游艇概论-第6章-游艇的动力装置

第六章游艇的动力装置第一节舷外挂机舷外机是挂在艇尾板上直接驱动艇的集成推进装置，把发动机、减速器、传动轴、螺旋桨以及控制机构集合成一个总成。舷外挂机的优势在于体积小、重量轻、功率大、结构及安装简单，因此在小型玻璃钢船、橡皮艇等小艇上作为动力装置被广泛应用。几乎所有6m以下的小艇都会选用舷外挂机。目前市场上的舷外挂机主要有美国Mercury、Johnson、Evinrude；日本Yamaha、Honda、Suzuki等；国内较为有名的品牌有重庆的“宗申”等。Mercury舷外挂机Yamaha舷外挂机舷外挂机几乎全部是柴油机，而根据工作原理的不同可以分为二冲程（2S）和四冲程（4S）两大类。四冲程主机比较节油，二冲程主机容积率高，因此小功率机宜用四冲程机，大功率机宜选二冲程机。另一方面，舷外机也起到舵桨合一的驾驶作用。小艇上，驾驶者坐在尾部直接控制舷外机的方向；大一些的艇上，则通过钢丝绳牵引或液压来实现的。在选购舷外机的时候还需要注意轴的长度与艇尾板的高度相匹配，常见的轴长度有15in，20in，25in，30in几个档次。此外，桨轴额定功率、机器重量、启动方式等也是使用人员较为关心的参数。舷外挂机虽然有体积小、使用方便等优点，但其缺点也很明显：（1）挂机大多为汽油机，耗油率高，使用经济性差，安全可靠性差；（2）发动机转速高（可高达5000-6000r/min），故障率高，使用寿命短，不适合恶劣的工况；（3）输出功率受到限制，只适用于功率要求较低的艇。第二节舷内外机舷内外机（舷内机舷外推进装置），即发动机在舷内，联动的艇尾传动装置（含推进器）固定在艇尾板或艇底板上。发动机同样采用柴油机，但其经济性和可靠性大大优于舷外挂机，结构同样紧凑，是中小型高速艇理想的动力装置，功率范围从100hp（73.5kW）到250hp（183.8kW），适合长度8~16m的各种游艇。目前市场上的舷外挂机主要有美国Mercury、Zeus，日本Yamaha，瑞典VolvoPenda等。MerCruiserYahamaVolvoPenda第三节动力装置的选择体现发动机品质的高低主要是看动力性和经济性，因此要求发动机要有较好的功率、良好的加速性和较低的燃料消耗量。不能单凭速度一项指标来评价发动机的性能，除了功率的适配性、经济性以外，还要考虑其使用寿命、可靠性以及当地的售后水平。一、游艇发动机的种类汽油发动机：较之柴油发动机体积小、重量轻、噪音低、易检修、相对比较容易发动、加速性好，适合推动船身轻及载重较轻的小艇。柴油发动机：故障较少、安全性好。柴油价格低，经济性好。功率更大，在船舶上应用更为广泛。使用寿命相对较长而且操作费用较少，比较适合推动重型船身及载重较大的船。高速船用柴油机：（1）普通自然吸气（2）涡轮增压发动机大多数船舶使用的发动机类型，采用废气涡轮增压提高增压度，进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染。（3）电控高压共轨发动机高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了共有压力随发动机转速变化的现象。二、发动机选型常识1.综合权衡选择合适的发动机需要考虑技术经济甚至人文地域等多方面因素，需要进行综合权衡。a.比功率指标b.价格因素c.大修期d.可靠性2.工况与功率同一型号的柴油机，其功率/转速视使用工况而不同，通常可以分为两大类：（1）无时间限制的全负荷连续运转常出现在运输船上，或远距离航行的大型邮轮上。此种情况全年365天，每天24h不停运转。（2）有时间限制或变负荷连续运转中等负荷常用于商用高速船，通常年累计运转2500~3500h，每天约可使用8~10h。轻负荷则用于军用舰艇和游艇，通常年累计运转500~1000h，每天约可使用2~3h。3.工况和大修周期大修期（或寿命）是一个时间概念，表示柴油机的零部件在运行中磨损，无法继续使用而必须更换的时限。对于柴油机来说，同一机型在不同工况下功率的增加是以缩短寿命为代价的。为了进行比较，我们引入一个参数，即在整个大修期间，发动机所做的总功W：W=Ne·H该数值越大，说明该种工况下发动机有越好的经济性。4.功率的比较由于不同工况下功率/转速的定义各不相同，对不同牌号柴油机的比较，应以相同标准（ISO3046/1）时的无时间限制的全负荷连续运转工况为基础。5.特性曲线6.比重量和外形尺寸对于高速游艇，比重量（单位功率重量）也是一个重要参数。