船舶动力装置.docx

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船舶动力装置

1.船舶动力装置的含义及组成

含义:

船舶动力装置保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作和生活所必需的机械设备的综合体。

组成：

①推进装置（主发动机、推进器、传动设备）；②辅助装置（船舶电站、辅助锅炉装置）；③机舱自动化；④船舶系统（动力管系、船舶管系）；⑤甲板机械（锚泊机械、操舵机械、起重机械）

2.动力装置类型

类型：

柴油机推进动力装置、汽轮机推进动力装置、燃气轮机推进动力装置、核动力推进动力装置、联合动力推进动力装置

1柴油机：

优点:

A.有较高的经济性，耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多；B.重量轻（单位重量的指标小）；C.具有良好的机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速；D.功率围广。

缺点:

A.柴油机尺寸和重量按功率比例增长快；B.柴油机工作中的噪声、振动较大；C.中、高速柴油机的运动部件磨损较厉害；D.柴油机低速稳定性差；E.柴油机的过载能力相当差。

②蒸汽轮机：

优点:

a.单机功率大,可达7.5×104kW以上；b.转速稳定，无周期性扰动力，机组振动噪声小；c.工作可靠性高；d.可使用劣质燃料油。

缺点:

a.总重量大，尺寸大；b.燃油消耗率高；c.机动性差,启动前准备时间约为30~35min，紧急须15~20min。

2燃气轮机：

优点:

a.单位功率的重量尺寸小；b.启动加速性能好；c.振动小，噪声小。

缺点:

a.主机没有反转性；b.必须借助启动机械启动；c.叶片材料昂贵，工作可靠性较差，寿命短；d.进排气管道尺寸大，舱布置困难。

④电力推进：

交流电力推进装置具有极限功率大，效率高和可靠性好的优点（结合电力传动分析挖泥船，破冰船）

8.中间轴承

中间轴承：

是为减少轴系挠度设置的支承点，用来承受中间轴本身的重量，以及因其变形或运动而产生的径向负荷（非重点）

中间轴承的设置：

尾管无前轴承者，则中间轴承尽量靠近尾管前密封；中间轴承应设在轴系上集中质量处附近，如调距桨轴系的配油箱附近;每根中间轴一般只设一个中间轴承（极短中间轴不设）。

（非重点）

中间轴承的位置与间距：

位置：

靠近一段法兰处，距法兰端面距离0.2l

轴承间距的大小及其数目，对轴的弯曲变形、柔性和应力均有很大的影响。

间距适当增加使轴系柔性增加，工作更为可靠，对变形牵制小，使额外负荷反而减小。

3.船舶动力装置性能指标

1）技术指标代表整套动力装置技术装备总指标。

包括功率指标﹑质量指标和尺寸指标。

2）经济指标代表燃料在该动力装置中的热能转换率。

有燃料消耗率﹑装置总效率﹑推进装置热效率﹑每海里航程燃料耗量及动力装置的运转-维修经济性。

3）性能指标代表动力装置在接受命令，执行任务中的服从性﹑坚固性和对外界条件﹑工作人员的依赖性。

因此它包括机动性﹑可靠性﹑自动远操作性能﹑牵拽性能以及噪声振动的控制等指标。

功率指标：

船舶有效功率

、

主机输出功率

尺寸指标：

面积饱和度、容积饱和度（对于不同的船舶，对机舱尺寸要求也不统一，为了表征机舱的面积和容积利用率的情况）

经济指标：

主机燃料消耗率（指在单位时间主机单位有效功率所消耗的燃料量）

经济航速:

（节能航速、最低营运费用航速、最大盈利航速）a.节能航速是指每小时燃油消耗量最低时的静水航速，它常由主机按推进特性运行时能维持正常公共的最低稳定转速所决定。

b.最低营运费用航速是指船舶每航行1海里船舶固定费用及航行费用最低时的航速，可供船舶及其动力装置的性能评价及选型用。

c.最大盈利航速是指每天（或在船舶营运期间）能获得最大利益的航速。

性能要求：

可靠性、具有一定续航力（是指船舶不需要到基地或港口去补充任何物质所能航行的最大距离或最长时间）

4.何为轴线？

理想轴系如何确定？

为什么有些船舶的轴线有倾斜角和偏斜角？

轴线：

轴线是指主机（或离合器或齿轮箱）输出法兰端面中心至螺旋桨桨毂端面中心间的连线.

