船舶动力装置认知课件

项目一船舶动力装置认知任务船舶动力装置认知返回任务船舶动力装置认知一、船舶动力装置的组成根据船舶动力装置中各种机械、设备、系统的作用不同，船舶动力装置可分为以下几个部分:1.推进装置推进装置是提供船舶正常航行所需推动力的一整套设备。其中包括:①主机:主机是指推进船舶航行的动力机，是动力装置的最主要部分，如柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等。②船舶轴系:它是用来将主机的功率传递给推进器，包括传动轴、轴承和密封件等。下一页返回任务船舶动力装置认知③传动设备:传动设备是将主机动力传递给推进器接合或断开的中间部件，主要包括起接合或断开作用的离合器、减速器和联轴器等。④推进器:它是能量转换的设备，将主机发出的能量转换成船舶推力，如螺旋桨和喷水推进器等。大部分船舶使用螺旋桨。2.辅助装置辅助装置是指除提供船舶除推进装置以外，产生其他使用能量的设备，以保证船舶航行和生活需要，其中包括:①船舶电站:其作用是供应全船所需的电能，主要是由发电机组、配电板及其他电气设备组成。②辅助锅炉装置:其作用是产生蒸汽以满足加热、取暖以及其他生活需要，包括辅助锅炉、给水、鼓风、冷凝、换热等设备及管路。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知

3.船舶管路系统船舶管路系统是指用来连接各种机械设备，并输送有关工质的成套设备，由各种阀件、管路、泵、滤器、热交换器、仪表等组成。按用途不同，管路系统分为:①动力管路系统:主要用来为主机和辅机服务的管路系统，包括燃油、润滑、冷却、压缩空气、排气及废气利用等系统。②船舶管路系统:主要用来为船舶的平衡性、稳定性、人员生活及安全服务的管路系统，包括舱底水、压载水、生活水、消防水、通风、空调、冷藏等系统。4.船舶甲板机械上一页下一页返回任务船舶动力装置认知船舶甲板机械是指为了保证船舶航向、停泊及装卸货物所需要的机械设备。包括:①锚泊机械设备—包括锚机、锚链、止链器、锚链筒、锚等。②操舵机械设备—包括舵、舵机、转舵机构、操纵机构等。③起重机械设备—包括起货机、吊艇机及吊杆等设备。

5.机舱自动化设备机舱自动化设备包括对动力装置的远程、集中和自动控制的各种系统，主要由遥控、自动调节、监视、安全和报警等设备组成。船舶动力装置的组成中，推进装置是一个重要组成部分，它影响整个船舶动力装置的性能。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知其工作的好坏，直接关系到船舶的正常航行和安全，所以，在设计及建造工作中都要特别注意，这样才能保证船舶动力装置正常工作。二、船舶动力装置的类型及特点船舶动力装置的类型一般是以主机的结构形式来命名的。现代船舶典型的船舶动力装置有以下几种:1.柴油机动力装置柴油机动力装置具有比较优良的性能，广泛应用于货船、客船、渔船、油轮、工程船舶以及军工舰船上。目前我国柴油机船的船舶总数、吨位和主机总功率约占90%以上。

(1)柴油机动力装置具有的优点上一页下一页返回任务船舶动力装置认知①有较高的经济性。②重量轻。③具有良好的机动性。(2)柴油机动力装置具有的缺点①单机功率低。②柴油机工作中振动噪声大。③大修期限较短。④柴油机在低转速区工作时稳定性差。⑤滑油耗率较高。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知2.汽轮机动力装置主要用于航空母舰、核潜艇主推进装置。(1)汽轮机动力装置的主要优点①汽轮机的转子在高温、高压、高速流动的蒸汽作用下连续工作，转速较高(船舶推进主机一般为3x103~7x103r/min，汽轮发电机大多≥3x103r/min)，而且可采用高压、低压几级汽轮机，因此，单机功率很大。现代单机汽轮机单机功率可达1.2x103MW，因此，主机本身的单位重量尺寸指标优越。②汽轮机叶轮转速稳定，没有周期性作用力，因此，汽轮机组振动噪声小。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知③汽轮机工作时只有转子轴承处有摩擦阻力，故磨损部件少，工作可靠性高，使用期限可高达105h以上。④可使用劣质燃油，滑油消耗率低，仅为0.1`0.5g/(kW·h)，柴油机滑油消耗率为3~10g/(kW·h)。⑤汽轮机主机结构简单、紧凑，使用管理方便，保养维修工作量小。(2)汽轮机动力装置的缺点①汽轮机动力装置由于具有装备锅炉、冷凝器以及辅机和设备，故整个动力装置比较复杂，装置重量尺寸大。装置单位重量为24~26k粼kW，占去了船舶许多营运排水量。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知②燃油消耗量大，装置效率低。③机动性差。

