船舶動力系統(tǒng)1

1、船舶動力系統(tǒng)船舶動力系統(tǒng)n教材教材 ：船舶動力系統(tǒng)船舶動力系統(tǒng)上海交通大學出上海交通大學出版社，徐筱欣版社，徐筱欣n課時：課時：51（包括（包括2次實驗課）次實驗課）,16周周n分數(shù)：分數(shù)：30%平時平時+70%考試考試n考試形式：閉卷筆試考試形式：閉卷筆試n陳峻陳峻 jun_n課程目的課程目的u為非動力（輪機）類專業(yè)設(shè)置為非動力（輪機）類專業(yè)設(shè)置u介紹介紹 船舶動力系統(tǒng)的組成船舶動力系統(tǒng)的組成u介紹各系統(tǒng)的主要設(shè)備（結(jié)構(gòu)、原理、性能）介紹各系統(tǒng)的主要設(shè)備（結(jié)構(gòu)、原理、性能）n課程特點：課程特點：u雜，內(nèi)容多雜，內(nèi)容多u不難不難u與實際裝置結(jié)合與實際裝置結(jié)合n內(nèi)容內(nèi)容u緒論（書第緒論（書第1章

2、）章）u船舶柴油機（第船舶柴油機（第2章）章）u船舶推進軸系及傳動設(shè)備（第船舶推進軸系及傳動設(shè)備（第7章）章）u船舶蒸汽輪機（第船舶蒸汽輪機（第3章）章）u船舶燃氣輪機（第船舶燃氣輪機（第4章）章）第一章緒論n船舶動力裝置：保證艦船的正常航行、安船舶動力裝置：保證艦船的正常航行、安全、正常作業(yè)、停泊，保證人員正常工作、全、正常作業(yè)、停泊，保證人員正常工作、生活與安全的全部機械設(shè)備和系統(tǒng)的綜合生活與安全的全部機械設(shè)備和系統(tǒng)的綜合體體n船舶動力裝置的主要任務(wù)：發(fā)出一定功率，船舶動力裝置的主要任務(wù)：發(fā)出一定功率，產(chǎn)生各種能量，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和分配，以產(chǎn)生各種能量，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和分配，以利船舶正常航行和

3、作業(yè)利船舶正常航行和作業(yè)n船舶動力裝置的組成：船舶動力裝置的組成：u主推進裝置：產(chǎn)生推進力主推進裝置：產(chǎn)生推進力主機、傳動設(shè)備、推進軸系、推進器主機、傳動設(shè)備、推進軸系、推進器船舶主推進裝置示意圖船舶主推進裝置示意圖1-遙控操縱臺；遙控操縱臺；2-主機；主機；3-傳動設(shè)備（離合器、齒輪箱）傳動設(shè)備（離合器、齒輪箱）4-軸系；軸系；5-推進器（螺旋槳）推進器（螺旋槳）u輔助裝置：產(chǎn)生其它動力輔助裝置：產(chǎn)生其它動力 船舶電站。供給輔助機械及全船所需要的船舶電站。供給輔助機械及全船所需要的電能電能由發(fā)電機組、配電板及其他電氣設(shè)備等組成由發(fā)電機組、配電板及其他電氣設(shè)備等組成 輔助鍋爐裝置。民用船舶產(chǎn)生

4、低壓蒸汽，輔助鍋爐裝置。民用船舶產(chǎn)生低壓蒸汽，以滿足加熱、取暖及其他生活需要以滿足加熱、取暖及其他生活需要由輔助鍋爐及為其服務(wù)的燃油、給水、鼓風、由輔助鍋爐及為其服務(wù)的燃油、給水、鼓風、送汽設(shè)備及管路、閥件等組成送汽設(shè)備及管路、閥件等組成 制冷裝置和空調(diào)系統(tǒng)制冷裝置和空調(diào)系統(tǒng)u全船系統(tǒng)：保證船舶生命力和安全，船員旅全船系統(tǒng)：保證船舶生命力和安全，船員旅客正常生活所需的設(shè)備和系統(tǒng)客正常生活所需的設(shè)備和系統(tǒng)u消防、用水、救生、安全消防、用水、救生、安全u機艙自動化系統(tǒng)：機艙自動化系統(tǒng)：機艙的機械設(shè)備遙控及自動化，包括對主、輔機機艙的機械設(shè)備遙控及自動化，包括對主、輔機和有關(guān)機械設(shè)備等的遠距離控制、