理想轴线：

与船体龙骨线（基线）平行

倾斜角：

有时为保证螺旋桨浸入水中有一定的深度，而主机位置又不能放低，只能使轴线向尾部有一倾斜角，即轴线与基线的夹角α，一般控制在0~5°之间。

偏斜角：

双轴时除α角外，其与船舶中垂面偏角，即斜偏角β一般控制在0~3°，从而保证轴系有较高的推力，不会因α、β角太大而损失过多。

Tips：

河船由于吃水浅，但是螺旋桨要有一定的沉深，所以轴线具有倾斜角。

双机双桨船舶，由于尾部结构的问题，会产生偏斜角，保证桨工作时不碰到船体结构。

偏斜角和倾斜角均会引起推力损失，偏角不能太大。

5.推进装置形式

①直接传动是主机直接通过轴系把功率传给螺旋桨的传动方式，在主机与轴系中无其它传动设备，在任何工况下，螺旋桨与主机具有相同的转速与转向。

优点：

结构简单；使用寿命长；燃料费用低；维修保养方便；噪声低；传动损失小；推进率高。

缺点：

重量与尺寸大；倒车必须利用可反转发动机，其机动性差；非设计工况下运转时经济性差；低速和微速航行受到柴油机最低稳定转速的限制。

Tips:

大型远洋船舶一般选取低速柴油机直接传动

3间接传动是通过传动设备（机械的、电动的或液动的），使主机与轴系连接在一起的一种传动方式。

优点：

重量与尺寸小；主机的转速不受螺旋桨要求的转速限制；轴系布置方便；带倒顺离合器时可选用不可逆转的主机；有利于多机并车、单机分车与轴带发电机布置。

缺点：

结构复杂；传动损失大；效率低。

Tips:

河船由于吃水、螺旋桨直径受限，一般选取中速柴油机，配合低转速螺旋桨，采用间接传动。

③电力传动是主机驱动主发电机发电，然后并网，再由电网供电给电动机驱动螺旋桨的一种传动型式。

主机和螺旋桨间没有机械联系，机、桨可任意距离布置。

优点：

机组配置和布置比较灵活、方便，舱室利用率高；改变直流电动机的电流方向可使螺旋桨转向改变，便于遥控，机动性和操纵性好；发电机转速不受螺旋桨转速的限制；正倒车具有相同功率和运转性能，具有良好的拖动性能。

缺点：

能量经过两次转换，损失大，传动效率低；增加了发电机和电动机，装置总的重量和尺寸较大，造价和维修费用较贵。

Tips:

挖泥船、破冰船（极地船）等工作工况复杂，工况转换复杂的船舶适合于电力推进。

6.轴系的概念、组成、特点

轴系：

在推进装置中,从发动机（机组）输出法兰到推进器之间以传动轴为主的一整套设备

轴系的基本任务：

连接主机（机组）与螺旋桨,将主机发出的功率传给螺旋桨,同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承传给船体,以实现推进船舶的使命

组成：

1）传动轴：

中间轴、推力轴、尾轴或螺旋桨轴

2）支承轴承：

中间轴承、推力轴承及尾管轴承

3）联轴器（联轴节）：

固定联接法兰、可拆联轴节、液压联轴节、弹性联轴节、夹壳联轴节、齿形联轴节、膜片联轴节、万向联轴节等

4）轴系附件（用于连接传动轴的联轴器；制动器；隔舱填料函、尾管密封；还有中间轴承、推力轴承、尾管轴承的润滑与冷却管路；接地装置；防腐蚀装置等）

5）减速齿轮箱

7.轴系的工作条件：

（从负荷、应力、状况分析工作环境恶劣的原因）

a.一般位于水线以下，有一部分伸出船壳，长期浸泡在水中

b.在运转中产生的负荷和应力十分复杂:

螺旋桨在水中旋转的扭转变形（应力）；

推进中的正倒车产生的拉、压应力；

轴系自重产生的弯曲变形（应力）；

轴系安装误差、船体变形、轴系振动以及螺旋桨的水动力等所产生的附加应力。

8.轴承的负荷

在进行轴系布置时，应尽量使轴系各轴承的负荷比较均匀，并使其比压在允许的围

a.负荷过重：

磨损严重

b.负荷很小或为零：

浪费，没有必要布置轴承

c.轴承负荷是负值：

是相邻轴承负荷增加

9.螺旋桨轴尾端结构

螺旋桨轴的尾部是供安装螺旋桨所用，并传递和承受以下的负荷：

a.锥形部分用来承受正车推力；

b.倒车推力由固定螺母来承受；

c.主机的转矩则靠其键槽中所装的键或者液压安装螺旋桨过盈配合锥面的摩擦力传给螺旋桨

10.桨和桨轴的联接方式

机械联接，油压无键套合联接，环氧树脂粘结。

11.船舶后传动设备在推进装置中主要有哪些作用及组成？

作用：

减速及变速传动；用以并车和分车组合或分配推进功率；离合与倒顺；抗振与抗冲击；布置中的调节作用。

主要组成：

齿轮变速器、离合器、弹性联轴器、液力偶合器等等

12.船用齿轮箱主要技术性能参数（重要的几个）

a.

13.弹性联轴器作用

a.弹性联轴器的柔度很大（刚度很小），可以大幅度地降低轴系扭振的自振频率，可能使柴油机在使用转速围不出现危险的共振，是轴系扭振、调频、避振的有效措施之一。

b.可以缓解由于船体变形所引起的柴油机、齿轮箱和轴承增加的负荷。

c.可允许轴线有微小倾角和位移，补偿安装中的误差，使轴线校中容易，并能保护齿轮装置。

d.降低轴系校中的工艺要求。

14.联轴器的扭矩计算

式中:

