第三章船舶辅助机械及设备重点

1、第三章 船舶辅助机械及设备第三章 船舶辅助机械及设备第一节 船舶流体机械 一、船用泵泵是用来提高液体机械能的设备。按工作原理，泵主要可分为：容积式泵靠工作部件运动造成工作容积周期性地增大和缩小而吸排液体，靠挤压使液体压力能增加（包括往复泵和回转泵）；叶轮式泵靠叶轮带动液体高速旋转而使流过叶轮的液体的压力能和动能增加（如离心泵、轴流泵和旋涡泵）；喷射泵靠工作流体产生的高速射流引射需排送的流体，通过动量交换使其能量增加。1往复泵往复泵属于容积式泵，其对液体作功的主要运动部件是做往复运动的活塞或柱塞，也可分别称为活塞泵或柱塞泵。图3-1-1是单缸活塞泵的工作原理图。图3-1-1 往复泵的工作原理图1

2、-活塞；2-泵缸；3-阀箱；4-排出室；5-排出阀；6-排出管；7-吸入阀；8-吸入室；9-吸入管活塞1在泵缸2内将泵缸分隔成上、下空间，它们分别通向阀箱3中各自的小室。每个小室的下部装有吸入阀7，上部装有排出阀5，并分别通公共的吸入室8和排出室4。活塞经活塞杆传动，在缸内作上下往复运动。当活塞上行时，泵缸下部空间容积不断增加，与之相通的小室内的压力也随之降低，吸入室中的气体将顶开相应的吸入阀进入泵缸。于是吸入室和吸入管9内压力也就降低，液体在吸入液面上的气压作用下，将沿吸入管上升。当活塞向下回行时，泵缸下部容积减小，压力增加，迫使吸入阀关闭，并克服排出室中的压力将相应的排出阀顶开，部分气体经

3、排出管6排出。与此同时，因活塞上部的容积在增大，吸入室中的气体改由右边小室的吸人阀吸入泵缸上部，吸人管中液面继续上升。这样，活塞继续不断运动，吸入管中气体将不断被泵排往排出管，最后液体将进人泵缸，泵就开始正常排送液体。往复泵曲轴每转一周理论上排送液体容积相当于多少个泵缸工作容积（活塞杆侧略小于另一侧），称为往复泵的作用数。上述往复泵每往复行程活塞两侧各吸排一次，是双作用泵。单缸柱塞泵只有单侧工作，每往复行程吸排一次，是单作用泵。由三个单作用泵缸或两个双作用泵缸配合同一曲轴组成的往复泵即称为三作用泵或四作用泵。2回转泵回转泵也属容积式泵，它与往复泵的不同之处在于运动部件是通过回转运动来造成工作容

4、积的变化，从而吸排液体。按照回转部件形式的不同，回转泵有许多种类。船上普遍使用的有齿轮泵、螺杆泵，也可见到叶片泵、水环泵。1）齿轮泵齿轮泵的主要工作部件是互相啮合的齿轮。按其啮合的方式可分为外啮合式和内啮合式两类。下面着重讲述应用较普遍的外啮合式齿轮泵。图3-1-2为外啮合式齿轮泵的结构简图。图中，一对完全相同而互相啮合的主动齿轮1和从动齿轮2分别安装在两根平行的转轴上，主动齿轮轴的一端穿过泵体3的端盖，由原动机带动作等速回转。齿轮的齿顶和两端面分别被泵体和前、后端盖所包围。由于相啮合的轮齿A、B、C的分隔，与吸入口4相通的吸入腔和与排出口5相通的排出腔彼此隔离。当齿轮按图示方向回转时，齿C逐

5、渐退出啮合，其所占据的齿间的容积逐渐增大，压力相对降低，于是液体在吸入液面上的压力作用下，经吸入管从吸入口4流人该齿间。随着齿轮的回转，一个个吸满液体的齿间转过吸入腔，沿泵壳内壁转到排出腔，当它们渐次重新进入啮合时，充满齿间的液体即被轮齿不断挤出，并从排出口连续排出。由于齿轮始终紧密啮合，而泵体内壁与各齿顶以及端盖与齿轮端面的间隙都很小，故排出腔中压力较高的液体不会大量漏回压力较低的吸入腔。由图可见，普通齿轮泵如果反转，其吸排方向也就相反。齿轮泵工作时，吸、排两端液体存在压差，作用在齿轮四周的液体压力是从排出腔到吸入腔沿齿轮外周逐级降低的。作用在每一齿轮外周的液体压力的合力F0大致上是通过齿轮

6、中心指向吸入端的，而啮合齿因传递转矩而在主、从动齿轮上所产生的径向力Fm、Fm则大小相同，方向相反。这样，主动齿轮和从动齿轮所受径向力的合力F1及F2不仅方向不同，而且后者将大于前者。由于齿轮泵摩擦面较多，一般只用来排送有润滑性的油液。图3-1-2 外啮合式齿轮泵的结构简图1-主动齿轮；2-从动齿轮；3-泵体；4-吸入口；5-排出口内啮合式齿轮泵主要有两种形式：带月牙形隔板的渐开线内啮合式齿轮泵和摆线转子泵。图3-1-3所示为一种带月牙形隔板的可逆转内啮合式齿轮泵。它被用作随车的润滑油泵。图3-1-3 带月牙形隔板的可逆转内啮合式齿轮泵1-齿轮；2-月牙形隔板；3-齿环；4-销钉；5-盖板；6

7、-底盘齿环3与图3-1-3左图中右侧的圆盘做成一体，该圆盘另一侧有随车带动的泵轴。而位于图中左侧的底盘6上有月牙形隔板2和与泵轴偏心的短轴，短轴上空套着齿轮1。当泵轴带齿环转动时，与齿环呈内啮合的齿轮也随之转动，产生吸排作用，其工作原理与外啮合式齿轮泵相似。底盘6的背面圆心处有带弹簧的钢球，帮助其与带齿环的圆盘贴紧。此外，底盘背面还有一偏心的销钉4，卡在盖板5下半部的半圆形环槽内。当泵轴逆时针旋转时，啮合齿的作用力传到底盘6的偏心短轴上，将产生逆时针的转矩，使底盘6转至其背面的销钉卡到半圆形环槽的最右端位置为止。这时，齿轮与齿环的相对位置如图3-1-3的右上图所示，泵是下吸上排。当泵轴改为顺时