另外，从布置角度考虑，发动机的外形尺寸，特别是机宽也是一个与船舶设计相关的重要参数。第四节燃气动力装置舰用燃气轮机是在航空燃气轮机应用以后发展起来的新型动力装置。将燃气轮机的压气机送出的压缩空气在燃烧室中与燃油混合燃烧，产生高温、高压燃气冲击动力涡轮作功，动力涡轮通过减速齿轮箱等传动设备驱动螺旋桨。20世纪40年代，国外开始研究舰用燃气轮机，1947年，英国海军在炮艇上首次装用燃气轮机动力装置。20世纪70年代以后，舰用燃气轮机进入迅速发展时期，装舰使用范围已由快艇发展到护卫舰、导弹驱逐舰、巡洋舰、直升机母舰、轻型航空母舰等大、中型水面舰艇，全世界已有30多个国家海军使用燃气轮机，其中俄罗斯的舰用燃气轮机的总装机功率居世界前列。燃气轮机的特点：1.燃气轮机动力装置具有功率大、重量尺寸小、机动性好等优点2.机组结构较复杂，进、排气口附近噪声大，必须采取消声措施3.由于燃气的高温，叶片使用的合金材料价格昂贵，工作可靠性差、寿命短4.耗油率高5.进、排气管道尺寸较大，给机舱布置带来困难第五节混合动力装置和杂交模式混合动力装置，即燃烧两种燃料或有两种动力源的动力装置类型。杂交的概念不同于联合动力，其可以是像联合动力装置一样使用互交驱动模式分别独立供能，也可以使用协同驱动模式，即两种动力通过一个齿轮箱驱动一个推进器。杂交动力配置的关键是杂交传动装置（带减速器的齿轮箱），其有两个输入轴能分别接入不同的动力源来驱动螺旋桨或其他推进装置，也允许一台发动机的动力分配传输给两个目标。用于帆船的杂交动力装置：（1）单一电动模式（2）单一柴油机模式（3）航行发电模式（4）柴油机发电模式第六节绿色动力的概念能源是发展经济、满足人民生活的重要物质基础。它包括生物质能、化石燃將、核能、太阳能风能、水力能、地热能、海洋能和潮汐能等。现代绿色动力概念的主要目的是实现低碳排放、可再生能源的利用、零污染、低噪声的目标。一、新能源推进船艇1.LNG燃料动力装置2.燃料电池推进船艇燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的机电装置。（1）推进效率高约50%，且几乎零污染排放（2）无噪声和振动，大大改善船员工作环境（3）设计简单，可移动部件较少，后期维护支出低（4）标准化模块设计，方便合理利用空间二、可再生资源的充分利用1.太阳能太阳能是一个巨大的能源,它以光辐射的形式每秒钟向太空辐射约3.8×1020J的能量,有1.73×1011J投射到地球上,其中的70%左右投射到地面,地面上一年中可接收到的太阳能达1.8×1018kW·h。我国各地的太阳能年辐射量为930~2330kW·h/m2,全国陆地表面每年接收的太阳能相当于1.7亿吨标准煤的能量,比我国当前的年能源消耗总量高三个量级。太阳能发电装置的基本类型:抛物面槽型、抛物面碟型、中心接收型，半球面碗型、太阳能池型。现代光电组件及其有关技术的开发重点:1.高转化率和实用廉价材料2.大规模制造工艺3.组件封装技术;高效储能元件或设备4.光电发电装置,尤其是较大功率的光电装置5.与组件配套的常规系统(如逆变器、电流电压控制器、蓄电池组、支撑结构等)2.风能利用人类使用风能的历史已有千年,而利用风能发电和进入商业应用则是近十几年的事情。据估算,太阳向地球辐射的能量中,约有1%转化为风能。每年可利用的风能约3×1016kW·h。这些能量的1%,就相当于目前全球每年消耗的煤、石油等化石燃料的总和。我国风能资源丰富,理论功率16亿千瓦,实际可利用2.5亿千瓦。现代风能技术可分为风能泵、独立发电和联网发电三类,以联网发电为主。联网发电装置又分为两种:分散型,设置在农场、居民点附近,风轮容量在10~100kW;集中型,多台风力发电机组集中运行,向电网供应电力为主,典型单机容量为50~500kW。鉴于风力是一种间歇性能源,因此需与其他能源,如水电、火电配合使用,以便向电网平稳输出电力。第七节动力装置的减振降噪措施一、激振力分析艇体结构产生振动的首要原因是螺旋桨和船艇主机的干扰力。除此以外，波浪运动传递到船体外板上的周期性的波浪力也会引发艇体结构产生振动。振动同时产生噪声，对于金属艇体来说，由于金属内部阻尼较小，所以噪声能量损失小，噪声无法得到控制，反之玻璃钢艇体则有较好的隔振效果。二、减振降噪措施的采用1.针对螺旋桨的减振措施（1）改善艇体尾部的线型（2）使用导管桨（3）尽可能加大螺旋桨和艇体的间隙（4）选用大倾斜螺旋桨（5）增加螺旋桨的桨叶数（6）选用环氧垫充料轴系安装工艺2.针对