Pw—驱动功率，kW；n—工作转速，r/min。

15.液力偶合器

a.液力偶合器是一种应用广泛的液力传动元件。

b.动力机带动偶合器泵轮旋转，泵轮叶片搅动腔的工作液，在离心作用下，泵轮将机械能转变为液体能传递给涡轮叶片，涡轮再将吸收的液体能传递给工作机。

c.动力机与工作机的传动介质为液体，所以其优点是其它动力连接设备所不可比拟的。

16.燃油管系的功用、组成及工作原理（净化方式）

燃油管系的作用：

向船舶柴油机和燃油锅炉供应足够数量的合格燃油，以确保船舶的营运需要。

//燃油系统一般由注入、贮存、驳运、净化、供应、测量6个部分组成。

燃油管系的净化方式：

过滤、沉淀、分油机分离

17.轻柴油和重柴油什么时候使用：

轻柴油：

工况严格（进出港口、启动、停泊等），操纵性要求高的工况下使用

重柴油：

正常航行时，从经济性考虑，节省燃油费，使用重柴油

18.润滑系统

常见润滑方式：

各类轴承的润滑方式有压力润滑、飞溅润滑和人工润滑。

其中前两者为正常情况下使用，人工润滑是在机器长期不使用时，人工涂上一层厚厚的润滑油脂进行润滑。

滑油管系通常根据柴油机的结构型式可分为湿底壳式（油槽在柴油机）和干底壳式（油槽在柴油机外）两种。

19.闭式冷却系统特点

特点：

由于受热件工作条件不同，所要求的冷却液温度、压力和基本组成也各不相同。

因而各受热件的冷却系统通常由几个单独的系统组成。

一般分为缸套和汽缸盖、活塞、喷油器3个闭式淡水冷去系统。

淡水对柴油机气缸套、气缸盖、活塞、喷油器等进行冷却

海水冷却淡水冷却器、滑油冷却器、增压空气冷却器、喷油器冷却器

20.膨胀水箱的作用：

a.闭式冷却管路中设置膨胀水箱以适应管路淡水随温度变化产生的体积变化；

b.在柴油机的淡水管最高处接出透气管与膨胀水箱上部相通，让淡水中分离出来的气（汽）体逸入大气；

c.膨胀水箱置于淡水泵吸入口以上一定高度，使吸入管路保持一定的水压，防止产生汽化现象；d.向管路补充淡水；e.投药，保证水质。

21.海底门的设置：

[位置，一高一低（原因见课堂作业），两侧。

]

船舶机舱至少设两个海底门，布置在船舶的左右两舷，低位海底门在机舱底部，高位海底门则设与舭部（船舷侧板与船底板交接的部位）。

对于大型船舶尾机舱，海底门要尽量布置在机舱前部，以避免吸入空气和污水。

海底门应设隔栅或孔板，以阻挡大的污泥杂质进入海水管路。

海水箱上应设透气管，压缩空气管和蒸汽管，以便吹除污物和冰粒等。

22.压缩空气在船上的应用：

①柴油机的启动、换向、操纵；（最重要的作用）；②气胎离合器的操纵；③压力柜充气（淡水、海水）；④吹洗海底门、油渣柜等；⑤汽笛、雾笛吹鸣；⑥遥控和自动控制系统的能源；⑦灭火剂的驱动喷射；⑧杂用，风动工具等；⑨军用船舶武器的发射。