5、調(diào)節(jié)、檢和有關(guān)機械設(shè)備等的遠距離控制、調(diào)節(jié)、檢測和報警系統(tǒng)等測和報警系統(tǒng)等u甲板機械：甲板機械：保證船舶航向、停泊、裝卸貨物所需的機械設(shè)備保證船舶航向、停泊、裝卸貨物所需的機械設(shè)備錨泊機械設(shè)備，包括錨機、絞盤等錨泊機械設(shè)備，包括錨機、絞盤等操舵機械設(shè)備，包括舵機及操縱機械、執(zhí)行機構(gòu)操舵機械設(shè)備，包括舵機及操縱機械、執(zhí)行機構(gòu)等等起重機械設(shè)備，如起貨機，吊艇機及吊桿等設(shè)備起重機械設(shè)備，如起貨機，吊艇機及吊桿等設(shè)備船舶動力系統(tǒng)的類型及特點n蒸汽輪機動力裝置蒸汽輪機動力裝置u工作原理工作原理 鍋爐產(chǎn)生的蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽推動蒸汽輪機作功推動蒸汽輪機作功齒輪減速齒輪減速機組機組螺旋槳（發(fā)電機）螺旋槳（發(fā)

6、電機）u組成組成蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐蒸汽輪機蒸汽輪機凝汽器凝汽器1鍋爐；2蒸汽過熱器；3空氣預(yù)熱器；4高壓汽輪機；5低壓汽輪機；6主冷凝器；7凝水泵；8給水預(yù)熱器；9給水泵；10減速齒輪；11螺旋漿；12循環(huán)水泵 n特點特點 u單機功率大，目前船用蒸汽輪機組功率達到單機功率大，目前船用蒸汽輪機組功率達到25104kw,陸用機組達到陸用機組達到6010410105kwu勞損部件少、工作可靠、壽命長（可達勞損部件少、工作可靠、壽命長（可達1105h以上）以上）u運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、振動噪聲?。ㄕ羝啓C是回轉(zhuǎn)機械，沒運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、振動噪聲?。ㄕ羝啓C是回轉(zhuǎn)機械，沒有往復(fù)運動部件）有往復(fù)運動部件）u可使用劣質(zhì)燃

7、料可使用劣質(zhì)燃料u滑油消耗率很低，僅滑油消耗率很低，僅0.10.5 g/ (kW h)柴油機的滑油消耗率為柴油機的滑油消耗率為310 g/ (kW h)u熱效率較低，燃油消耗率高，熱經(jīng)濟性低，在全速時要熱效率較低，燃油消耗率高，熱經(jīng)濟性低，在全速時要比柴油機裝置的油耗高比柴油機裝置的油耗高1.52倍，部分工況時要高倍，部分工況時要高2.53倍倍u設(shè)備多，整個裝置重量尺寸大設(shè)備多，整個裝置重量尺寸大u機動性較差。啟動前的準備時間（鍋爐從生火到產(chǎn)生蒸機動性較差。啟動前的準備時間（鍋爐從生火到產(chǎn)生蒸汽）大約要汽）大約要3035min；從一種工況過渡到另一種工況；從一種工況過渡到另一種工況的時間比柴油

8、機裝置長的時間比柴油機裝置長23倍倍n燃氣輪機動力裝置燃氣輪機動力裝置u工作原理工作原理 燃料在燃燒室內(nèi)燃燒燃料在燃燒室內(nèi)燃燒燃氣推動葉輪做功燃氣推動葉輪做功多級減速齒輪機組多級減速齒輪機組 螺旋槳（發(fā)電機）螺旋槳（發(fā)電機）u組成組成壓氣機：壓縮空氣進入燃燒室壓氣機：壓縮空氣進入燃燒室燃燒室：燃料燃燒，形成燃氣燃燒室：燃料燃燒，形成燃氣 燃氣輪機燃氣輪機 ：高溫高壓燃氣推動葉輪轉(zhuǎn)：高溫高壓燃氣推動葉輪轉(zhuǎn)動，機械能輸出動，機械能輸出u優(yōu)點優(yōu)點 機組質(zhì)量尺寸指標小：機組質(zhì)量尺寸指標?。杭铀儆萌細廨啓C裝置的單加速用燃氣輪機裝置的單位重量可達位重量可達 0.651.3kg/ kW ，全工況用燃氣輪機，