3.燃气轮机动力装置燃气轮机动力推进装置多用于军用舰艇上，它能满足舰艇对动力装置提出的高速、高机动性和极低的单位重量指标的战术技术要求。

(1)燃气轮机动力装置的优点①单位功率的重量尺寸较小。②良好的机动性。③燃料消耗率不及柴油机。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知

(2)燃气轮机动力装置的缺点①主机本身不能自行反转，可反转的机组结构复杂，一般为专用倒车设备配置。燃气轮机进出口附近噪声大，须采取消声措施。②由于燃气的高温，叶片使用的合金钢价格高，工作可靠性差，寿命短。燃气初温在1200℃以上的燃气轮机，寿命为8000h。③燃气轮机的耗油率高。④燃气轮机工作时空气流量大。

4.核动力装置核动力装置主要用在航母、军舰、潜艇或破冰船上。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知核动力装置是以原子核的裂变反应所产生的巨大热能，通过工质(蒸汽或燃气)推动汽轮机或燃气轮机工作的一种装置。现有的核动力舰艇几乎全部采用压力水型反应堆。

(1)核动力装置的优点①核动力以极少量的核燃料释放出巨大的能量，可以保证船舶以较高的航速航行很远的距离。②核动力装置在限定舱室空间内所供给的能量比其他形式的动力装置要大得多，也就是说，核动力装置能提供极大的功率。③核动力装置的另一个最大特点是不消耗空气而获得能量，这可使潜艇长期在水下航行，大大提高隐蔽性能。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知对于水面舰艇，由于不需要进排气装置和管路，船体上无烟囱，进排气口小，因而减小了甲板开口，提高了全船的封闭性。有力地防止了放射性及有毒物质进入舱内，也减少了对方红外侦察器的发现概率及红外自导武器的攻击危险性。(2)核动力装置的缺点①核动力装置的重量比较大。②操纵管理检查系统比较复杂。③核动力装置造价高昂。三、船舶动力装置的基本特性指标动力装置技术特征通常有三方面指标:技术指标、经济指标、性能指标。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知

1.技术指标

(1)功率指标功率指标表示船舶做功的能力。动力装置的功率是按船舶的最大航速来确定，为了保持船舶的航速动力，装置的功率往往取大一些(一般大10%)。1)船舶有效功率已知船舶航行速度为Vs(m/s)时，其运动阻力为R(N)，则推进船舶所需的有效功率:

2)主机的输出功率上一页下一页返回任务船舶动力装置认知主机的输出功率即主机的制动功率或有效功率。考虑推进效率(ηh、ηr

、ηo)和轴系传动效率ηs，则主机的输出功率新船设计时，要确定推进器装置的功率，只要知道母型船的排水量、功率及航速等技术参数，一般采用“海军系数法”进行估算。3)相对功率上一页下一页返回任务船舶动力装置认知排水量相同的船舶由于其性质、任务不同，动力装置要求的功率相差很大。为便于比较，通常用相对功率表示。所谓相对功率，就是对应于推进船舶每吨排水量所需的主机有效功率。因为,ηd为推进效率,所以上一页下一页返回任务船舶动力装置认知由此可见，相对功率与船速Vs的三次方成正比，与排水量的立方根成反比，故高速船舶每吨排水量所需要的功率较大。船的用途不同，其值也有一定差别，内河船舶比海船大些，军用船舶最大。

