第講船舶輔助機(jī)械與船舶設(shè)備

第11講

船舶輔助機(jī)械與船舶設(shè)備一、船舶輔助裝置

船上除了主機(jī)和主推進(jìn)系統(tǒng)外，還有各種類型的輔助裝置和輔助機(jī)械，以滿足全船對(duì)電能、熱能和機(jī)械能的需要，保證主機(jī)、輔機(jī)和管路系統(tǒng)的正常工作，滿足船員和旅客的生活、工作需要。

船舶輔助裝置主要是指輔助動(dòng)力裝置，包括船舶電站和輔助鍋爐。

船舶輔助機(jī)械，簡(jiǎn)稱輔機(jī)，是指消耗電能、熱能和機(jī)械能的各種機(jī)械設(shè)備。包括各種泵、空氣壓縮機(jī)，通風(fēng)機(jī)，制冷機(jī)，制淡機(jī)，凈油機(jī)和空調(diào)機(jī)等。甲板機(jī)械也屬船舶輔機(jī)。1、船舶電站

現(xiàn)代船舶電站一般以柴油機(jī)作為電站的原動(dòng)機(jī)，構(gòu)成發(fā)電機(jī)組，稱為柴油發(fā)電機(jī)組，且一般采用中高速柴油機(jī)。

大中型船舶的應(yīng)急電站，也用柴油發(fā)電機(jī)組，或是與蓄電池的組合。小型船舶的應(yīng)急電站則只用蓄電池組。

船舶在營(yíng)運(yùn)的整個(gè)過(guò)程中，對(duì)電量的需求是不斷變化的。航行中，用電的設(shè)備有舵機(jī)、某些泵、通風(fēng)機(jī)和照明設(shè)備，用電量?。煌２囱b卸貨時(shí)，要開(kāi)動(dòng)錨機(jī)、絞纜機(jī)、起貨機(jī)，夜間還需要大功率的照明設(shè)備，用電量很大。

所以民用船舶多采用兩臺(tái)以上的發(fā)電機(jī)組。平時(shí)只開(kāi)一臺(tái)機(jī)組，用電高峰時(shí)雙機(jī)并車發(fā)電。

對(duì)于小型船舶，采用一臺(tái)發(fā)電機(jī)組，另加一臺(tái)主機(jī)帶的小型發(fā)電機(jī)組，稱為軸帶發(fā)電機(jī)組，航行期間只用軸帶機(jī)組2、船舶輔助鍋爐

在以柴油機(jī)為主機(jī)的船上，蒸汽用來(lái)驅(qū)動(dòng)某些輔機(jī)，給部分設(shè)備加熱和滿足船員生活需要，產(chǎn)生這種蒸汽的鍋爐稱為輔助鍋爐。

小型柴油機(jī)船上，蒸汽用來(lái)加熱生活用水、艙室取暖和廚房用汽。

蒸汽還可用于驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組和汽動(dòng)甲板機(jī)械；還可用于消防系統(tǒng)、沖洗海底閥和清掃貨油艙等。

輔助鍋爐主要有燃油輔助鍋爐和廢氣鍋爐兩類，也有兼具兩種功能的混合式輔助鍋爐。

大中型船上還用于柴油機(jī)的暖缸和燃油、機(jī)油的加熱。

廢氣鍋爐是利用主機(jī)產(chǎn)生的廢氣來(lái)加熱水產(chǎn)生蒸汽，所以一般設(shè)置在主機(jī)排煙道出口附近，內(nèi)部無(wú)需爐膛和燃燒室，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

隨著廢熱利用率的提高，多余的蒸汽還可以驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組和其他汽輪機(jī)。

廢氣鍋爐主要在航行過(guò)程中使用，主機(jī)停機(jī)時(shí)，使用燃油鍋爐。有些船，在發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)排煙管中也設(shè)廢氣鍋爐。

燃油－廢氣混合式鍋爐，是將燃油鍋爐和廢氣鍋爐整合在一起，即可用燃油加熱，也可用廢氣加熱。這種輔助鍋爐應(yīng)用日漸廣泛。二、船舶輔助機(jī)械

泵是船上廣泛應(yīng)用的一種設(shè)備，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。泵將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓能，一方面克服管道流動(dòng)阻力將液體輸送到目的地；另外，液體的壓能也可作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液動(dòng)設(shè)備，如液壓舵機(jī)等。

船上應(yīng)用的泵種類繁多，按原理分為三類：1、液體輸送機(jī)械（泵）1）葉輪式泵：離心泵，軸流泵，旋渦泵2）容積式泵：分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種，往復(fù)式有活塞泵，柱塞泵；回轉(zhuǎn)式有齒輪泵，葉片泵，螺桿泵。3）噴射泵

