第讲船舶辅助机械与船舶设备

第11讲

船舶辅助机械与船舶设备一、船舶辅助装置

船上除了主机和主推进系统外，还有各种类型的辅助装置和辅助机械，以满足全船对电能、热能和机械能的需要，保证主机、辅机和管路系统的正常工作，满足船员和旅客的生活、工作需要。

船舶辅助装置主要是指辅助动力装置，包括船舶电站和辅助锅炉。

船舶辅助机械，简称辅机，是指消耗电能、热能和机械能的各种机械设备。包括各种泵、空气压缩机，通风机，制冷机，制淡机，净油机和空调机等。甲板机械也属船舶辅机。1、船舶电站

现代船舶电站一般以柴油机作为电站的原动机，构成发电机组，称为柴油发电机组，且一般采用中高速柴油机。

大中型船舶的应急电站，也用柴油发电机组，或是与蓄电池的组合。小型船舶的应急电站则只用蓄电池组。

船舶在营运的整个过程中，对电量的需求是不断变化的。航行中，用电的设备有舵机、某些泵、通风机和照明设备，用电量小；停泊装卸货时，要开动锚机、绞缆机、起货机，夜间还需要大功率的照明设备，用电量很大。

所以民用船舶多采用两台以上的发电机组。平时只开一台机组，用电高峰时双机并车发电。

对于小型船舶，采用一台发电机组，另加一台主机带的小型发电机组，称为轴带发电机组，航行期间只用轴带机组2、船舶辅助锅炉

在以柴油机为主机的船上，蒸汽用来驱动某些辅机，给部分设备加热和满足船员生活需要，产生这种蒸汽的锅炉称为辅助锅炉。

小型柴油机船上，蒸汽用来加热生活用水、舱室取暖和厨房用汽。

蒸汽还可用于驱动汽轮发电机组和汽动甲板机械；还可用于消防系统、冲洗海底阀和清扫货油舱等。

辅助锅炉主要有燃油辅助锅炉和废气锅炉两类，也有兼具两种功能的混合式辅助锅炉。

大中型船上还用于柴油机的暖缸和燃油、机油的加热。

废气锅炉是利用主机产生的废气来加热水产生蒸汽，所以一般设置在主机排烟道出口附近，内部无需炉膛和燃烧室，结构简单。

随着废热利用率的提高，多余的蒸汽还可以驱动汽轮发电机组和其他汽轮机。

废气锅炉主要在航行过程中使用，主机停机时，使用燃油锅炉。有些船，在发电机组的柴油机排烟管中也设废气锅炉。

燃油－废气混合式锅炉，是将燃油锅炉和废气锅炉整合在一起，即可用燃油加热，也可用废气加热。这种辅助锅炉应用日渐广泛。二、船舶辅助机械

泵是船上广泛应用的一种设备，由电机驱动。泵将旋转的机械能转变为液体的压能，一方面克服管道流动阻力将液体输送到目的地；另外，液体的压能也可作为动力驱动液动设备，如液压舵机等。

船上应用的泵种类繁多，按原理分为三类：1、液体输送机械（泵）1）叶轮式泵：离心泵，轴流泵，旋涡泵2）容积式泵：分为往复式和回转式两种，往复式有活塞泵，柱塞泵；回转式有齿轮泵，叶片泵，螺杆泵。3）喷射泵