8、针转动时，啮合齿传至偏心短轴上的力则产生一顺时针转矩，使底盘6转过180°，直至其背面的销钉卡到半圆槽的左终端为止。这时齿轮与齿环的相对位置变成如图3-1-3右下图所示那样，从而使泵的吸排方向仍将保持不变。与外啮合式齿轮泵相比，月牙形隔板式内啮合式齿轮泵的吸油区大、流速低、吸入性能好，流量脉动小，流量脉动率Q=13，仅为外啮合式齿轮泵的110120，而且其啮合长度较长，工作平稳，还可采用特殊齿形将困油现象显著减轻，或在齿环的各齿谷中开径向孔来导油，从而完全消除困油现象，故噪声很低。其缺点是制造工艺较复杂，且漏泄途径多，容积效率比外啮合式低，一般为65一75。2）转子泵图3-1-4所示

9、为转子泵。其外转子2比内转子1多一个齿，且二者轴线偏心，异速转动。内外转子均采用摆线齿形。工作时所有内转子的齿都进入啮合，相邻两齿的啮合线与泵体4和前盖5、后盖6形成若干个密封腔。转动时密封腔的容积发生变化，通过端盖上的吸、排口即可吸、排油液。图3-1-4 转子泵1-内转子；2-外转子；3-转轴；4-泵体；5-前盖；6-后盖与其他齿轮泵相比，转子泵配流口的中心角较大（接近145°），且为侧向吸入，不受离心力影响，故吸入性能好，能用于高速（常用转速15002000r/min，最高可达10000r/min以上）运转；而且齿数较少，工作空间容积较大，结构简单紧凑；此外，由于两个转子同向回转

10、且只差一个齿，故相对滑动速度很小，运转平稳，噪声低，寿命长。转子泵的缺点是齿数少时流量和压力脉动较大；而且密封性较差，容积效率较低；制造工艺不如渐开线齿轮简单。3）螺杆泵螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。根据泵内工作螺杆的数目，可有单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵和五螺杆泵之分。商船上较为常见的是三螺杆泵和单螺杆泵。（1）三螺杆泵的结构和工作原理图3-1-5示出船用三螺杆泵的典型结构。它主要由固定在泵体6中的缸套7，以及安插在缸套中的主动螺杆4和与其啮合的从动螺杆3和5组成。主、从动螺杆转向相反。各啮合螺杆之间以及螺杆与缸套内壁之间的间隙都很小，并可借啮合线从上到下形成I、等多个彼此分隔的容腔。

11、随着螺杆的啮合转动，与泵吸入腔相通的容腔首先在下面吸人端开始形成并逐渐增大（如图中位置），不断吸人液体，然后封闭。接着，一方面这个封闭容腔沿轴向不断向上推移直至排出端（犹如一个液体螺母在螺杆回转时不断沿轴向上移），另一方面，新的吸入容腔又紧接着在吸入端形成。一个接一个的封闭容腔移到排出端与泵排出腔相通（如图I位置），其中的液体就不断被挤出。如果螺杆反转，则泵的吸、排方向也就相反。图3-1-5 三螺杆泵1、8-推力垫圈；2-平衡活塞；3、5-从动螺杆；4-主动螺杆；6-泵体；7-缸套；9、10-平衡轴套；11-盖板；12-推力垫块；13-防转销；14、17-弹簧；15-调节螺杆；16-安全阀体；

12、18-调节手轮；19-泄油管（2）单螺杆泵的结构和工作原理（图3-1-6 单螺杆泵）图3-1-6 单螺杆泵1-螺杆；2-泵缸；3-万向轴；4-主动轴；5-轴承；6-填料箱；7-小活塞；8-弹簧；9-挠性保护套；10-销轴；11-销轴套；12-注油口3）叶片泵叶片泵也是一种回转型容积式泵，一般都用作为油泵，分双作用和单作用两类。（1）双作用叶片泵的工作原理图3-1-7示出双作用叶片泵的工作原理图。定子2内腔的型线是由两段长半径R圆弧和两段短半径r圆弧以及连接它们的四段过渡曲线组成的。装在转轴上的圆柱形转子1与定子同心，其上开有若干叶槽，槽内装有叶片3。当转子旋转时，叶片受离心力及液压力（叶片底部

13、空间一般由排出腔引入压力油）作用，向外顶紧在定子内壁上，并可随定子内壁与转子中心距离的改变而在槽内往复滑动。在定子和转子的两侧，紧贴着两块配油盘。每块配油盘上有两对吸、排口。配油盘与定子的相对位置由定位销固定。这样，在定子、转子、叶片和配油盘之间就形成若干个工作空间。当叶片由定子的短半径r处转向长半径R处时，两叶片间的容积逐渐增大，其中压力降低，经配油盘吸入口从泵的吸入管吸油；当叶片由定子的长半径R处向短半径r处转动时，叶片间容积减小，经配油盘的排出口向泵的排出管排油。而当相邻两叶片同时位于吸、排口之间的密封区时，它们正好将吸、排口隔开，这时叶片顶端与定子的圆弧部分接触，旋转时两叶片间的容积不

14、变，不会产生困油问题。这种叶片泵转子每转一周，由叶片所形成的每个工作空间都吸、排两次，因此是双作用泵。双作用叶片泵作用在定子及转子上的液压力完全平衡，属于卸荷式叶片泵。图3-1-8是双作用叶片泵的结构图。图3-1-7 双作用叶片泵的工作原理图1-转子；2-定子；3-叶片；4-泵体图3-1-8 双作用叶片泵的结构1-滚针轴承；2-左配油盘；3-泵轴；4-转子；5-定子；6-左泵体；7-右配油盘；8-球轴承；9-右泵体；10-叶片（2）单作用叶片泵的工作原理图3-1-9所示为单作用叶片泵的工作原理图。单作用叶片泵的定子2的内腔型线是半径为R的圆。圆柱形的转子1装在转轴上，转轴的中心与定子圆心存在偏