（1）活塞泵

活塞泵是往復(fù)泵，利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成容積的變化，來(lái)吸入和排出液體，并提高液體的壓力。船用活塞泵有蒸汽驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

柱塞泵與活塞泵的工作原理相同，只是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件是柱塞。

（2）回轉(zhuǎn)泵

利用回轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)，引起工作空間容積的變化，以達(dá)到吸、排液體的目的。最常用的是齒輪泵。

葉片泵

螺桿泵

（3）離心泵

由泵殼和帶葉片的葉輪組成。葉輪帶動(dòng)液體高速旋轉(zhuǎn)，液體在離心力作用下，沿葉片徑向向四周甩出，葉輪中心形成負(fù)壓，吸入液體。

離心泵有流量大而均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。但工作排壓較低，啟動(dòng)時(shí)必須先灌滿液體才能開(kāi)始工作（不具備“自吸”能力）。

要提高壓力，可加大葉片直徑，或采用多級(jí)葉輪串聯(lián)的方式。在船上用作冷卻、消防、壓載和衛(wèi)生水泵，排壓低而排量大。

（4）離心旋渦泵

是一種特殊的離心泵。葉片多次作用于液體，形成縱向旋渦，以產(chǎn)生吸排作用。

旋渦泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小的優(yōu)點(diǎn)，可制成自吸和抽送氣液混合物的形式。適合于小流量、小功率、高壓的場(chǎng)合。

（5）噴射泵

利用高速射流降低壓力，以形成一定的真空度來(lái)吸排液體。

噴射泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，使用、維護(hù)方便。

各類泵特點(diǎn)不同，流量和壓頭范圍各異，適用于不同的場(chǎng)合。

排量是單位時(shí)間內(nèi)輸送的液體體積或質(zhì)量。壓頭又稱揚(yáng)程，是單位重量液體獲得的能量，以位能表示，用米計(jì)量，高壓頭的泵可用壓力計(jì)量。應(yīng)用場(chǎng)合：2、氣體輸送機(jī)械

船上的氣體輸送機(jī)械主要是指空氣壓縮機(jī)和通風(fēng)機(jī)。

（1）空壓機(jī)

空壓機(jī)用來(lái)將空氣壓縮，提高壓力。壓縮空氣是船上廣泛應(yīng)用的一種動(dòng)力源，可以用于主、輔機(jī)的啟動(dòng)，倒順車及離合器的操縱，汽笛的鳴響，海底閥、油渣柜和過(guò)濾器內(nèi)雜物的吹除，壓力水柜的充氣，潛艇及深潛器壓載水艙的排水等。

空壓機(jī)可分為活塞式和離心式兩種，船上多用活塞式空壓機(jī)。活塞式空壓機(jī)由單缸、雙缸、單作用、雙作用和多級(jí)壓縮等型式。

單作用、兩級(jí)空壓機(jī)

空壓機(jī)還可按終點(diǎn)壓力分為低壓、中壓、高壓、超高壓等類型；按排氣量大小分為小排氣量、中排氣量和大排氣量等類型。還可按氣缸數(shù)、氣缸排列形式、壓縮級(jí)數(shù)和活塞作用次數(shù)分類。

（2）通風(fēng)機(jī)

船上的大部分艙室都處于封閉或半封閉狀態(tài)，需要人為的進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，送入新鮮空氣，排出污濁氣體，并維持各艙室的溫度和濕度，以保證乘員健康和營(yíng)運(yùn)安全。

某些特殊艙室，如滾裝船的車輛艙，容易積聚可燃性氣體，必須按要求換氣，確保安全。

通風(fēng)機(jī)有離心式和軸流式兩種。

軸流式通風(fēng)機(jī)具有風(fēng)量大、壓頭低、轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)輕便、體積小等優(yōu)點(diǎn)。3、其他輔機(jī)

（1）離心式凈油機(jī)

燃油和滑油中常含有少量的水分和雜質(zhì)，較粗的雜質(zhì)可以通過(guò)過(guò)濾和沉淀去除，而較細(xì)的雜質(zhì)和水分則需要用離心式凈油機(jī)來(lái)去除。

