船舶動(dòng)力裝置概論第十七次課ppt課件

1、1,杰拉德R福特級(jí)航空母艦正式定名之前，原本被稱為CVN 21未來(lái)航母計(jì)劃。 福特級(jí)預(yù)計(jì)最快會(huì)在2015年時(shí)開(kāi)始服役，并規(guī)劃在2058年之前建造10艘同級(jí)艦，取代尼米茲級(jí)成為美國(guó)海軍艦隊(duì)的新骨干。,上節(jié)課要點(diǎn),5.2核反應(yīng)堆 5.3 核動(dòng)力裝置 5.4 核安全,2,1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,5.4核安全,3,4、海上事故,2006年11月21日上午，日本潛艇“朝潮”號(hào)在宮崎縣油津港附近海域浮出海面時(shí)與排水量為4000噸的巴拿馬籍貨輪相撞，造成潛水艇立舵變形，沒(méi)有造成人員傷亡。,潛艇后縱舵變形,事件經(jīng)過(guò),第五章 船舶核動(dòng)力裝置,5.4核安全,4,2007年1月9日，

2、日本川崎汽船公司的“最上川”號(hào)大型油輪和美國(guó)“紐波特紐斯”號(hào)核動(dòng)力潛艇在阿拉伯海的霍爾木茲海峽相撞。,油輪局部受損，但沒(méi)有人員傷亡，也沒(méi)有造成原油和核泄漏事故。,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,5.4核安全,5,2000年8月12日，造價(jià)10億美元的俄羅斯核潛艇 “庫(kù)爾斯克”號(hào)在巴倫支海爆炸沉沒(méi)，118人殉難 反應(yīng)堆處于安全關(guān)閉狀態(tài)，沒(méi)有造成核泄漏,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,5.4核安全,6,福島核電站是目前世界世界最大的核電站，由福島一站、福島二站組成，共10臺(tái)機(jī)組（一站6臺(tái)，二站4臺(tái)），均為沸水堆。2011年3月12日受地震影響，福島第一核電站的放射性物質(zhì)泄漏到外部。,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,5.4

3、核安全,7,對(duì)船上所有人員的健康和對(duì)周圍環(huán)境的清潔與安全有切實(shí)可靠的保證。 正常條件下，對(duì)人員的放射性輻照低于法定水平； 事故情況下，安全系統(tǒng)及時(shí)投入，防止放射性物質(zhì)外泄至環(huán)境。 由于核裂變過(guò)程伴隨著放射性物質(zhì)的產(chǎn)生，核安全始終 是在核動(dòng)力裝置的研制和使用中的首要問(wèn)題。,二、安全性,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,8,C高放射性廢物：乏燃料,（一）三類核廢物,A低放射生廢物 受到輕微污染的固體，例如手套及衣服等。,B中放射性廢物 來(lái)自核電站的工藝流程廢物，例如廢樹(shù)脂和蒸發(fā)殘?jiān)?5.4核安全,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,9,核電廠用過(guò)的乏燃料，送后處理廠經(jīng)處理其中97%可循環(huán)再用。 剩余的3%高放射性廢物

4、，需用瀝青固化、水泥固化和玻璃固化等方法，使它變成不易滲透的固體，在后處理廠貯存，并最終送國(guó)家高放深地層處置中心處置。,低、中放射性廢物處理,高放射性廢物處理,五個(gè)處理步驟 廢物分類及保存廢物包裝經(jīng)包裝的廢物運(yùn)往處置場(chǎng)地經(jīng)包裝的廢物點(diǎn)收后進(jìn)行處理儲(chǔ)存及記錄質(zhì)量保證文件。,5.4核安全,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,5.4核安全,10,（二）輻射防護(hù)措施,核反應(yīng)堆工作時(shí)，不可避免有強(qiáng)烈的放射性輻射，這就要求特別的屏蔽，限制或根本不讓艇員進(jìn)入潛艇的某些部位。,廣泛采用自動(dòng)化設(shè)備，不斷監(jiān)測(cè)空氣的放射性和采用其他一些安全措施。 對(duì)船員照射劑量的極限值都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,11,在放射