15、心距e。由图可见，转子逆时针回转时，两叶片间的工作空间在右半转容积不断增大，而转到左半转则容积不断减小，因此，能分别从贴紧定子和转子两侧端面的配油盘上的吸、排口吸油和排油。单作用叶片泵的每两相邻叶片转到吸、排油口间的密封区时，所接触的定子曲线不是与转子同心的圆弧，密封区的圆心角略大于相邻叶片所占圆心角。相邻叶片在密封区内转动时，叶间工作容积先略有增大，然后略有缩小，会产生困油现象，但不太严重，通过在排出口边缘开三角形节流槽的方法即可解决。单作用叶片泵在工作时定子、转子和轴承将承受不平衡的径向液压力，属非卸荷式叶片泵，其工作压力不宜太高，其流量的均匀性也比双作用式差，故应用不很广泛。然而，移动其

16、定子可方便地改变偏心的方向及偏心距离的大小，从而可做成转速恒定而流量可变的双向或单向的无级变量泵。图3-1-9 单作用叶片泵的工作原理图1-转子；2-定子；3-叶片；4-泵体4）水环泵水环泵主要用来排送气体，在船上多用作为真空泵或离心泵的引水泵。水环泵有单作用式和双作用式两种。图3-1-10所示为单作用水环泵及其工作原理简图，在泵体3内部的圆柱形空间内，偏心地安装着一个带有若干个前弯叶片的开式叶轮1（小型泵采用径向叶片）；叶轮两侧紧贴着侧盖2。与泵体连成一体的那一侧盖上靠叶轮轮毂处开有较大的吸入口4和稍小的排出口5，分别与吸入管和排出管相通。图3-1-10 单作用水环泵及其工作原理简图1-叶轮

17、；2-侧盖；3-泵体；4-吸入口；5-排除口工作前，泵内必须充以一定数量的工作水。当叶轮旋转时，水被带动旋转，形成一紧贴泵壳内壁的水环。水环内表面与叶轮轮毂表面及两侧盖端面之间形成一个月牙形的工作空间。该空间被叶轮的叶片分隔成若干个互不相通的腔室。显然，叶间的这些腔室的容积随叶轮的回转在不断地改变。水环泵的工作过程可分为3个连续的阶段：（1）吸入过程：当叶间转过图中的右半转时，由于叶片外端与偏心的泵壳间的距离增加叶间的液体就会被甩出，使叶间腔室的容积逐渐增大，于是，气体便通过侧面的吸入口被吸入。（2）压缩过程：当叶间转过吸入口开始进入图示左半转时，由于泵壳与叶片外端的距离逐渐缩小，叶轮外按圆周

18、方向高速流动的液流便会挤入叶间。这样，在叶间尚未与排出口相通时，其中的气体便受到压缩。（3）排出过程：当叶间转到与排出口相通时，叶间腔室中的压力即会在瞬间与排出压力相平衡，并在叶轮随后的转动过程中，由于叶外的液体不断挤入叶间，从而将气体排出。由上可见，水环泵是靠工作腔室的容积变化来产生吸排，靠挤压所输送的介质而使其能量提高，故也属容积式泵。乍看起来它与叶片泵的工作原理似乎颇为相似，但两者却有着重要的差别。水环泵工作容积的变化并不是靠刚性运动部件直接造成，而是靠水环中的液体进出叶间而造成的。这些液体在图示的右半转中是靠叶轮带动其回转而获得了一定的能量，并被甩到叶外的流道中；而在其进入左半转后，也

19、就只能凭借其已获得的动能挤入叶间，压缩气体。这样，叶轮外的液体流速必然会随着压力的增加而降低。当排出压力升高到一定的数值时，叶轮外液体的速度也就会降得很低，从而不能进入叶间去压缩气体。也就是说，水环泵中的气体在压缩阶段压力能的增加，完全是靠工作水获自叶轮的动能转换而来的。因此，水环泵提高所输送介质压力的能力有一定的限度。在水环泵的工作中，水环除起到传递能量的作用外，还起着密封工作腔室和吸收气体压缩热的作用。气体压缩热和工作水的水力损失转换成的热量会使部分工作水在工作过程中汽化，而且工作水通过轴封和排气还会流失。为此，在泵的出口常设有气液分离器，并需连续地向泵内补水，补水量应大于正常的损失水量，

20、以使部分工作水能随气体的不断排出而得以更换，从而限制泵的温升。水环泵也可像叶片泵那样做成双作用式，以提高气体的流量，并使作用于叶轮上的径向力得以平衡。3离心泵离心泵的工作原理可由图3-1-11所示悬臂式单级离心泵来说明。它的主要工作部件是叶轮1和泵壳3。叶轮通常是由5-7个弧形叶片2和前、后圆形盖板所构成的。叶轮用键和螺母固定在泵轴6的一端。固定叶轮用的螺母7通常采用左旋螺纹，以防反复起动时因惯性而松动。轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳，由原动机驱动按箭头指向回转。泵壳呈螺线形，也称螺壳或蜗壳。图3-1-11 悬臂式单级离心泵1-叶轮；2-叶片；3-泵壳；4-吸入接管；5-扩压管；6-泵轴；7-固

21、定螺母当离心泵工作时，预先充满在泵中的液体受叶片的推压，随叶轮一起回转，产生一定的离心力，从叶轮中心向四周甩出，于是在叶轮中心处形成低压，液体便在液面上的气体压力作用下由吸入接管4被吸进叶轮。从叶轮流出的液体，压力和速度都比进入叶轮时增大了许多。蜗壳将它们汇聚并平稳地导向扩压管5。扩压管流道截面逐渐增大，液体流速降低，大部分动能变为压力能，然后进入排出管。因此，只要叶轮不停地回转，液体的吸排也就会连续地进行。液体通过泵时所增加的能量，显然是原动机通过叶轮对液体作功的结果。图3-1-12为带平衡盘的三级离心泵。图3-1-12 带平衡盘的三级离心泵1-平衡盘；2-平衡板；3-泄放管；4-叶轮；5-