（1）活塞泵

活塞泵是往复泵，利用活塞的往复运动，造成容积的变化，来吸入和排出液体，并提高液体的压力。船用活塞泵有蒸汽驱动和电动驱动。

柱塞泵与活塞泵的工作原理相同，只是往复运动的部件是柱塞。

（2）回转泵

利用回转部件的旋转，引起工作空间容积的变化，以达到吸、排液体的目的。最常用的是齿轮泵。

叶片泵

螺杆泵

（3）离心泵

由泵壳和带叶片的叶轮组成。叶轮带动液体高速旋转，液体在离心力作用下，沿叶片径向向四周甩出，叶轮中心形成负压，吸入液体。

离心泵有流量大而均匀、结构简单和工作可靠等优点。但工作排压较低，启动时必须先灌满液体才能开始工作（不具备“自吸”能力）。

要提高压力，可加大叶片直径，或采用多级叶轮串联的方式。在船上用作冷却、消防、压载和卫生水泵，排压低而排量大。

（4）离心旋涡泵

是一种特殊的离心泵。叶片多次作用于液体，形成纵向旋涡，以产生吸排作用。

旋涡泵具有结构简单、体积小的优点，可制成自吸和抽送气液混合物的形式。适合于小流量、小功率、高压的场合。

（5）喷射泵

利用高速射流降低压力，以形成一定的真空度来吸排液体。

喷射泵结构简单、体积小、重量轻、无运动部件，使用、维护方便。

各类泵特点不同，流量和压头范围各异，适用于不同的场合。

排量是单位时间内输送的液体体积或质量。压头又称扬程，是单位重量液体获得的能量，以位能表示，用米计量，高压头的泵可用压力计量。应用场合：2、气体输送机械

船上的气体输送机械主要是指空气压缩机和通风机。

（1）空压机

空压机用来将空气压缩，提高压力。压缩空气是船上广泛应用的一种动力源，可以用于主、辅机的启动，倒顺车及离合器的操纵，汽笛的鸣响，海底阀、油渣柜和过滤器内杂物的吹除，压力水柜的充气，潜艇及深潜器压载水舱的排水等。

空压机可分为活塞式和离心式两种，船上多用活塞式空压机。活塞式空压机由单缸、双缸、单作用、双作用和多级压缩等型式。

单作用、两级空压机

空压机还可按终点压力分为低压、中压、高压、超高压等类型；按排气量大小分为小排气量、中排气量和大排气量等类型。还可按气缸数、气缸排列形式、压缩级数和活塞作用次数分类。

（2）通风机

船上的大部分舱室都处于封闭或半封闭状态，需要人为的进行强制通风，送入新鲜空气，排出污浊气体，并维持各舱室的温度和湿度，以保证乘员健康和营运安全。

某些特殊舱室，如滚装船的车辆舱，容易积聚可燃性气体，必须按要求换气，确保安全。

通风机有离心式和轴流式两种。

轴流式通风机具有风量大、压头低、转速高、结构轻便、体积小等优点。3、其他辅机

（1）离心式净油机

燃油和滑油中常含有少量的水分和杂质，较粗的杂质可以通过过滤和沉淀去除，而较细的杂质和水分则需要用离心式净油机来去除。

离心式净油机利用油、水和固体杂质的比重不同，使其高速旋转依靠离心力的不同进行分离。

（2）制淡装置

也称造水装置。船上除了船员的日常生活，主副机的冷却和锅炉的补给都需要淡水。对于远洋船舶，除了用淡水储备舱储备淡水外，还应该有制淡装置，这样可以减少淡水的储备，又可应对意外情况。

船上常见的制淡装置是沸腾式或称蒸发式制淡装置。

船上食品的储存、渔品加工运输船对渔品的长时间保存、某些特殊货品的运输，都需要在低温条件下进行。所以船上要设制冷装置。

（3）制冷装置

制冷装置通常分为直接冷却式和间接冷却式。三、甲板机械

甲板机械一般是指舵机、锚机、起货机、绞缆机和吊艇机。按驱动方式分为蒸汽驱动、电动、气动、液动等多种。现代船舶大多采用液压驱动甲板机械。1、舵机

电动舵机多用于内燃机船，一般采用直流电动机驱动。结构简单，占据空间小，运转平稳。但在大型交流电源船上，需要配备大功率的变流机组，故逐渐被电－液动舵机取代。

（1）电动舵机

这是一种广泛应用的操舵设备。首先由电动机驱动液压泵，产生一定流量和压力的液压油，液压油驱动液压缸再带动舵转动。

（2）电动液压舵机

为了控制转舵的速度和转舵的方向，需要液压油的流量和流速可变，这可用变量泵或换向阀来实现。

图示为双柱塞电动液压舵机原理图。该舵机采用变向变量泵，正常航行时，泵排量为零，舵角为零。转舵时，控制机构接受指令，控制泵的排量增加，液压油由泵进入液压缸，驱动柱塞并带动舵转动，舵的转角会反馈给控制机构，当舵角达到指令值时，控制机构使泵排量回零，于是停止转舵，并维持设定舵角。2、锚机和绞缆机