離心式凈油機(jī)利用油、水和固體雜質(zhì)的比重不同，使其高速旋轉(zhuǎn)依靠離心力的不同進(jìn)行分離。

（2）制淡裝置

也稱造水裝置。船上除了船員的日常生活，主副機(jī)的冷卻和鍋爐的補(bǔ)給都需要淡水。對(duì)于遠(yuǎn)洋船舶，除了用淡水儲(chǔ)備艙儲(chǔ)備淡水外，還應(yīng)該有制淡裝置，這樣可以減少淡水的儲(chǔ)備，又可應(yīng)對(duì)意外情況。

船上常見(jiàn)的制淡裝置是沸騰式或稱蒸發(fā)式制淡裝置。

船上食品的儲(chǔ)存、漁品加工運(yùn)輸船對(duì)漁品的長(zhǎng)時(shí)間保存、某些特殊貨品的運(yùn)輸，都需要在低溫條件下進(jìn)行。所以船上要設(shè)制冷裝置。

（3）制冷裝置

制冷裝置通常分為直接冷卻式和間接冷卻式。三、甲板機(jī)械

甲板機(jī)械一般是指舵機(jī)、錨機(jī)、起貨機(jī)、絞纜機(jī)和吊艇機(jī)。按驅(qū)動(dòng)方式分為蒸汽驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等多種?，F(xiàn)代船舶大多采用液壓驅(qū)動(dòng)甲板機(jī)械。1、舵機(jī)

電動(dòng)舵機(jī)多用于內(nèi)燃機(jī)船，一般采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占據(jù)空間小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但在大型交流電源船上，需要配備大功率的變流機(jī)組，故逐漸被電－液動(dòng)舵機(jī)取代。

（1）電動(dòng)舵機(jī)

這是一種廣泛應(yīng)用的操舵設(shè)備。首先由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，產(chǎn)生一定流量和壓力的液壓油，液壓油驅(qū)動(dòng)液壓缸再帶動(dòng)舵轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）電動(dòng)液壓舵機(jī)

為了控制轉(zhuǎn)舵的速度和轉(zhuǎn)舵的方向，需要液壓油的流量和流速可變，這可用變量泵或換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖示為雙柱塞電動(dòng)液壓舵機(jī)原理圖。該舵機(jī)采用變向變量泵，正常航行時(shí)，泵排量為零，舵角為零。轉(zhuǎn)舵時(shí)，控制機(jī)構(gòu)接受指令，控制泵的排量增加，液壓油由泵進(jìn)入液壓缸，驅(qū)動(dòng)柱塞并帶動(dòng)舵轉(zhuǎn)動(dòng)，舵的轉(zhuǎn)角會(huì)反饋給控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)舵角達(dá)到指令值時(shí)，控制機(jī)構(gòu)使泵排量回零，于是停止轉(zhuǎn)舵，并維持設(shè)定舵角。2、錨機(jī)和絞纜機(jī)

錨機(jī)和絞纜機(jī)是進(jìn)行錨泊和系泊的動(dòng)力機(jī)械，要求滿足以下要求：1）便于起錨、拋錨，解纜和系纜，工作可靠，可倒轉(zhuǎn)，有足夠功率

2）起動(dòng)平穩(wěn)，收放方便，制動(dòng)可靠

3）能進(jìn)行多種作業(yè)，可單錨，又可雙錨和絞纜

4）重量輕，占甲板面積小

一般將錨機(jī)和絞纜機(jī)做成聯(lián)動(dòng)機(jī)組，成為既能起拋錨又能絞纜的錨纜聯(lián)合機(jī)。按原動(dòng)力分為蒸汽驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)和電液動(dòng)三種。按轉(zhuǎn)軸位置分為臥式和立式兩種。

（1）臥式電動(dòng)錨機(jī)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，經(jīng)減速齒輪驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸，錨鏈輪和卷筒通過(guò)離合器與傳動(dòng)軸接合。

離合器接合錨鏈輪則卷筒不工作；離合器接合卷筒則錨鏈輪不工作。離合器還可控制左右錨單獨(dú)收放。無(wú)動(dòng)力時(shí)，可手動(dòng)拋錨，但不能起錨。

（2）立式電動(dòng)錨機(jī)

又稱為絞盤。傳動(dòng)軸垂直設(shè)置，卷筒可卷繞來(lái)自任何方向的纜繩。電機(jī)、電磁剎車、減速機(jī)構(gòu)均懸空放置在主甲板下面，常用于軍艦，提高生命力。四、船舶設(shè)備

為了滿足船舶營(yíng)運(yùn)中的各項(xiàng)要求，如控制船舶的運(yùn)動(dòng)、可靠停泊、物資裝卸、保證航行安全、人員生活需要等，船上還必須配備不同用途的設(shè)備、系統(tǒng)和航海儀器。