22、导轮；6-泵壳4旋涡泵和喷射泵1）旋涡泵旋涡泵亦属叶轮式泵，根据所用叶轮形式的不同可分为闭式旋涡泵和开式旋涡泵两类。（1）闭式旋涡泵闭式旋涡泵的典型结构如图3-1-13所示。它采用圆盘形的闭式叶轮1，叶轮外缘带有2060个径向短叶片。所谓闭式叶轮是指其叶片部分设有中间隔板（或端盖板）。泵体2和泵盖3以很小的间隙紧贴叶轮，而在它们与叶片相对应的部位则形成等截面的环形流道4。流道占据了大半个圆周，其两端顺径向外延形成吸、排口，而圆周的剩余部分则由泵体上的隔舌6，将流道的吸、排两方隔开。这种两端（或一端）直通吸、排口的流道称为开式流道。闭式旋涡泵必须配用开式流道。图3-1-13 闭式旋涡泵1-叶轮；

23、2-泵体；3-泵盖；4-流道；5-平衡孔；6-隔舌当叶轮回转时，带动泵内的液体一起回转，产生离心力。由于叶轮中液体的圆周速度要比流道中液体的圆周速度大，产生的离心力也大，因而液体就会从叶片间甩出，进入流道，并迫使流道中的液体产生向心流动，再次从叶片根部进入叶间，这种环形流动称为纵向旋涡。液体在叶片和环形流道中的运动轨迹就是绕泵轴的圆周运动和纵向旋涡的叠加，对固定的泵壳来说，它是一种前进的螺旋线；而对转动的叶轮来说，则是后退的螺旋线。这样，液体在沿整个流道前进时，也就会多次进入叶间获取能量，如同多级离心泵一样，直到最后从排出口排出为止。旋涡泵主要依靠纵向旋涡的作用来传递能量。纵向旋涡越强，液体质

24、点进入叶轮的次数越多，泵所能产生的扬程就越高。纵向旋涡的强弱一方面取决于叶轮内液体和流道内液体的离心力之差，另一方面也受纵向旋涡流动阻力大小的影响，即与叶片和流道的形状及叶片的数目有关。旋涡泵中闭式旋涡泵效率较高，可达3545。但因这种泵入口处的液流是从叶轮外缘进入叶间，该处圆周速度较大，且液流情况复杂，速度分布不均，故闭式旋涡泵汽蚀性能差，汽蚀余量必须大一些。此外，泵吸人气体时，气体密度小，会聚集在叶片的根部，以致在转到流道出口时不易排出，又经过隔舌被带回吸人端，故闭式旋涡泵一般不能抽送气液混合物，也无自吸能力。要使其能够自吸，必须在排出端设气液分离室，并设回液口使分离室中分离出来的液体能在

25、排出端挤入叶片根部驱赶气体，然后又被带回吸入端重新裹携气体。闭式旋涡泵多为单级或二级。（2）开式旋涡泵开式旋涡泵的结构示意图如图3-1-14所示，它采用开式叶轮。所谓开式叶轮，就是指叶片不带中间隔板或端盖板的叶轮。开式叶轮的叶片较长，叶片数一般为2426片。图3-1-14 开式旋涡泵1-吸入口；2-排除口；3-叶轮；4-流道在图3-1-14（a）所示的结构中，流道两端不直接通吸、排口，称为闭式流道。泵的吸、排口是开在侧盖靠叶片根部处。这样，在液流进入叶轮处叶片的圆周速度较小，汽蚀性能比闭式旋涡泵好。采用闭式流道的开式旋涡泵只要将吸、排口朝上安装，并在初次起动前向泵内灌满液体，就具有自吸和抽送气

26、液混合物的能力。这是因为在流道的起始部分，液体在离心力的作用下从叶间甩入流道后，叶间就会形成真空，将气体从吸进口吸入叶间。随着叶轮回转，流体的压力就将变大，而且越靠近排出口压力越大。这样，由于气体的密度较小，就会被压缩在叶片的根部，体积不断缩小；另一方面，由于泵的排出口是开在流道的尽头并靠近叶片的根部，所以，当液体随叶轮一起转到流道尽头时，就会急剧地变为向心方向流入叶间，将气体从排出口挤出。采用闭式流道虽然能够排送气体和提高泵的自吸能力，但因液体必须在排出口处急剧地改变运动方向，并克服离心力做功，故能量损失较大，以致使泵的总效率仅为2027。开式旋涡泵也可以采用吸人端为闭式，排出端为普通开式的

27、流道，以保持较高的效率，但这会使它失去自吸能力。为了既保持自吸能力，同时又尽量减少排出端的水力损失，可采用向心开式流道的形式，如图5-1-14（b）所示，这样，泵的效率可提高到27一35。另外一种折衷的办法是在排出端采用开式流道并附加辅助闭式流道，见图5-1-14（c），即在主流道的排出端让大部分液体从排出口。排出，而使其余的一部分液体进入辅助闭式流道c，以便让这部分液体能够在辅流道的末端进入叶片间，把气体从泵体侧面与压出室相通的气体压出口6排出。开式旋涡泵可做成单级，也可做成径向剖的分段式多级，最多可至6级。旋涡泵内部的漏泄途径主要是叶轮端面与泵体和泵盖之间的轴向间隙，该间隙一般为0.1-0

28、.15mm；其次是叶轮外圆与隔舌之间的径向间隙，该间隙一般为0.15-0.3mm。二、空压机在商船上压缩空气主要用于主柴油机的起动、换向和发电柴油机的起动；同时也为其他需要压缩空气的辅助机械设备（如压力水柜、气笛、离心泵自吸装置等）和气动工具供气；或在检修工作中用来吹洗零部件、滤器等。一般船舶设有两个以上有足够容积的压缩空气瓶。向气瓶供气的空气压缩机（简称空压机）是重要的船舶辅机。空压机的排气量一般是指其在单位时间内所排送的相当于第一级吸气状态的空气体积。单位是m3s、m3min或m3h。公称排气量是指在额定排气压力时的排气量。排气量有时也换算对标准吸气状态（温度20、压力0.1013MPa、