23.舱底水系统：

为在机舱破损时应急排水，一般还应设有接至主冷却海水泵的应急排水支管，并应装设截止止回阀，即“只出不进”。

压载水在管的流动是“有进有出”。

即要通过同一管道将压载水注入某压载水舱和自该舱排出压载水．因此在管系中不可设置止回阀，而要通过截止阀箱调驳。

24.压载水系统的作用

压载水管系的功用是对压载水舱注入或排出压载水，达到：

a.保持适当的排水量、吃水和船体纵、横向平衡，维持适当的稳心高度；

b.减小过大的弯曲力矩和剪切力，减轻船体振动。

c.改善空舱适航性。

25.船舶消防基本原则：

防火、探火和灭火

26.供水系统

水箱容积组成：

无效容积、有效容积、压缩空气最小容积

27.船舶倾斜角的规定：

横倾15°、横摇22.5°、纵倾5°以及纵摇7.5°

28.压载水各管系形式特点：

1：

支管式：

适用于双层底压载舱，且压载管径较小、压载舱数不多的小型船舶。

（不需要遥控）

2：

总管式：

3.管隧式：

29.压载水系统的设计要求：

1）压载水在管的流动是“有进有出”。

即要通过同一管道将压载水注入某压载水舱和自该舱排出压载水．因此在管系中不可设置止回阀，而要通过截止阀箱调驳。

2）在大型船舶上，为防止海水自压载水管泄漏至货舱，压载水管都敷设在双层底舱中央的管隧。

其吸入口在各舱的布置，应有利于压载水的排出。

3）首尖舱和尾尖舱的压载水管穿过首、尾隔舱时，最好设有可在上甲板启闭的闸阀，以便在船体首尾部撞破时立即关闭闸阀，防止舷外水进入压载水系统。

30.舱底水系统的作用：

功用是抽除舱底积水；此外当发生海损事故，船体破损而大量进水时．舱底水系统也担负着排出的任务。

Tips：

a.压载水系统的其他用途——平舱：

客滚船、集装箱船、客船、火车渡船等，对稳性要求很高的船一般设有平舱。

b.舱底水系统，设置截止止回阀（只出不进）；压载水系统，设置截止阀（有进有出）

31.消防系统

水消防系统：

水灭火系统广泛用于扑灭起居处所、货舱、机舱等处的火灾，不能扑灭油类和电气火灾

CO2消防系统：

电气设备灭火，二氧化碳灭火系统不适用于客舱

泡沫消防系统：

适用于油船和化学品船的液货区域的甲板

32.机桨匹配：

阻力储备法：

取100%主机功率，100%转速，而船体阻力则取满载运行时船底有一定程度的污底、并有风浪时的阻力作为设计工况点。

33.柴油机速度特性

保持喷油量不变,柴油机在不同转速时，平均有效压力为常数故有P随供油量增加而增大；供油量一定，P∝n也称作外特性。

柴油机试验台上测定，将喷油量调节机构固定在某一位置，改变负荷，使转速变换。

全负荷速度特性：

标定转速发出标定功率的供油位置，标准试验环境（大气压p0=100kpa，相对湿度φ0=30%/无限航区60%，环境温度T0=298K/318K）及持续功率下测定。

超负荷速度特性：

超负荷功率为标定功率的110%（对应103%neb），并且在12h运转期允许超负荷运转1h。

部分负荷速度特性：

喷油泵油量固定在小于标定功率油量

34.柴油机负荷特性及特性作用

试验台或实船条件下测取。

发电副机和装有全制式调速器的主机，在设定转速不变下，当负荷变化转速保持不变时，可认为按负荷特性工作。

负荷特性是标志柴油机动力性与经济性的基本指标特性。

作用：

比较不同柴油机的性能，评价同一柴油机的结构设计改变或调速后的效果；标定柴油机功率；绘制万有特性曲线。

35.柴油机推进特性

当柴油机作为船舶主机带螺旋桨，按螺旋桨特性工作，为柴油机的推进特性。

意义：

a.根据柴油机的工作能力合理的设计、选用螺旋桨； 

b.确定使用中功率与转速的配合点； 

c.确定推（拖）船舶在各种工况下的负荷； 

d.确定船舶的经济航速。

36.船舶动力装置的发展性设计

用船部门根据他们的发展计划提出来，没有多少经验可效仿，必须根据任务的要求进行详细和大量的分析工作，运用不同的技术和措施，提出多种可能的方案，以便进行对比，从而选择最优设计方案。

37.辅锅炉（利用柴油机余热）

一般干货船（散货船、杂货船、集装箱船）的蒸汽用途

①寒冷季节的舱室取暖;②加热生活用热水;③厨房各种需要;④粘性油的加热;⑤蒸汽灭火系统;⑥制造淡水;⑦特殊用途及杂用

余热：

柴油机工作时，一部分能量转化为功，剩余一部分不能转化为功的能量转化为热能，成为余热，余热可有效利用，如：

废弃锅炉。

38.机舱位置及尺寸,船舶的总布置规划要求,动力装置本身的要求。

机舱位于中部：

便于机舱布置，抗沉性好；轴系长，效率降低，结构复杂，货舱容积减小

机舱位于尾部：

轴系缩短，降低成本及维修费用，增加货舱容积，但在空载或轻载时会首倾

机舱大小：

机舱长度-根据主机的长度来确定;

机舱宽度-船宽

机舱高度-机舱大型设备.//

Tips：

客船——中机型；货船——艉机型

39.尾管轴承润滑方式：

油润滑，水润滑

40.提高动力装置效率的方法

A.提高船—机—桨的匹配

B.提高热效应（降低燃料消耗、采用低质廉价燃料、废热利用）

C.采用经济航速

41.尾轴管装置的作用：

尾轴管装置的任务是用来支承尾轴或螺旋桨轴，并使其能可靠的通出船外，不使舷外水大量漏入船，同时、亦不使滑油外泄。

组成：

由尾管、尾轴承、密封装置以及润滑与冷却系统等部分组成