5、性物質(zhì)(裂變產(chǎn)物)和環(huán)境之間設(shè)置了四道屏障,只要其中有一道屏障是完整的,就不會(huì)發(fā)生放射性物質(zhì)外泄的事故。,第一道屏障-燃料芯塊 第二道屏障-燃料包殼 第三道屏障-壓力邊界 第四道屏障-安全殼,5.4核安全,（三）四道屏障,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,12,第一道屏障-燃料芯塊,核裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)98以上滯留在二氧化鈾陶瓷芯塊中,不會(huì)釋放出來(lái) 。,第二道屏障-燃料包殼燃料芯塊密封在鋯合金包殼內(nèi)，防止放射性物質(zhì)進(jìn)入一回路水中。,5.4核安全,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,13,第三道屏障-壓力邊界由核燃料構(gòu)成的堆芯封閉在壁厚20厘米的鋼質(zhì)壓力容器內(nèi)，壓力容器和整個(gè)一回路都是耐高壓的，放射性物質(zhì)不會(huì)漏到反

6、應(yīng)堆廠房中。,第四道屏障-安全殼反應(yīng)堆廠房是一個(gè)高大的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)筑物，壁厚近1米，內(nèi)表面加有6毫米厚的鋼襯，防止放射性進(jìn)入環(huán)境。,5.4核安全,第五章 船舶核動(dòng)力裝置,14,第一道防線主要考慮對(duì)事故的預(yù)防，它要求核動(dòng)力裝置必須按嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量保證措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，制造和運(yùn)行。 第二道防線防止運(yùn)行中出現(xiàn)的偏差發(fā)展成事故。第三道防線控制假想事故引起的后果，盡可能使污染限制在允許的水平。,（四）縱深防御,5.4核安全,包括以下三道防線:,15,15,長(zhǎng)154米；寬17米；吃水6.1米；滿載排水量：約7000噸； 乘員：280人；最高航速：29節(jié)；續(xù)航力：4500海里/15節(jié)； 170（蘭州

7、號(hào)）、171（?？谔?hào)）,動(dòng)力系統(tǒng)： DA/DN-80燃?xì)鉁u輪2 48600馬力； MTU-20 V956 TB92柴油機(jī)2 8840馬力,16,本章主要內(nèi)容,6.1 概述 6.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置推進(jìn)系統(tǒng)的組成和性能 6.3 船舶電力推進(jìn)和電磁推進(jìn)動(dòng)力裝置 6.4 船舶齒輪箱 6.5 船舶離合器及液力耦合器 6.6 船用大功率高速聯(lián)軸器 6.7 船舶軸系與螺旋槳,17,本次課主要內(nèi)容,6.1 概述 6.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置推進(jìn)系統(tǒng)的組成和性能 （COSAG 或 COSOG） （CODAG 或 CODOG） （COGAG 或 COGOG） （CODAD） （COGAS） 6.3 船舶電力推進(jìn)和電磁推進(jìn)動(dòng)

8、力裝置,18,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了船舶柴油機(jī)、船舶燃?xì)廨啓C(jī)、船舶蒸汽輪機(jī)和船舶核動(dòng)力裝置等各類動(dòng)力裝置在最大功率、重量尺寸、裝置經(jīng)濟(jì)性和操縱運(yùn)行機(jī)動(dòng)性等方面都存在某些不足。 對(duì)于民用船舶來(lái)說(shuō)，除經(jīng)濟(jì)性之外，其他問(wèn)題均可以調(diào)整解決。 但是對(duì)于軍艦來(lái)說(shuō)，必須滿足艦船的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，也就是盡可能提高航速、機(jī)動(dòng)能力和續(xù)航力。要求動(dòng)力裝置功率盡可能大，滿足最高航速時(shí)的要求；同時(shí)必須照顧到減少動(dòng)力裝置所占有的排水量，以保證所需燃料的儲(chǔ)存量（保證續(xù)航力）。,6.1概述,19,所以，對(duì)于常規(guī)排水型船舶，航行速度提高到2倍時(shí)，所需功率將提高到8倍。,6.1.1艦船航速變化與所需推進(jìn)功率的關(guān)系,（1）螺旋槳要求的推進(jìn)功