29、相对湿度50）计量。空压机按额定排气压力有低压（0.21.0MPa）、中压（110MPa）和高压（10100MPa）之分；按排气量则可分为微型（小于1m³min）、小型(110m³min)、中型(10100m³min)和大型（大于100m3min）。大、中型柴油机船一般设有23台微型或小型、中压、水冷双级活塞式空压机，最近也有的船采用风冷三级活塞式空压机的。主空气瓶最大工作压力多为3MPa左右（柴油机起动空气压力一般不应低于1.5MPa），而其他那些需要较低压力空气的场所则由主空气瓶经减压阀供气。此外，通常还设有一台柴油机驱动的微型应急空压机。1活塞式空压机的结构

30、CZ6030型空压机是一种船用二级空压机，如图3-1-15所示，现以它为例说明空压机的结构。这种空压机的排气量为60m3h，转速为750rmin，一级额定排气压力为0.64MPa，二级额定排气压力为3MPa。曲轴17只有一个曲拐，输入端装有兼作联轴器的飞轮24，电动机通过弹性联轴器带动曲轴旋转，再经连杆、活塞销带动活塞6在气缸8内上下往复运动。气缸及铝合金铸造的活塞都分成直径上大下小的两段，活塞顶部以上为气缸的低压级工作空间，活塞不同直径段过渡锥面以下的环形空间为高压级工作空间，这种形式称为级差式。活塞上段有6道活塞环，下段有6道活塞环和一道刮油环。活塞销用经表面淬火的20号钢制造，与活塞上的

31、销孔过盈配合（因为铝合金活塞热胀系数比钢大），而与连杆小端有0.0250.077mm的配合间隙。图3-1-15 CZ6030型空压机 1-空气滤清器；2-滴油杯；3-卸载机构；4-一级吸气阀；5-气缸盖；6-活塞；7-一级排气阀；8-气缸体；9-二级吸气阀；10-一级安全阀；11、15-防蚀锌棒螺塞；12-安全膜；13-冷却器；14-气液分离器；16-泄放阀；17-曲轴；18-击油勺；19-滑油冷却器；20-油尺；21-泄水旋塞；22-二级安全阀；23-二级排气阀；24-飞轮（兼联轴器）空气经滤清器1吸入气缸上部，滤清器用金属丝网或化学纤维层滤出气体中的灰尘等固体杂质，以减轻缸内磨损。较好的滤

32、清器过滤效率达99.9，滤清器阻力损失一般为24.558.9Pa，但污染后可急剧增大。低压级吸气阀4和排气阀7装在气缸盖5上，升程为3mm。低压级安全阀10装在高压级入口处，开启压力为0.7MPa（一般比额定排压约高15）；高压级的吸气阀9和排气阀23装在气缸中部的阀室内，升程为2.1mm。高压级安全阀22装在排气阀室出口处，开启压力为3.3MPa（一般比额定排压约高10）。气缸体8与曲轴箱之间的垫片厚度可影响两级工作空间的余隙容积，气缸与气缸盖间的垫片厚度可影响第一级工作空间的余隙容积，活塞在上止点时与缸盖的间隙应保持0.51.0mm。船用二级空气压机除采用级差式外，也可以高、低压缸分开，采

33、用并列直立式（曲轴双曲拐）或V型布置。第二节 船舶甲板机械 船舶甲板机械主要包括舵机、起货机、绞缆机、吊艇机、舷梯升降机、舱盖板启闭装置等。限于篇幅本节仅介绍舵机、锚机、绞缆机。一、舵机目前稍大一些的船舶，几乎全部采用液压舵机，电动舵机仅用于一些小型船舶上。液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的可控性来达到操舵目的的。根据液压油流向变换方法的不同，液压舵机可分为泵控型和阀控型两类，现分述如下。1泵控型液压舵机图3-2-1示出泵控型液压舵机的原理图。双向变量油泵2设于舵机室，由电动机1驱动作单向持续回转，而油泵的流量和吸排方向，则通过与浮动杆5的C相连接的控制杆4控制，即依靠油泵控制C偏离

34、中位的方向和距离，来决定泵的吸排方向和流量。图示舵机采用往复式转舵机构。它由固定在机座上的油缸14和可在油缸中往复运动的撞杆9等所组成。当油泵按图示吸排方向工作时，泵就会通过油管从右侧油缸吸油，排向左侧油缸。这样，由于油液的可压缩性极小（压力增加10MPa，体积仅相对减小11301200），撞杆9就会在油压的作用下向右运动。撞杆通过中央的滑动接头与舵柄7连接，而舵柄7的一端又用键固定在舵杆10的上端，因此，撞杆9的往复运动就可转变为舵叶的偏转。显然，改变油泵的吸排方向，则撞杆和舵叶的运动方向也就随之而变。对尺寸既定的转舵机构来说，舵机油泵的工作油压（除很小一部分用来克服管路阻力）主要取决于推动

35、撞杆所需要的力，即取决于转舵扭矩。舵机最大工作压力就是产生公称转舵扭矩时油泵出口处的油压。舵机油泵的额定排出压力不得低于舵机的最大工作压力。舵机的最大工作压力选得越高，转舵机构的主要尺寸（如撞杆直径、撞杆和舵杆轴线间的距离等）就越小，油泵的额定流量和管路直径也就相应减小，所以整个装置的尺寸和重量就会变小。资料表明，当舵机最大工作油压由10MPa提高到20MPa时，往复式舵机的长度大约缩短510，重量约可减轻20，并使工作油液的使用量减少12左右。但是，上述各项指标并非随油压的进一步提高按线性关系减小，当油压从20MPa提高到30MPa时，往复式舵机的长度几乎不变，重量只减轻69，而工作油液的使

36、用量也仅减少16一18。此外，进一步提高工作油压，还将对液压设备的生产和管理水平提出更高的要求，故目前液压舵机的最大工作油压，都不超过20MPa。图3-2-1 泵控型液压舵机原理图1-电动机；2-双向变量泵；3-放气阀；4-变量泵控制杆；5-浮动杆；6-储能弹簧；7-舵柄；8-反馈杆；9-撞杆；10-舵杆；11-舵角指示器的发送器；12-旁通阀；13-安全阀；14-转舵油缸；15-调节螺母；16-液压遥控受动器；17-电气遥控伺服油缸对转舵机构尺寸既定的舵机来说，转舵速度主要取决于油泵的流量，而与舵杆上的扭矩负荷基本无关。因为舵机油泵都采用容积式泵，当转舵扭矩变化时，虽然工作油压也随之变化，但