9、全工況用燃氣輪機裝置為裝置為 24kg/ kW機動性好：從冷態(tài)啟動至全負荷時間，一般機動性好：從冷態(tài)啟動至全負荷時間，一般為為l2min，大功率復(fù)雜線路的燃氣輪機裝置，大功率復(fù)雜線路的燃氣輪機裝置只需只需35minu缺點缺點 工作可靠性較差，壽命短工作可靠性較差，壽命短如，燃氣初溫在如，燃氣初溫在750以上的燃氣輪機，壽命僅以上的燃氣輪機，壽命僅500103h價格昂貴價格昂貴由于燃氣的高溫，葉片材料需用合金鋼。結(jié)構(gòu)緊湊，由于燃氣的高溫，葉片材料需用合金鋼。結(jié)構(gòu)緊湊，對加工工藝要求高對加工工藝要求高艙內(nèi)布置困難艙內(nèi)布置困難 燃氣輪機工作時空氣流量很大，一般為燃氣輪機工作時空氣流量很大，一般為 1

10、623kg/ (kW h)【柴油機約為【柴油機約為 5kg/(kW h)，汽輪機約為，汽輪機約為 0.5kg/ (kW h)】,進、排汽管道尺寸較大。進、排汽管道尺寸較大。甲板上有較大的管道通過切口，影響船體強度甲板上有較大的管道通過切口，影響船體強度n柴油機動力裝置：柴油機動力裝置：應(yīng)用最為廣泛，柴油機船占總數(shù)的應(yīng)用最為廣泛，柴油機船占總數(shù)的98，裝，裝船功率占造船總功率的船功率占造船總功率的90以上以上u優(yōu)點優(yōu)點 經(jīng)濟性較高，油耗低，中、低速機可燒劣質(zhì)燃料；經(jīng)濟性較高，油耗低，中、低速機可燒劣質(zhì)燃料；高速柴油機耗油率高速柴油機耗油率160-180g/ (kW h)，中速柴油機，中速柴油機1

11、25-170 g/ (kW h)，低速機，低速機126-140 g/(kW h)一般汽輪機裝置耗油率為一般汽輪機裝置耗油率為180-350 g/ (kW h)燃氣輪機裝置耗油率燃氣輪機裝置耗油率240-400 g/ (kW h)機動性良好，操作簡單，倒車方便。主機從冷態(tài)啟機動性良好，操作簡單，倒車方便。主機從冷態(tài)啟動到全負荷動到全負荷10min；中高速機組質(zhì)量輕，輔助設(shè)備少中高速機組質(zhì)量輕，輔助設(shè)備少u缺點缺點 單機功率低，低速機單機功率低，低速機4104kW，中速機為，中速機為2104kW，高速機，高速機8103kw大中型水面艦船上大中型水面艦船上使用受限；使用受限；振動噪聲大振動噪聲大中高

12、速機的壽命較低，高速強載柴油機的整機壽命中高速機的壽命較低，高速強載柴油機的整機壽命僅僅 10002000h低速時穩(wěn)定性較差，影響低速航行低速時穩(wěn)定性較差，影響低速航行過載過載能力差，能力差，110%額額定功率定功率運運行不超行不超過過1小小時時最大功率船用柴油機，瓦錫蘭RT-flex96C， 14缸，RT-flex共軌技術(shù)。持續(xù)輸出最大功率80080 千瓦，轉(zhuǎn)速102轉(zhuǎn)/分。長27.3米，高13.5米，整機重2300噸，適用于新一代大型集裝箱船 n聯(lián)合動力裝置聯(lián)合動力裝置u產(chǎn)生背景產(chǎn)生背景 全航速時要求功率大、航速快、機動性能好，全航速時要求功率大、航速快、機動性能好，只占只占2%總航行時間

13、總航行時間巡航時要求經(jīng)濟性高，巡航時要求經(jīng)濟性高，,功率功率= 14全功率，占全功率，占80%總航行時間總航行時間矛盾，國外國外50年代開始發(fā)展聯(lián)合動力裝年代開始發(fā)展聯(lián)合動力裝降低降低20裝置質(zhì)量，續(xù)航力能提高裝置質(zhì)量，續(xù)航力能提高25u聯(lián)合動力裝置： 用一種形式的動力裝置完成巡航航行，滿足經(jīng)濟性要求；用另一種形式的動力裝置（或兩者共同）完成全航速航行，滿足大功率要求u三種聯(lián)合動力裝置汽輪機+燃氣輪機：功率較大的輕型艦艇，不多用燃氣輪機+燃氣輪機：功率大，重量尺寸小，經(jīng)濟性好，廣泛應(yīng)用于各國驅(qū)逐艦1. 柴油機+燃氣輪機：經(jīng)濟性好，功率范圍大，重量尺寸小，廣泛應(yīng)用于各國護衛(wèi)艦等；在某些大型軍艦上