锚机和绞缆机是进行锚泊和系泊的动力机械，要求满足以下要求：1）便于起锚、抛锚，解缆和系缆，工作可靠，可倒转，有足够功率

2）起动平稳，收放方便，制动可靠

3）能进行多种作业，可单锚，又可双锚和绞缆

4）重量轻，占甲板面积小

一般将锚机和绞缆机做成联动机组，成为既能起抛锚又能绞缆的锚缆联合机。按原动力分为蒸汽驱动、电动和电液动三种。按转轴位置分为卧式和立式两种。

（1）卧式电动锚机

电机驱动蜗轮蜗杆机构，经减速齿轮驱动传动轴，锚链轮和卷筒通过离合器与传动轴接合。

离合器接合锚链轮则卷筒不工作；离合器接合卷筒则锚链轮不工作。离合器还可控制左右锚单独收放。无动力时，可手动抛锚，但不能起锚。

（2）立式电动锚机

又称为绞盘。传动轴垂直设置，卷筒可卷绕来自任何方向的缆绳。电机、电磁刹车、减速机构均悬空放置在主甲板下面，常用于军舰，提高生命力。四、船舶设备

为了满足船舶营运中的各项要求，如控制船舶的运动、可靠停泊、物资装卸、保证航行安全、人员生活需要等，船上还必须配备不同用途的设备、系统和航海仪器。

船舶设备分为通用设备和专用设备两大类，通用设备是指各种用途的船舶都必须装备的设备，如舵设备、锚设备、系泊设备、装卸设备、救生设备、桅樯设备以及关闭设备等。

专用设备只为某些特殊船舶专门配备，如钻井平台的钻探设备，科考船的各种取样及探测设备，渔船的渔捞设备，拖船的拖曳设备，补给船的补给设备等。1、舵设备

舵设备是应用最为广泛的船舶操纵设备。舵设备包括操纵装置、传动机构、舵机、转舵机构、舵，以及自停装置、舵角限制器、太平舵装置。

操纵装置置于驾驶室，包括舵轮和舵角指示器。新埔洋号油轮的驾驶室育鲲轮的驾驶室

传动机构将操作信号传递给舵机，控制舵机的运转；舵机提供转舵的原动力；转舵机构将舵机的原动力转化为作用在舵柄上的转舵力矩；舵转动后受到横向的水压力作用，使船回转。

自停装置控制舵转到给定的角度就自动停止；舵角限制器用来防止转舵超过最大允许舵角；太平舵装置是备用设备，由人力操作。

从驾驶室到舵机的传动机构，有机械式、液压式和电力式，机械式已基本淘汰，液压式和电力式使用普遍，尤其电力式，操纵轻便，动作灵敏，大多数船舶采用。

远洋船舶普遍采用自动操舵装置，它将操舵机构与陀螺罗经联系起来，能自动纠正航向，实现港到港的全程自动导航和自动操舵，实现无人驾驶。

舵的形式很多，按不同的标准有不同的分类方法。1）按舵杆轴线分

非平衡舵：舵叶面积全部在舵杆轴线的后面，水压力中心远离舵杆轴线，所需转舵力矩大。但舵有多个支点，舵杆强度易保证。

（1）舵的结构形式

平衡舵：部分舵叶面积位于舵杆轴线前方，水压力中心离轴线近，所需转舵力矩较小，可以节省舵机功率。

半平衡舵：舵杆轴线前方的舵叶面积并非占全部舵叶高度。

支撑舵：尾柱上有舵的下支撑点。

平板舵：舵的主体是一块平板，简单，只用于小船。2）按舵的支撑形式

悬柱舵：舵只有位于船内的上支撑点，没有下支撑点，类似悬臂梁。

半悬柱舵：船体提供舵的中间支撑点。现代大型船舶均采用这种形式，它既方便于船尾的设计，不必提供下支撑点，又一定程度减小了舵杆的弯矩。3）按舵叶剖面形状

流线型舵：舵的水平剖面呈流线型，结构较复杂，但水动力性能好，航行阻力小，舵效高。舵可以看成小展弦比、对称型机翼。

从上面的分类可以看出，舵杆轴线的位置主要影响所需的转舵力矩，这影响了舵机功率的大小；舵的支撑形式影响水动力对舵杆形成的弯矩，这涉及到舵杆的强度问题；剖面形状影响舵面上的水压力和结构强度。1）襟翼舵