(2)重量指标重量指标通常是相对于主机功率或船舶排水量而言的。在一定的排水量下，为了保证船舶具有足够的载货量，要求动力装置的重量越轻越好。但对于排水量相同的船舶，由于彼此的航速不同，所需要的总功率也不同，所以动力装置的重量相差也很大。动力装置的重量指标，常采用以下几项比值系数表示。1)主机的单位重量gz上一页下一页返回任务船舶动力装置认知即主机单位有效功率的重量，表示式为内河船舶和军用舰艇要求有较小的gz值，一般高速机gz比低速机的小。2)装置的单位重量gε即主机单位有效功率所需动力装置的重量，表达式为上一页下一页返回任务船舶动力装置认知动力装置重量有三个不同的内涵，即动力装置干重(所有的机器、设备和管系的重量，不包括内部的工质和消耗品及其存储量)、湿重(包括其内部所装工质和消耗品重量，但不包括消耗品存储量)和总重(包括上述全部重量)。计算时常用湿重，一般gε为gz的2~3倍，内河船舶的gε比海洋船舶的小。3)主机的相对重量gzr即主机重量Gz与船舶满载排水量△之比，即4)装置的相对重量gεr上一页下一页返回任务船舶动力装置认知即动力装置重量Gε与船舶满载排水量之比，即对于装置而言，其单位重量越小，表示该装置越轻，所消耗的金属材料也越少。(3)尺寸指标机舱的绝对尺寸有:机舱总长度L∑,m;机舱总占有面积S∑，m2；机舱总占有容积V∑，m³。机舱的相对尺寸有:机舱的相对长度(Lw1为船长)，机舱面积饱和度KS，机舱容积饱和度KV。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知1)面积饱和度KS面积饱和度指每平方米机舱面积所分配的主机有效功率，用公式表示为2)容积饱和度KV容积饱和度指每立方米机舱容积所分配的主机有效功率，用公式表示为2.经济指标动力装置的经济指标，常用以下三个指标来表示:上一页下一页返回任务船舶动力装置认知(1)主机燃油消耗率b2主机燃油消耗率是指在单位时间内主机单位有效功率所消耗的燃油量。(2)动力装置燃油消耗率bε(3)推进装置的有效热效率ηe推进装置的有效热效率是指有效功的热与所消耗的热之比，表达式为上一页下一页返回任务船舶动力装置认知以上三个经济指标都是代表动力装置在有效功率下，燃料和热能利用的经济性。但是有些船舶全功率、全航速时间不多，经常使用部分负荷运行，或者工况变化非常频繁，这时有一个全面性的燃料经济指标—装置每海里燃油消耗量。(4)每海里航程的燃油消耗量bn每海里航程的燃油消耗量是指船舶航行1nmile，装置所消耗的燃油量，即或上一页下一页返回任务船舶动力装置认知一般，Bf和Bg与航速无关。主机每海里消耗的燃油量为又因为,所以图1-1-1为燃料消耗率和每海里航程燃油消耗率随航速变化的关系曲线。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知当船舶处于慢速航行时，虽然bz会有所增加，但bz因航速的降低仍将下降。图中bn的最小值所对应的航速常称为经济航速。应该指出，这里的经济航速，并非船舶盈利的最大航速，尚需考虑船舶的折旧费、客货的周转量、运输成本及利润等因素。不同的航区和航种有其相应的最大盈利航速，需要通过调研、统计分析加以确定。3.性能指标性能指标是进行动力装置选型的重要依据，也是反映装置好坏及特点的重要指标，它主要包括:装置的可靠性、机动性、使用寿命、振动噪声以及机舱自动化等。

(1)可靠性上一页下一页返回任务船舶动力装置认知可靠性是指船舶动力装置在使用阶段的故障发生率和因此而发生的停航时间，常以主、辅机修理间隔时间作为衡量依据，故要求其主要零部件及易损件的使用寿命较长。(2)机动性机动性是指装置中的各种机器设备，改变工况时的工作性能。在发动机准备启动阶段，有关辅机及其系统应处于工作状态，给发动机注油、盘车和暖机等，所需时间为2~10min，此时间越短越好。对于柴油主机工作的机动性能，灵敏性尤为重要，要求其曲轴在任何位置环境温度在8℃~10℃时，能迅速可靠地启动;从冷态启动到全负荷状态下运行，应不超过10min;应急情况下应不超过3~4min。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知选型时，考虑数据为:直接传动所需时间为8~10s;间接传动所需时间为3~8s;调距桨传动所需时间为2~5s。为了保证船舶低速航行，要求发动机在最低转速下能较长时间可靠而经济地运行。一般发动机的最低稳定转速是全速的30%~40%，要求柴油机的停车时间为2~5min，在紧急情况下应缩短时间。