14、也有（如泰國輕型航母）u缺點：缺點：不同的燃料、備件儲備較復(fù)雜；不同的燃料、備件儲備較復(fù)雜；共同使用主減速器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；共同使用主減速器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；機組不同類型，布置難度增加機組不同類型，布置難度增加n核動力裝置核動力裝置u工作原理：工作原理：原子核裂變原子核裂變產(chǎn)生巨大熱能產(chǎn)生巨大熱能加熱工質(zhì)（蒸加熱工質(zhì)（蒸汽或燃氣）汽或燃氣）推動汽輪機或燃氣輪機工作推動汽輪機或燃氣輪機工作現(xiàn)有的核動力艦艇或核電站，幾乎全部采用現(xiàn)有的核動力艦艇或核電站，幾乎全部采用壓力水型的反應(yīng)堆壓力水型的反應(yīng)堆 核反應(yīng)堆1 反應(yīng)堆芯2 控制箱3 蒸器發(fā)生器5（熱交換器） 高壓汽輪機6低汽輪機7 輔汽輪機8 主冷凝器9 輔

15、冷凝器10 主給水泵11 減速器12 螺旋槳13 穩(wěn)壓筒14 Pressurized Water Reactor (PWR) u能量傳遞能量傳遞u功率控制功率控制控制棒插入反應(yīng)堆的深度和速度控制棒插入反應(yīng)堆的深度和速度改變堆芯內(nèi)的中改變堆芯內(nèi)的中子數(shù)目子數(shù)目輸出功率輸出功率核核反反應(yīng)應(yīng)壓力水壓力水（第一回路）（第一回路）熱熱交交換換器器水水蒸汽蒸汽汽輪機汽輪機螺旋槳螺旋槳 輔輔汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機（第二回路）（第二回路）Boiling Water Reactor (BWR) u優(yōu)點優(yōu)點 消耗極少的燃料、釋放出巨大的能量，可保證船消耗極少的燃料、釋放出巨大的能量，可保證船舶以極較高的航速航行

16、極遠的距離，如舶以極較高的航速航行極遠的距離，如1.1104kw核動力裝置工作一晝夜僅消耗核燃核動力裝置工作一晝夜僅消耗核燃料料1518g. 能發(fā)出極大的功率能發(fā)出極大的功率 不消耗空氣而獲得熱能不消耗空氣而獲得熱能不需要進、排氣裝置不需要進、排氣裝置潛艇，能長期隱蔽在深水中，不易被敵艦發(fā)現(xiàn)潛艇，能長期隱蔽在深水中，不易被敵艦發(fā)現(xiàn),大大提高了潛艇的戰(zhàn)斗力大大提高了潛艇的戰(zhàn)斗力水面艦艇不需要進、排氣口，沒有煙囪，減少甲水面艦艇不需要進、排氣口，沒有煙囪，減少甲板開口，能減少敵人觀察器材和熱反應(yīng)器材的發(fā)板開口，能減少敵人觀察器材和熱反應(yīng)器材的發(fā)現(xiàn)，避免紅外線自導武器命中的危險性現(xiàn)，避免紅外線自導武

17、器命中的危險性u缺點缺點 核動力裝置的重量尺寸較大。屏蔽系統(tǒng)質(zhì)核動力裝置的重量尺寸較大。屏蔽系統(tǒng)質(zhì)量大量大 操縱管理檢查系較復(fù)雜操縱管理檢查系較復(fù)雜 價格昂貴價格昂貴船舶動力系統(tǒng)性能的評價指標n一般分成三類一般分成三類n技術(shù)指標：技術(shù)指標：總指標總指標功率指標、質(zhì)量指標、尺寸指標功率指標、質(zhì)量指標、尺寸指標n經(jīng)濟指標：經(jīng)濟指標：燃料在動力裝置中的熱轉(zhuǎn)換率燃料在動力裝置中的熱轉(zhuǎn)換率燃料消耗率、每海里航程燃油耗量、裝置熱效率、運燃料消耗率、每海里航程燃油耗量、裝置熱效率、運行和維護經(jīng)濟性行和維護經(jīng)濟性n性能指標：性能指標：機動性、可靠性、制動性、自動化程度、振動控制性機動性、可靠性、制動性、自動化