9、率,V-容積排水量 v-航速 CB-海軍系數(shù),（2）艦船巡航航行占全部航行時(shí)間的98%左右； 全速航行僅僅占到全部航行時(shí)間的2左右。,為了解決全速航行時(shí)的大功率要求和巡航時(shí)經(jīng)濟(jì)性好要求的矛盾，各種形式的聯(lián)合動(dòng)力裝置就出現(xiàn)了。,20,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,目前使用的聯(lián)合動(dòng)力裝置有五種型式,1、蒸燃聯(lián)合動(dòng)力裝置（COSAG或COSOG） 2、柴燃聯(lián)合動(dòng)力裝置（CODAG或CODOG） 3、燃燃聯(lián)合動(dòng)力裝置（COGAG或COGOG） 4、柴柴聯(lián)合動(dòng)力裝置（CODAD） 5、燃蒸聯(lián)合動(dòng)力裝置（COGAS）,21,1、蒸燃聯(lián)合動(dòng)力裝置（COSAG或COSOG）,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的

10、分類和應(yīng)用,蒸汽輪機(jī)提供80%全速以下航行所需的功率（全功率的50%左右），在更高航速時(shí)，使用燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)（COSAG“共同使用”）；也可以是在更高航速航行時(shí)只使用燃?xì)廨啓C(jī)而不使用蒸汽輪機(jī)（COSOG“交替使用”）。,英國(guó)的郡級(jí)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦 排水量：5440噸（標(biāo)準(zhǔn)）；6850噸（滿載） 主尺寸：長(zhǎng)158.65米，水線長(zhǎng)153.9米，寬16.4米，吃水6.28米。 動(dòng)力：采用蒸燃聯(lián)合動(dòng)力裝置，2臺(tái)蒸汽輪機(jī)，功率30000馬力；4臺(tái)燃汽輪機(jī)，功率30000馬力。雙軸。 航速：31.5節(jié) 續(xù)航力：3040海里/28節(jié)。,22,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,2、柴燃聯(lián)合動(dòng)力裝置（CODA

11、G或CODOG）,CODOG-柴燃交替使用,CODOG裝置選用經(jīng)濟(jì)性較好的柴油機(jī)巡航，以滿足巡航工況油耗低的要求，在相同載油量的情況下可提高續(xù)航力。 選用重量輕、功率大的燃?xì)廨啓C(jī)加速，以滿足艦船在高航速航行時(shí)的功率要求。 由于柴油機(jī)巡航彌補(bǔ)了大功率燃?xì)廨啓C(jī)在低負(fù)荷油耗高的缺點(diǎn)，所以過(guò)去的一部分和今后有些艦船還會(huì)選用。,23,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,2、柴燃聯(lián)合動(dòng)力裝置（CODAG或CODOG）,CODOG也有明顯的缺點(diǎn)： 一是機(jī)型多，傳動(dòng)裝置也較復(fù)雜； 二是柴油機(jī)巡航時(shí)的傳動(dòng)效率較低，影響選用柴油機(jī)巡航經(jīng)濟(jì)性好這一優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮； 三是巡航柴油機(jī)采用雙層隔振加箱裝體，滿足了減振要求，

12、但代價(jià)高； 四是大功率加速燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)間少，使燃?xì)廨啓C(jī)的壽命不能充分利用。 因此，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展，聯(lián)合動(dòng)力裝置將來(lái)會(huì)向COGAG、 CODAD等方向發(fā)展。,24,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,25,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,26,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,27,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,在該推進(jìn)裝置中，主要用于巡航的柴油機(jī)在船舶高速工況與主要用于加速的燃?xì)廨啓C(jī)共同工作,有利于提高艦的最高航速。通過(guò)跨接齒輪箱和多臺(tái)離合器，使任何一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都可帶動(dòng)雙軸工作，可根據(jù)航速的需要選擇合理的工作方式，使參與運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)在其經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)工作，同時(shí)又可減少運(yùn)行機(jī)的