船舶設(shè)備分為通用設(shè)備和專用設(shè)備兩大類，通用設(shè)備是指各種用途的船舶都必須裝備的設(shè)備，如舵設(shè)備、錨設(shè)備、系泊設(shè)備、裝卸設(shè)備、救生設(shè)備、桅檣設(shè)備以及關(guān)閉設(shè)備等。

專用設(shè)備只為某些特殊船舶專門配備，如鉆井平臺(tái)的鉆探設(shè)備，科考船的各種取樣及探測(cè)設(shè)備，漁船的漁撈設(shè)備，拖船的拖曳設(shè)備，補(bǔ)給船的補(bǔ)給設(shè)備等。1、舵設(shè)備

舵設(shè)備是應(yīng)用最為廣泛的船舶操縱設(shè)備。舵設(shè)備包括操縱裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、舵機(jī)、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、舵，以及自停裝置、舵角限制器、太平舵裝置。

操縱裝置置于駕駛室，包括舵輪和舵角指示器。新埔洋號(hào)油輪的駕駛室育鯤輪的駕駛室

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將操作信號(hào)傳遞給舵機(jī)，控制舵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；舵機(jī)提供轉(zhuǎn)舵的原動(dòng)力；轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)將舵機(jī)的原動(dòng)力轉(zhuǎn)化為作用在舵柄上的轉(zhuǎn)舵力矩；舵轉(zhuǎn)動(dòng)后受到橫向的水壓力作用，使船回轉(zhuǎn)。

自停裝置控制舵轉(zhuǎn)到給定的角度就自動(dòng)停止；舵角限制器用來(lái)防止轉(zhuǎn)舵超過(guò)最大允許舵角；太平舵裝置是備用設(shè)備，由人力操作。

從駕駛室到舵機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，有機(jī)械式、液壓式和電力式，機(jī)械式已基本淘汰，液壓式和電力式使用普遍，尤其電力式，操縱輕便，動(dòng)作靈敏，大多數(shù)船舶采用。

遠(yuǎn)洋船舶普遍采用自動(dòng)操舵裝置，它將操舵機(jī)構(gòu)與陀螺羅經(jīng)聯(lián)系起來(lái)，能自動(dòng)糾正航向，實(shí)現(xiàn)港到港的全程自動(dòng)導(dǎo)航和自動(dòng)操舵，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。

舵的形式很多，按不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法。1）按舵桿軸線分

非平衡舵：舵葉面積全部在舵桿軸線的后面，水壓力中心遠(yuǎn)離舵桿軸線，所需轉(zhuǎn)舵力矩大。但舵有多個(gè)支點(diǎn)，舵桿強(qiáng)度易保證。

（1）舵的結(jié)構(gòu)形式

平衡舵：部分舵葉面積位于舵桿軸線前方，水壓力中心離軸線近，所需轉(zhuǎn)舵力矩較小，可以節(jié)省舵機(jī)功率。

半平衡舵：舵桿軸線前方的舵葉面積并非占全部舵葉高度。

支撐舵：尾柱上有舵的下支撐點(diǎn)。

平板舵：舵的主體是一塊平板，簡(jiǎn)單，只用于小船。2）按舵的支撐形式

懸柱舵：舵只有位于船內(nèi)的上支撐點(diǎn)，沒(méi)有下支撐點(diǎn)，類似懸臂梁。

半懸柱舵：船體提供舵的中間支撐點(diǎn)?，F(xiàn)代大型船舶均采用這種形式，它既方便于船尾的設(shè)計(jì)，不必提供下支撐點(diǎn)，又一定程度減小了舵桿的彎矩。3）按舵葉剖面形狀

流線型舵：舵的水平剖面呈流線型，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但水動(dòng)力性能好，航行阻力小，舵效高。舵可以看成小展弦比、對(duì)稱型機(jī)翼。

從上面的分類可以看出，舵桿軸線的位置主要影響所需的轉(zhuǎn)舵力矩，這影響了舵機(jī)功率的大??；舵的支撐形式影響水動(dòng)力對(duì)舵桿形成的彎矩，這涉及到舵桿的強(qiáng)度問(wèn)題；剖面形狀影響舵面上的水壓力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。1）襟翼舵

這種舵的舵葉包括主舵和襟翼兩部分，類似飛機(jī)機(jī)翼的襟翼。

為了改善船舶的操縱性，特別是小舵角的舵效，出現(xiàn)了一些新型舵。另外，舵和螺旋槳是一個(gè)整體，一些改進(jìn)型的舵不但可以提高舵效，還可以提高螺旋槳的推進(jìn)效率。