18、程度、振動控制性能能技術(shù)指標n功率指標：功率指標：u表示船舶做功能力表示船舶做功能力u為保證船舶具有一定航速，要求推進裝為保證船舶具有一定航速，要求推進裝置提供足夠功率，動力裝置的功率按照置提供足夠功率，動力裝置的功率按照最大航速確定，并考慮功率儲備（一般最大航速確定，并考慮功率儲備（一般大大10%）u船舶推進系統(tǒng)的各部位功率船舶推進系統(tǒng)的各部位功率 ：指示功率指示功率Pi有效功率有效功率Pe軸功率軸功率Ps 螺旋槳收螺旋槳收到功率到功率Pp 螺旋槳螺旋槳推功率推功率PT阻力功率阻力功率PR（船（船舶有效功率）舶有效功率）DPPtkWe/ ）相對功率（主機額定主機額定有效功率有效功率排水量排水

19、量l質(zhì)量指標質(zhì)量指標u動力裝置的幾種質(zhì)量動力裝置的幾種質(zhì)量 干重干重G Gy y：所有機器、器具和管系的質(zhì)量所有機器、器具和管系的質(zhì)量 濕重濕重G Gy y：干重干重+機器、器具、管系內(nèi)部裝滿機器、器具、管系內(nèi)部裝滿工質(zhì)和消耗物品工質(zhì)和消耗物品 總重總重G Gy y” ：濕重濕重+消耗物品的貯存量消耗物品的貯存量u在一定的排水量下，要求動力裝置的質(zhì)量在一定的排水量下，要求動力裝置的質(zhì)量輕一些輕一些eycPGg )/(KWKg單位功率質(zhì)量濕重濕重主機額定功率主機額定功率各類艦船的質(zhì)量指標相差很大各類艦船的質(zhì)量指標相差很大如驅(qū)逐艦的如驅(qū)逐艦的=10-15 kg/kW，客貨輪，客貨輪=70-150k

20、g/kWDGG y)/(tKg裝置相對質(zhì)量濕重濕重排水量排水量l尺寸指標：用尺寸指標：用機艙的尺寸表示，機艙的尺寸表示，機艙應(yīng)能合理布置動力裝置，且機艙應(yīng)能合理布置動力裝置，且方便管理、維修方便管理、維修u機艙的絕對尺寸機艙的絕對尺寸 機艙總長度機艙總長度 機艙總占有面積機艙總占有面積 機艙總占有容積機艙總占有容積 )()()(32mVmFmLu相對尺寸指標相對尺寸指標機艙相對長度機艙相對長度機艙面積飽和度機艙面積飽和度機艙容積飽和度機艙容積飽和度各類艦船的尺寸指標差距很大各類艦船的尺寸指標差距很大以面積飽和度為例，導彈快艇高達以面積飽和度為例，導彈快艇高達400 kW/ m2，客貨船，客貨船

21、1540 kW/ m2WLlLLkAPkeFVPkeV反映動力裝置的熱能轉(zhuǎn)換率（反映動力裝置的熱能轉(zhuǎn)換率（燃料消耗率，裝置總熱效率，每浬航程燃料耗量等） 1.動力裝置燃料消耗率動力裝置燃料消耗率eePGg )hKw/Kg(燃料消耗率全船熱能設(shè)備全船熱能設(shè)備每小時燃料消耗總量每小時燃料消耗總量經(jīng)濟指標l動力裝置有效熱效率動力裝置有效熱效率ueeGH3600P 動力裝置有效熱效率全船熱能設(shè)備每小時燃料消耗總量全船熱能設(shè)備每小時燃料消耗總量燃料低發(fā)熱值燃料低發(fā)熱值指標指標1、2表征動力裝置在表征動力裝置在設(shè)計工況設(shè)計工況下下的燃料和熱的經(jīng)濟性；的燃料和熱的經(jīng)濟性；but船舶經(jīng)常在船舶經(jīng)常在部分工況部分工況下航行，需要下航行，需要評定非設(shè)計工況下的經(jīng)濟性評定非設(shè)計工況下的經(jīng)濟性每海里裝置燃油消耗量每海里裝置燃油消耗量l每海里航程的燃料消耗量每海里航程的燃料消耗量23/,sesmeesesvAgvGgPGgAvPvGg m每海里燃料消耗量egmgge,gm和隨航速變化關(guān)系曲線經(jīng)濟航速經(jīng)濟航速在不受貨期約束時，按經(jīng)濟航速可以在不受貨期約束時，按經(jīng)濟航速可以降低貨運成本降低貨運成本n注意：船舶的最大盈利航速，還需要注意：船舶的最大盈利航速，還需要考慮船的折舊費，客貨的周轉(zhuǎn)量、運考慮船的折舊費，客貨