度机舱相对长度 机舱面积饱和度机舱面积饱和度 机舱容积饱和度机舱容积饱和度 各类舰船的尺寸指标差距很大各类舰船的尺寸指标差距很大 以面积饱和度为例，导弹快艇高达以面积饱和度为例，导弹快艇高达400 kW/ m2，客货船，客货船 1540 kW/ m2 WL l L L k A P k e F V P k e V 反映动力装置的热

22、能转换率（反映动力装置的热能转换率（燃料消耗率， 装置总热效率，每浬航程燃料耗量等） 1.动力装置燃料消耗率动力装置燃料消耗率 e e P G g )hKw/Kg(燃料消耗率 全船热能设备全船热能设备每小时燃料消耗总量每小时燃料消耗总量 经济指标 l动力装置有效热效率动力装置有效热效率 u e e GH 3600P 动力装置有效热效率 全船热能设备每小时燃料消耗总量全船热能设备每小时燃料消耗总量 燃料低发热值燃料低发热值 指标指标1、2表征动力装置在表征动力装置在设计工况设计工况下下 的燃料和热的经济性；的燃料和热的经济性； but船舶经常在船舶经常在部分工况部分工况下航行，需要下航行，需要 评定非设计工况下的经济性评定非设计工况下的经济性 每海里装置燃油消耗量每海里装置燃油消耗量 l每海里航程的燃料消耗量每海里航程的燃料消耗量 2 3 /, se s m eese s vAg v G g PGgAvP v G g m 每海里燃料消耗量 e g m g ge,gm和随航速变化关系曲线 经济航速经济航速 在不受货期约束时，按经济航速可以在不受货期约束时，按经济航速可以 降低货运成本降低货运成本 n注意：船舶的最大盈利航速，还需要注意：船舶的最大盈利航速，还需要 考虑船的折旧费，客货的周转量、运考虑船的折旧