这种舵的舵叶包括主舵和襟翼两部分，类似飞机机翼的襟翼。

为了改善船舶的操纵性，特别是小舵角的舵效，出现了一些新型舵。另外，舵和螺旋桨是一个整体，一些改进型的舵不但可以提高舵效，还可以提高螺旋桨的推进效率。

（2）特殊形式的舵

主舵转动一个角度时，襟翼相对于主舵再转动一个角度，形成一个不对称的拱形舵剖面，使舵上的水动力提高1.5~2.5倍，大大提高舵效，特别是小舵角时，效果明显。

这种襟翼舵已广泛应用于大型海洋船，襟翼舵可使船的定常回转直径减小，襟翼相对主舵的转动有齿轮传动和摇臂传动等方式。2）反应舵

又称迎流舵，舵叶以螺旋桨轴线为界，上下分别向左右不同方向作一定程度的扭曲，迎着螺旋桨向后推出的水流，可以减小阻力，提高螺旋桨的推力。3）整流帽舵

正对螺旋桨的部位，加一个流线型圆锥体，即整流帽。它可以改善桨后的水流状态，提高桨的效率，减小桨的激振力。4）主动舵

舵后加装一个小型导管螺旋桨，可以大大提高转船力矩，特别是微速航行时。

潜艇不仅需要舵控制器其水平面内的航向改变，还需要舵控制其垂直面内上浮和下潜。而且这两种运动会同时进行。

潜艇在垂直面内运动用升降舵控制，一般有两对：首升降舵和尾升降舵。首升降舵可用围壳舵代替。

潜艇的水平操纵装置是方向舵和垂直稳定翼。方向舵用来改变航向，稳定翼用来保持航向。

（5）潜艇的舵设备2、锚泊和系泊设备

船的停泊有两种方式。利用锚抓抓住海底，使船停于海面的一定位置称为锚泊。利用绳索系结于码头、岸边、浮筒或相邻船舶，称作系泊。

停泊设备用以保证船舶在浪、风和流的作用下安全停泊而不产生严重的漂移。

（1）锚泊设备

组成：锚、锚链、锚链筒、制链器、锚机、锚链管和锚链舱。

锚泊时，抛锚的方式有多种。常用的是首抛锚，分为单锚和双锚，双锚可限制船的活动范围。侧抛锚利于舱室的自然通风，尾抛锚适用于内河的顺水航行。1）锚

锚应满足抓力大、入土性能好、能适应多种土质、便于收藏等要求。

有杆锚。有单抓和双抓之分，特点是锚柄上有稳定横杆，工作时仅以一个抓嵌入泥中。

最具代表性的是海军锚，抓力大，适应各种土质，但横杆不便于收藏。

无杆锚。不带稳定杆，双抓，锚柄与锚抓用销钉连接，工作时两抓同时入土。抓力低于海军锚，但便于收藏，应用广泛。霍尔锚

大抓力锚。锚的抓力与其重量之比称为抓重比，抓重比较大的锚称为大抓力锚。特点是啮土面积大，入土深，抓力大。有些大抓力锚只适用于松软的砂质底，不宜在硬质海底抛锚。尾翼式ZY6型戎氏锚2）锚链

锚链是连接锚和船体、有足够长度和强度的链条。由链环、转环、卸扣和连接链环等组成。

抛锚时，放出锚链的长度取决于水深。水过深时，也使用由链条和钢索组成的锚链，以减小自重。

锚链的大小以链环的断面直径，即锚链口径表示。链环按结构分为有档和无档两种。

整条锚链由25米长的短链段组成，称为“节”。链段之间用卸扣或可拆的连接链环连接。