37、泵的流量基本不变（漏泄量随工作油压的变化一般不大），故对转舵速度变化的影响并不明显。所以，进出港和窄水道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高1倍。泵控型液压舵机较多采用浮动杆式追随机构。在图3-2-1中，浮动杆的控制点A系由驾驶台通过遥控系统来控制，但如把X孔的插销转插到y孔之中，则也可在舵机室用手轮来控制。浮动杆上的控泵点C与变量泵的控制杆4相连；反馈点B经反馈杆8与舵柄相连。当舵叶和驾驶台上的舵轮都处于中位时，浮动杆即处在用点划线ACB所表示的位置，C点恰使变量机构居于中位，故油泵空转，舵保持中位不动。如果驾驶台给出某一舵角指令，那么，通过遥控系统，就会使A点移至A1。由于B点在舵叶转动

38、以前并不移动，所以C点将移到Cl，于是油泵按图示箭头方向吸排，舵叶开始偏转，通过反馈杆带动B点向Bl方向移动。当舵叶转到与A，位置所给出的指令舵角相符时，B也移到Bl，使C点重又回到中位，于是油泵停止排油，舵就停止在所要求的舵角上。这时，浮动杆的位置如图中的实线A1CBl所示。实际上，浮动杆的动作并不是分步进行的，而是在A点带动C点偏离中位后，由于油泵排油，推动舵叶，B点就要移动，只是A、C动作领先，舵叶和B点追随其后而已。当驾驶台发出回舵指令时，A点又会从A1位置移回中位，于是C点也偏离中位向左移动，使油泵反向吸排，因此，舵叶也就向中位偏转，使B点从B1位置向中位移动。直到舵叶转到由A点位置

39、所确定的指令舵角时，C点重新回中，油泵停止排油，舵叶也就停转。由于C点偏离中位的距离受变量泵变量机构最大位移的限制，故只有在舵叶偏转、带动B点从而使C点向中位回移后，才能使A点继续向大舵角的方向操舵。这样，大舵角的操舵动作就不能一次完成，并使油泵的流量总在零与最大值间变动，这不仅会使操舵者感到不便，同时也会降低油泵的效率和转舵速度。为了解决这一问题，在反馈杆上装设了可以双向压缩的储能弹簧6。这样，当A点将C点带到最大偏移位置后，浮动杆就会以C点为支点而继续偏转，压缩弹簧，从而使A点得以一次到达所要求的较大操舵角。随着舵叶的偏转，被压缩的储能弹簧又会首先放松，并在其恢复原状后，才会将B点拉到与A

40、点相应的位置，以停止转舵。可见，在储能弹簧完全放松以前，B点不会移动，C点也将一直停留在最大偏移位置，使油泵得以在较长时间内保持最大流量，从而加快转舵速度。显然，储能弹簧的刚度必须适当，若弹簧太软，则可能使B点先于C点而移动，小舵角操舵也就无法进行；但如弹簧太硬，则大舵角操舵所需的操舵力又会太大，如无法达到，则反馈杆实际上相当于一刚性杆，储能弹簧不起作用，大舵角操舵则难于一次完成。有的浮动杆追随机构加设了副杠杆，它起机械放大作用，可缩小浮动杆及其操纵机构尺寸而保持小舵角操纵的灵敏度。由于浮动杆式追随机构能使油泵在开始和停止排油时流量逐渐增大和减小，因而即可减轻液压系统的冲击。但并非所有泵控型舵

41、机都采用浮动杆追随机构，有的是靠电气遥控系统使主泵流量逐渐增大和减小的。为了防止海浪或冰块等冲击舵叶时，造成舵杆上的负荷过大、系统油压过高和使电机过载，在油路系统中装设了安全阀（亦称防浪阀）13。当舵叶受到冲击以致使任一侧管路的油压超过安全阀的整定压力时，则安全阀就会开启，使油泵的两侧管路旁通，于是，舵叶也就会偏离所在位置，同时带动浮动杆的B点，使C点离开中位，油泵因而排油。当舵上的冲击负荷消失后，安全阀关闭，舵叶在油泵的作用下，又会返回，并将月点带回原位。所以，液压舵机能够很好地适应冲击负荷，安全阀还能防止油泵因工作油压过高而过载。2阀控型液压舵机阀控型液压舵机使用单向定量油泵，其吸排方向不

42、变，油液进出转舵油缸的方向由驾驶台遥控的换向阀来控制，以达改变转舵方向的目的。当换向阀处于中位时，油泵的排油将经换向阀旁通而直接返回油泵的进口（闭式系统）或回油箱（开式系统）；而转舵油缸的油路就会锁闭而稳舵。阀控型舵机的油泵和系统比较简单，造价相对较低。缺点是用换向阀换向，从而导致液压冲击较大。此外，阀控型舵机在停止转舵时，主泵仍以最大流量排油，故油液发热较多，经济性较差。所以，阀控型舵机适用的功率范围一般比泵控型小。但是，随着系统设计的改进，阀控型舵机的适用功率范围也正在不断增大。二、锚机为能克服船舶停泊时，作用在船体上的水流力、风力和船舶纵倾、横倾时所产生的惯性力，以保持船位不变，就需设置

43、锚设备。此外，锚设备还可帮助安全离靠码头，或使船舶紧急制动。锚设备及其在船首的布置如图3-2-2所示。锚设备主要由锚1、锚链5、止链器3和锚机6所组成，利用锚机收放锚和锚链，即可起锚或抛锚。图3-2-3所示为电动锚机，主要由电动机1、传动机构和锚链轮4等所组成。锚机通常还带有绞缆卷筒5，当用于绞缆时可借手柄7使锚链轮的牙嵌式离合器6处于脱开状态。浅水抛锚可脱开离合器靠锚链自重进行，用刹车手柄2调节刹车带松紧控制抛锚速度。深水抛锚为了控制抛锚速度，可将离合器合上，由于减速齿轮箱中的蜗轮蜗杆机构有自锁作用，抛锚速度可由原动机转速来控制。根据锚机所用动力的不同，目前所用的锚机主要是电动锚机和液压锚机