13、數(shù)量，提高了推進(jìn)裝置運(yùn)行靈活和可靠性。但是，其傳動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。 該推進(jìn)裝置組成：一般有一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，二臺(tái)柴油機(jī)，二部可調(diào)槳和傳動(dòng)裝置；有二臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、一臺(tái)柴油機(jī)、二部可調(diào)槳和傳動(dòng)裝置；有一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、一臺(tái)柴油機(jī)、二部可調(diào)槳和傳動(dòng)裝置。,CODAG-柴燃共同使用,28,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,29,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,30,典型應(yīng)用,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,美國(guó)海軍早在1965就在PG-84級(jí)高速巡邏炮艇上采用了CODAG系統(tǒng)。 美國(guó)的可靠級(jí)護(hù)衛(wèi)艦采用四機(jī)雙軸的常規(guī)組合采用了CODAG系統(tǒng)，阿希維爾級(jí)炮艇采用三機(jī)雙軸的CODAG系統(tǒng)； 法

14、國(guó)的伯爾尼級(jí)護(hù)衛(wèi)艦采用三機(jī)共同驅(qū)動(dòng)一根軸的CODAG系統(tǒng)； 德國(guó)的科降級(jí)護(hù)衛(wèi)艦、意大利的山地步兵級(jí)護(hù)衛(wèi)艦采用六機(jī)雙軸的CODAG系統(tǒng)等。 德國(guó)海軍在其新型的F124級(jí)護(hù)衛(wèi)艦上采用了基于LM2500的CODAG裝置。,31,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,3、燃燃聯(lián)合動(dòng)力裝置（COGAG或COGOG）,燃燃聯(lián)合動(dòng)力有兩種運(yùn)行方式：COGAG燃燃共同使用聯(lián)合推進(jìn)裝置（如采用四臺(tái)相同型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī)組成的推進(jìn)裝置方案，巡航是使用一臺(tái)或兩臺(tái)燃機(jī)，全速時(shí)使用四臺(tái)燃機(jī)共同工作）；COG1OG2燃燃交替使用聯(lián)合推進(jìn)裝置（如采用小型燃?xì)廨啓C(jī)或復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)作為巡航動(dòng)力裝置，采用大型簡(jiǎn)單循環(huán)燃機(jī)作為加速動(dòng)

15、力裝置）。 COGAG與COGOG系統(tǒng)相比，其好處是：COGAG模式下驅(qū)動(dòng)齒輪箱具有并車和分車的功能，能滿足任意一臺(tái)動(dòng)力裝置投入或退出工作。具有更多的工作工況可供選擇。在高航速時(shí)還可以將巡航燃機(jī)的功率并入，驅(qū)動(dòng)螺旋槳以提高航速，并沒(méi)有將巡航燃機(jī)“閑置”。并且COGAG系統(tǒng)通常采用的都是同型燃機(jī)，供油單一，備件通用，便于維護(hù)。,32,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,采用COGAG推進(jìn)的艦艇： 上世紀(jì)60年代，COGAG最早用在前蘇聯(lián)“卡辛”級(jí)驅(qū)逐艦上。 70年代美國(guó)DD963級(jí)驅(qū)逐艦也采用雙軸推進(jìn)。 日本16DDH直升飛機(jī)母艦，4臺(tái)LM2500燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)兩調(diào)距漿。 意大利NUM新型航母，