(3)振动和噪声的控制轴系的扭振应力不应超过许用的范围，否则将导致断轴，使柴油机的正常工作遭到破坏，故必须进行控制。一般可从结构设计或加弹性联轴器入手，使其扭振的附加应力不超过规范所规定的范围。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知动力装置的强烈噪声，严重影响轮机人员的健康。为此，船舶噪声标准中，对机舱区的噪声做出如下规定:无控制室机舱主机操纵为90dB;无人机舱或有控制室机舱为110dB;机舱控制室为75dB;轮机人员工作间为85dB(4)主机遥控和机舱自动化根据船舶自动化程度，机舱可分为值班机舱和无人机舱两类，而主辅机的操纵管理分为驾驶台远距离遥控、微机自动化管理和机旁控制三类，机旁控制只作为故障时紧急情况的操纵管理。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知(5)动力性和配合性能动力性和配合性能指柴油机动力的发挥和利用情况及螺旋桨的配合性能。一般应使柴油机的功率得到充分发挥，并与所驱动的螺旋桨匹配得当，既不能供大于求，也不能供不应求。四、后传动设备船舶主推进装置中，从发动机到螺旋桨之间除了传动轴系之外，完成各种传动功能的设备综合体，称为后传动设备。后传动设备主要有船用齿轮箱、摩擦离合器、液力偶合器、弹性联轴器、挠性联轴器及可调螺距螺旋桨装置。后传动设备的基本任务:上一页下一页返回任务船舶动力装置认知①减速及变速传动。②用以并车和分车组合或分配推进功率。③离合与倒顺。利用离合器可使主机无载启动、多机并车时可实现部分主机工作、提高低航速时装置的经济性;各台主机之间实现相互之间切换工作;在没有微速装置的场合，可利用离合器滑摩或时离时合操作以满足船舶微速航行的功率要求;采用非反转的主机时，要求配置担负倒顺任务的传动设备，以便在主机不变向的情况下，使螺旋桨轴反转，以实现船舶倒航。④抗震与抗冲击。⑤布置中的调节作用，可满足左右机转向不同的要求，可实现双轴线、多轴线的轴线布置的距离和轴线高低的调整。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知

1.船用齿轮箱(1)船用齿轮箱作用①减速。②反向:在固定螺距螺旋桨与不可反转的主机组成的推进系统中，螺旋桨的反转也要靠齿轮箱来完成。这种能起倒顺车作用的减速齿轮箱称为倒顺—减速齿轮箱。③离合:为了使发动机与齿轮箱能随意结合或脱离，在倒顺—减速齿轮箱中还装有离合器。这种能起离合作用的倒顺—减速齿轮箱称为离合—倒顺—减速齿轮箱。在我国内河和沿海的小型船舶上，多半采用高速柴油机作主机，一般都配有离合—倒顺—减速齿轮箱。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知(2)齿轮箱的主要技术指标①额定功率Pn和额定转速nn。齿轮箱的额定功率和额定转速是指在额定工况下的输入扭矩和输入转速。因此，在选配齿轮箱时，它的额定功率和额定转速一般应等于主机的额定功率和额定转速。②额定扭矩M。这是指在额定工况下齿轮箱输入轴的扭矩。它与额定功率和额定转速的关系是:上一页下一页返回任务船舶动力装置认知③额定传扭能力。它是指齿轮箱额定功率与额定转速的比值。它是齿轮箱工作能力大小的技术指标，也是选配齿轮箱的重要依据之一。选择齿轮箱时，应同时满足上述技术指标的要求。2.摩擦离合器船用离合器主要有机械式(摩擦离合器是机械式)、液动式、电磁式。

(1)摩擦离合器的作用①当离合器接合时，使主机功率传给螺旋桨;当离合器脱开时，使主机不带动螺旋桨，以便于主机空载启动、空转或检修，以及当多桨船舶拖桨航行时减少航行阻力。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知②当采用不可反转主机时，利用离合器与倒车齿轮系配合，使螺旋桨反转。③有利于多机并车传动和单机分车传动。④使船舶实现超低速航行。⑤便于主机带动其他设备，如发电机、油泵、水泵等。⑥气胎式摩擦离合器有一定的减震作用。⑦对主机、轴系、齿轮箱及弹性联轴器等起保护作用。