44、。按链轮轴轴线布置的不同可分为卧式锚机和立式锚机。本节主要介绍液压锚机。图3-2-2 锚设备在船首的布置1-锚；2-锚链筒；3-止链器；4-掣链钩；5-锚链；6-锚机；7-锚链管；8-弃锚器；9-锚链舱图3-2-3 锚机的结构形式1-电动机；2-刹车手柄；3-减速器；4-锚链轮；5-卷筒；6-离合器；7-离合器手柄锚机应满足以下基本要求：（1）必须由独立的原动机或电动机驱动。对于液压锚机，其液压管路如果与其他的甲板机械的管路连接时，应保证锚机的正常工作不受影响。（2）在船上试验时，锚机应能以平均速度不小于9mmin将1只锚从水深82.5m处（3节锚链入水）拉起至27.5m处（1节锚链入水）。（

45、3）在满足以上规定的平均速度和工作负载时，应能连续工作30min；应能在过载拉力（不小于工作负载的1.5倍）作用下连续工作2min，此时不对速度提出要求。（4）链轮与驱动轴之间应装有离合器，离合器应有可靠的锁紧装置；链轮或卷筒应装有可靠的制动器，制动器刹紧后应能承受锚链断裂负荷45的静拉力；锚链必须装设有效的止链器。止链器应能承受相当于锚链的试验负荷。三、绞缆机1绞缆机的作用及基本要求系缆设备是船舶为停靠码头、系带浮筒、旁靠他船和进出船坞等所使用的机械设备，主要由系缆索、带缆桩、导缆孔（或导缆钳）、绞缆机，以及绳车、碰垫等所组成。利用绞缆机收绞缆索，即可使船舶系靠。在船首，系缆卷筒通常和锚机一

46、起，用同一动力驱动，并可以通过离合器啮合或脱开；有的起货机也同时带有系缆卷筒；在船尾则大多设置独立的绞缆机。对绞缆机的基本要求是：应能保证船舶在受到6级风以下作用时（风向垂直于船体中心线）仍能系住船舶。其拉力大小应该根据船舶的尺寸，按钢质海船人级与建造规范所推荐的数字选取。绞缆速度一般为1530mmin，最大可达50mmin，达到额定拉力时速度取下限值。绞缆机按所用动力的不同可分为电动绞缆机和液压绞缆机。2液压自动绞缆机普通绞缆机在停泊期间需视潮汐的涨落和船舶吃水的变化相应调整缆绳的松紧，操作时很难保证各根缆绳受力均匀，倘使一根缆绳因过载而拉断，则其他几根受力更大；特别是巨型油船和散装船的缆绳

47、很粗，更增加了操作上的困难。为了克服上述缺点，在许多船舶上采用了自动保持缆绳张力恒定（或在一定范围内）的绞缆机，简称自动绞缆机。液压自动绞缆机的形式很多，但其工作原理基本相同。因为油马达的输出扭矩是由马达的每转排量和工作油压决定的，故对定量油马达而言，只要能自动控制马达输入油液的工作压力，就能控制油马达的扭矩，即自动地调整系缆张力。具体可分为两大类：1）阀控型自动绞缆机这种系统如图3-2-4所示，采用定量油泵7，用溢流阀3来控制油马达4收缆进油侧的工作油压。由于系泊期间油泵的排油仅需补充马达和系统的漏泄，而多余的排油都要经溢流阀溢回油箱，为减轻功率的消耗和油液的发热，常在停泊时改用流量小的辅泵

48、供油，或如图所示借蓄能器1维持供油压力，而用压力继电器9根据蓄能器压力控制主泵7间断工作。2）泵控型自动绞缆机在这种系统中，主泵采用限压式变量泵；或如图3-2-5所示，采用压力继电器7控制电磁二位二通换向阀4对普通变量泵6进行二级变量控制，以使主泵在达到所要求的工作压力时就能改以小流量工作。这虽可省去辅泵，但存在主泵价格较高和系泊期间工作时间长，因而磨损较大的缺点。图3-2-4 带蓄能器的定量泵式自动绞缆机工作原理图1-蓄能器；2-换向阀；3-溢流；4-油马达；5-卷筒；6-溢流阀；7-油泵；8-单向阀；9-压力继电器图3-2-5 带压力继电器的变量泵式自动绞缆机原理图1-卷筒；2-油马达；3

49、-油箱；4-电磁换向阀；5-变量机构油缸；6-油泵；7-压力继电器；8-溢流阀；9-冷却器；10-膨胀油箱第三节 船舶辅助装置一、海水淡化装置船舶每天都需要消耗相当数量的淡水，以满足船员、旅客和动力装置的需要。一般称为淡水者其含盐量应在1000mgL以下。远洋船舶为增加载货吨位，不宜携带过多淡水，一般都设有海水淡化装置（俗称造水机），以减少向港口购买淡水的费用，并增强船舶的续航能力。海水含盐量与所在海区的地质、降雨量、入海河流流量和海水蒸发量等有关。大洋中海水平均含盐量约为35gL。不同海域的海水含盐量虽然不同，但各种主要盐类所占比例却基本不变。其中含量最多的是NaCL和MgCL2，分别占总含

50、盐量的77.7和10.9。水中含盐量越大则导电性越好，故可用水的导电性来检测其含盐量，通常以mgL（NaCL）来表示含盐量多少，也可用mgL（C1）为单位，1mgL（NaCl）相当于0.606mgL（C1）。船上淡水主要用作柴油主机冷却水、锅炉补给水、洗涤和饮用水等。柴油机冷却水只要是淡水即可。洗涤水一般要求氯离子浓度不大于200mgL（C1）、硬度不大于7毫克当量升。饮用水必须不含有害健康的杂质、病菌和异味，含盐量不大于500-1000mgL，氯离子浓度不大于250-500mgL(C1)，pH值为6.58.5。造水机生产的蒸馏水所含矿物质太少，也不能杀灭病菌，故作为饮用水时应经过矿化和杀菌处