（2）特殊形式的舵

主舵轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度時(shí)，襟翼相對(duì)于主舵再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，形成一個(gè)不對(duì)稱的拱形舵剖面，使舵上的水動(dòng)力提高1.5~2.5倍，大大提高舵效，特別是小舵角時(shí)，效果明顯。

這種襟翼舵已廣泛應(yīng)用于大型海洋船，襟翼舵可使船的定?；剞D(zhuǎn)直徑減小，襟翼相對(duì)主舵的轉(zhuǎn)動(dòng)有齒輪傳動(dòng)和搖臂傳動(dòng)等方式。2）反應(yīng)舵

又稱迎流舵，舵葉以螺旋槳軸線為界，上下分別向左右不同方向作一定程度的扭曲，迎著螺旋槳向后推出的水流，可以減小阻力，提高螺旋槳的推力。3）整流帽舵

正對(duì)螺旋槳的部位，加一個(gè)流線型圓錐體，即整流帽。它可以改善槳后的水流狀態(tài)，提高槳的效率，減小槳的激振力。4）主動(dòng)舵

舵后加裝一個(gè)小型導(dǎo)管螺旋槳，可以大大提高轉(zhuǎn)船力矩，特別是微速航行時(shí)。

潛艇不僅需要舵控制器其水平面內(nèi)的航向改變，還需要舵控制其垂直面內(nèi)上浮和下潛。而且這兩種運(yùn)動(dòng)會(huì)同時(shí)進(jìn)行。

潛艇在垂直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)用升降舵控制，一般有兩對(duì)：首升降舵和尾升降舵。首升降舵可用圍殼舵代替。

潛艇的水平操縱裝置是方向舵和垂直穩(wěn)定翼。方向舵用來(lái)改變航向，穩(wěn)定翼用來(lái)保持航向。

（5）潛艇的舵設(shè)備2、錨泊和系泊設(shè)備

船的停泊有兩種方式。利用錨抓抓住海底，使船停于海面的一定位置稱為錨泊。利用繩索系結(jié)于碼頭、岸邊、浮筒或相鄰船舶，稱作系泊。

停泊設(shè)備用以保證船舶在浪、風(fēng)和流的作用下安全停泊而不產(chǎn)生嚴(yán)重的漂移。

（1）錨泊設(shè)備

組成：錨、錨鏈、錨鏈筒、制鏈器、錨機(jī)、錨鏈管和錨鏈艙。

錨泊時(shí)，拋錨的方式有多種。常用的是首拋錨，分為單錨和雙錨，雙錨可限制船的活動(dòng)范圍。側(cè)拋錨利于艙室的自然通風(fēng)，尾拋錨適用于內(nèi)河的順?biāo)叫小?）錨

錨應(yīng)滿足抓力大、入土性能好、能適應(yīng)多種土質(zhì)、便于收藏等要求。

有桿錨。有單抓和雙抓之分，特點(diǎn)是錨柄上有穩(wěn)定橫桿，工作時(shí)僅以一個(gè)抓嵌入泥中。

最具代表性的是海軍錨，抓力大，適應(yīng)各種土質(zhì)，但橫桿不便于收藏。

無(wú)桿錨。不帶穩(wěn)定桿，雙抓，錨柄與錨抓用銷釘連接，工作時(shí)兩抓同時(shí)入土。抓力低于海軍錨，但便于收藏，應(yīng)用廣泛?；魻栧^

大抓力錨。錨的抓力與其重量之比稱為抓重比，抓重比較大的錨稱為大抓力錨。特點(diǎn)是嚙土面積大，入土深，抓力大。有些大抓力錨只適用于松軟的砂質(zhì)底，不宜在硬質(zhì)海底拋錨。尾翼式ZY6型戎氏錨2）錨鏈

錨鏈?zhǔn)沁B接錨和船體、有足夠長(zhǎng)度和強(qiáng)度的鏈條。由鏈環(huán)、轉(zhuǎn)環(huán)、卸扣和連接鏈環(huán)等組成。

拋錨時(shí)，放出錨鏈的長(zhǎng)度取決于水深。水過(guò)深時(shí)，也使用由鏈條和鋼索組成的錨鏈，以減小自重。

錨鏈的大小以鏈環(huán)的斷面直徑，即錨鏈口徑表示。鏈環(huán)按結(jié)構(gòu)分為有檔和無(wú)檔兩種。

整條錨鏈由25米長(zhǎng)的短鏈段組成，稱為“節(jié)”。鏈段之間用卸扣或可拆的連接鏈環(huán)連接。