(2)摩擦离合器结构及工作原理气胎摩擦离合器结构如图1-1-2所示，它主要由内、外鼓轮组成。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知内鼓轮与主动轴(也可与从动轴)相连接，或直接与发动机或主电动机连接。外鼓轮的侧面装有转轴用的齿圈10，齿圈上有两个开口，以便观察和测量摩擦面之间的间隙。齿圈的外侧有观察孔盖8,内侧有防护罩9，以防水和滑油及杂物掉到离合器内。外鼓轮由外壳7、气胎12,摩擦块14及圆盘16等组成。外鼓轮与空气分配器轴连接，此轴可作从动轴(也可作主动轴)。圆盘内有通向气胎的空气道。气胎用螺栓固定在外壳上，螺栓拧在连接钢板11上，它与气胎硫化在一起。气胎表面用销钉13固定摩擦块14，它是胶合在金属骨架上的石棉橡胶混合物。当压缩空气通过气道向气胎12充气时，气胎胀大，内径缩小，摩擦块压紧内鼓轮，离合器接合;当气胎12中的压缩空气放出时，由于气胎的弹性及气胎的离心力使其恢复到原来形状，离合器脱离。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知3.船用液力耦合器(1)耦合器作用在船上主要用作弹性联轴器和离合器。(2)液力耦合器的结构及工作原理其结构如图1-1-3(a)所示，离心泵2在原动机1驱动下回转，循环柜6中的液体被离心泵吸入并获得能量后，经过连接管3冲到涡轮机4的叶片上，把能量传给涡轮机，然后流回循环柜，涡轮机便带动螺旋桨5回转。但这样的液力传递装置有很大的能量损失，所以后来发展成图1-1-3(b)所表示的简单结构，即它的主要部件是三个工作轮:泵轮、涡轮、转动外壳。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知泵轮为主动部分，涡轮是从动部分，两轮对称布置，尺寸完全相同，轮内都设有相当数量的叶片，形成很多工作腔。两轮在轴向存在一定的间隙，彼此无机械联系，泵轮的进、出口正好和涡轮的出、进口相对。工作腔中一般充有油，靠油在工作腔中流动而传递能量。转动外壳一般和泵轮相连，随泵轮一起转动，阻止油外漏。五、船舶动力装置设计1.船舶动力装置设计的特点和主要要求(1)船舶动力装置设计的特点①必须符合船舶的特殊使用条件—船用条件。包括环境条件、空间条件。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知②必须设计成具有必要的目标任务条件和合适的保障条件。包括营运条件、作业条件、研究条件及工作条件、生活条件和生存条件。③必须全面地、综合地进行设计，进行通盘考虑。包括动力装置与总体性能、动力装置、动力装置内部各子系统之间的综合平衡和匹配，以实现预定的技术经济指标。④必须全面掌握动力装置所覆盖的各技术领域，如船舶推进技术、热能转换技术、电气技术、安全技术、消防技术，防污染技术、冷藏技术、通风和空调技术、仿真技术及人员生活、生存技术等。⑤受控于国防公约、规则、船级社规范、船旗国法规等要求和约束。⑥必须根据市场经济的特点，对设备的选用和配套应在目标成本的控制下进行。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知

(2)船舶动力装置设计的主要要求船舶动力装置设计时，除满足设计任务书的要求和相应的规范外，还必须有以下几方面要求:①经济性。主要包括两方面:一是船舶自身的经济性能;二是船舶营运经济性。船舶本身的经济性能取决于两个方面:一是船体工作方面性能;二是动力装置方面的经济性能。提高动力装置的经济性能应从提高推进装置的有效热效率方面加以考虑，主要从提高装置的推进效率，提高装置的热效率，改变船舶操纵，实现经济航速等方面进行研究。船舶营运经济性，应进行周密的计划，合理的调度，有效提高船舶货物周转量。另外，对设备精心维护，合理使用，有效地降低营运费用。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知②可靠性。主要有两方面含义:一方面是动力装置的生命力，指动力装置受外界因素的影响后，仍能继续工作的能力;另一方面是动力装置能正常运行的时间。③机动性。指主推进装置从一种工况过渡到另一种工况的过渡能力。④可维性。衡量可维性的尺度是维修度，其定义为:在规定条件下，在规定时间内，对可修复的产品进行维修能完成的概率。而衡量维修度的尺度是有效度，即为可修系统、设备或零部件在给定时间内保持功能处于正常状态的概率。⑤重量、尺寸指标。应尽可能地做到重量轻，机舱所占的长度、容积小，面积饱和度和容积饱和度高。上一页下一页返回任务船舶动力装置认知⑥振动、噪声指标。应使振动、噪声最小，符合有关规定并创造满意的工作和生活条件。

2.船舶动力装置设计的主要内容①船舶主推进系统设计，包括主机选型设计、主机及齿轮箱的配套设计、船舶轴系设计等;②船舶电站(主电站及应急电站)设计;③热源系统(蒸汽系统、热煤油系统等)设计;④动力系统(燃油、滑油、冷却水、压缩空气、进排气、加热蒸汽等系统)设计和辅助设备选择;上一页下一页返回任务船舶动力装置认知⑤船舶系统(船底水系统、压载水系统、消防系统、疏排水系统、空调系统、油船、液化气船、化学品船的专用系统)设计;⑥自动控制、监测、报警系统设计;⑦防污染系统(机舱防油污系统、油船防油污系统、生活污水防污系统及防止有毒液体、物质