51、理。对锅炉补给水的水质要求最高，因此，一般船用海水淡化装置对所产淡水含盐量的要求皆以锅炉补给水标准为依据。我国船用锅炉给水标准规定补给蒸馏水的含盐量应小于10mgL（NaCl）。船舶对淡水的需要数量是：生活用水每人约150250 Ld。动力装置用水以主机功率计，柴油机船每千瓦约需0.20.3 Ld；汽轮机船每千瓦约需0.51.4 Ld。至于辅助锅炉的补水量可按蒸发量的15估计；中、高压锅炉按蒸发量的13计。一般主机功率为7500kW左右的柴油机货船，造水机容量大多不超过2025m3d。目前，海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、反渗透法和冷冻法等。船用海水淡化绝大多数采用蒸馏法，故本节只介绍蒸

52、馏式海水淡化装置。蒸馏法淡化海水是利用盐分几乎不溶于低压水蒸气的特性，使海水加热汽化，然后将所产生的水蒸气重新冷凝，获得含盐量很少的淡水，即通常所谓的蒸馏水。船用蒸馏式海水淡化装置一般都采用真空式，即海水的蒸发和水蒸气的冷凝都是在较高的真空度下进行的。因为真空度高则水的沸点低，便于采用温度不太高的介质作为热源，可以利用船舶动力装置的废热，提高装置的经济性。目前的船用蒸馏式海水淡化装置真空度皆大于80，沸点不高于60，可利用柴油机的缸套冷却水作加热介质，以舷外海水作冷却介质使产生的蒸汽冷凝。另外，保持较低的加热温度能使蒸发器换热面上的结垢减少并便于清除。真空蒸馏式海水淡化装置分为沸腾式和闪发式两

53、种。两者的主要区别是后者的海水是在单独的加热器里被加热，然后再喷入真空容器内“闪发”成汽。闪发式装置虽有结垢少的优点，但经济性不如前者，船上已基本不用。图3-3-1所示为带竖管蒸发器的真空沸腾式海水淡化装置原理图。蒸馏器1的下部是竖管式蒸发器。造水机海水泵2所排海水中的一小部分，经给水调节阀3供人蒸发器，在竖管内向上流过。加热介质（缸套水）从竖管外流过，对海水加热。竖管内海水达到沸点后即开始汽化，流出竖管后蒸汽从水中逸出（称为二次蒸汽，以区别于某些造水机用来加热的蒸汽），绕过横置在蒸馏器上方的管壳式冷凝器两侧的汽水分离器，从冷凝器壳体上部的开口进入。供冷却用的海水在冷凝器管内流过，管外的蒸汽被

54、冷凝为淡水。凝水聚集在冷凝器底部，由凝水泵4抽出送往淡水柜。在蒸发器内，因部分汽化而浓缩了的海水称为盐水，盐水含盐过高会使二次蒸汽携带的水珠含盐量增加，影响所产淡水的质量，故盐水应由排盐泵5不断排出舷外（称为排盐）。当给水量W0等于产水量W和排盐量WB之和时，蒸馏器内的水位就能够维持稳定。给水量W0与产水量W之比称为给水倍率。图3-3-1 真空沸腾式海水淡化装置原理图1-蒸馏器；2-造水机海水泵；3-给水调节阀；4-凝水泵；5-排盐泵；6-真空泵蒸馏器中海水的蒸发和二次蒸汽的冷凝都是在真空状态下进行的。真空度的建立和维持有赖于真空泵6。真空泵6和排盐泵5一般采用水喷射泵，其工作水由造水机海水泵

55、2提供。二、制冷装置海船一般均设有伙食冷库和空气调节装置，某些货船还设有冷藏舱或运送冷藏集装箱，制冷在船上的应用已很普遍。船用制冷装置目前大多采用蒸气压缩式（简称压缩式）。1液态与气态互相转换的规律任何一种物质，当其呈液态时，总有一些动能较大的分子能脱离液面蒸发成为气体，液体温度越高，单位时间内气化的质量就越多。液体气化时如果不能从外界吸热则气化后剩下液体的温度就会降低。另一方面，气体分子在运动中总会有一部分返回到液体中去。气体的压力越大，单位时间内液化的质量就越多。气体液化时，如不设法散热，液体温度就会升高。当液体温度既定时，液面气体压力达到某既定值则气化和液化的进行达到的动态平衡，液面上气

56、体达到饱和状态，这时的气体压力称为该温度所对应的饱和（蒸气）压力，而这时的温度就称为该压力所对应的饱和温度。任何液态物质都存在自身固有的饱和温度与饱和压力的对应关系。温度越高，饱和压力也越高；反之亦然。压缩制冷所用的工质制冷剂（简称冷剂）通常是常温下饱和压力较高的液体。目前所用的冷剂主要有氟利昂12、氟利昂22、氟利昂134a和氨。当液态冷剂单独贮放在冷剂瓶中时，瓶内压力便是它在该温度对所对应的饱和压力。当温度升高时，冷剂的饱和压力便迅速升高，例如氟利昂22（R22）在30时的饱和压（绝对）是1.2MPa，如温度升高到50，饱和压力便升高为1.96MPa。因此，为安全起见，冷剂瓶不得被太阳曝晒

57、和接近高温热源。当需要把冷剂从甲容器转移到乙容器中时，只要用能耐压的接管将两容器相连，使甲容器出口向下，并适当加热（例如用热水）甲容器或冷却（例如用冰水）乙容器，使两容器保持一定的温差（压差）即可。当液体温度低于其压力所对应的饱和温度时，气化只在液面上发生。而液体被加热到温度达到高于其压力所对应的饱和温度时，液体内部会产生许多气泡，因其饱和压力已达到液体所受压力而不致被“压灭”，便会随液体吸热气化而长大浮起，这种在液体表面和内部同时进行的较剧烈的气化现象称为沸腾。液体沸腾时即使被加热，温度（沸点）也不变，所吸收的热量用于使液体气化；反之，气体被冷却到其压力所对应的饱和温度时便放出潜热开始冷凝成液体，在冷凝