16、4臺(tái)LM2500燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)兩固定螺距螺旋槳。 美海軍高速支援艦，4臺(tái)LM2500燃?xì)廨啓C(jī)，雙軸，驅(qū)動(dòng)兩定距漿。 采用COGOG推進(jìn)的艦艇： 英國(guó)的42型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦、女將型（21型）和大刀型（22型）護(hù)衛(wèi)艦等，都是采用雙軸調(diào)距漿，加速主機(jī)用奧林普斯燃?xì)廨啓C(jī)，巡航機(jī)組是太因燃?xì)廨啓C(jī)。,33,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,4、柴柴聯(lián)合動(dòng)力裝置（CODAD）,在巡航時(shí)使用兩臺(tái)柴油機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)螺旋槳，全速時(shí)四臺(tái)柴油機(jī)共同工作。 特點(diǎn):動(dòng)力裝置經(jīng)濟(jì)性好，最大功率適宜。維護(hù)和后勤方面具有優(yōu)越性。,34,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,4、柴柴聯(lián)合動(dòng)力裝置（CODAD）,35,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)

17、力裝置的分類和應(yīng)用,采用CODAD的艦船： （1）法國(guó)海軍的“卡薩爾級(jí)”驅(qū)逐艦、“A69級(jí)”護(hù)衛(wèi)艦 （2）日本的“峰云級(jí)”、“山云級(jí)”驅(qū)逐艦 （3）意大利的“貝爾加米尼級(jí)”、“智慧女神”護(hù)衛(wèi)艦,36,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,5、燃蒸聯(lián)合動(dòng)力裝置（COGAS）,在燃?xì)廨啓C(jī)排煙道中加裝余熱鍋爐，利用高溫?zé)煔庥酂岙a(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，推進(jìn)一臺(tái)蒸汽輪機(jī)，就構(gòu)成“蘭肯循環(huán)”能量回收系統(tǒng)，可節(jié)省燃料25%。,37,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置的分類和應(yīng)用,5、燃蒸聯(lián)合動(dòng)力裝置（COGAS）,美國(guó)“伯克”級(jí)驅(qū)逐艦從第五艘開(kāi)始和日本“金剛”級(jí)，荷蘭海軍的M級(jí)都采用能量回收系統(tǒng)。,38,6.1.2 聯(lián)合動(dòng)力裝

18、置的分類和應(yīng)用,5、燃蒸聯(lián)合動(dòng)力裝置（COGAS）,這種燃蒸聯(lián)合動(dòng)力裝置在地面發(fā)電廠中獲得廣泛的應(yīng)用，發(fā)電總效率可達(dá)60%以上。,39,6.1.3聯(lián)合動(dòng)力裝置的控制,滿足艦船對(duì)于全速航行時(shí)功率的要求的同時(shí),單一種動(dòng)力裝置的功率不能超過(guò)限制,也就是保證功率平衡的技術(shù)。,對(duì)于交替使用的聯(lián)合動(dòng)力裝置在主機(jī)切換過(guò)程的控制問(wèn)題。要保證在主機(jī)切換過(guò)程中,接入主機(jī)能平穩(wěn)可靠地接替離線主機(jī)提供推進(jìn)功率；還需保證在線主機(jī)能平穩(wěn)地脫離同并車齒輪箱的聯(lián)接,逐漸降低到惰轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速后停車。,40,6.1.4 XX艦的聯(lián)合動(dòng)力裝置,41,6.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置推進(jìn)系統(tǒng)的組成和性能,6.2.1 CODAG動(dòng)力裝置的組成和性能特點(diǎn)

19、,42,2000噸級(jí)護(hù)衛(wèi)艦的主推進(jìn)裝置柴燃并車聯(lián)合動(dòng)力裝置。一臺(tái)燃機(jī)LM2500 30型，功率20000kW，兩臺(tái)MTU的20VI163TB82柴油機(jī)，單機(jī)持續(xù)功率4045kW。兩臺(tái)柴油機(jī)加一臺(tái)燃機(jī)最大功率30000kW。,三種工作方式： 兩臺(tái)柴油機(jī)工作，最大航速21.8kn 一臺(tái)燃機(jī)工作，最大航速28kn，最小航速可達(dá)5kn 兩臺(tái)柴油機(jī)和一臺(tái)燃機(jī)共同工作，最大航速30.3kn,6.2.1 CODAG動(dòng)力裝置的組成和性能特點(diǎn),43,6.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置推進(jìn)系統(tǒng)的組成和性能,6.2.2 CODAD裝置的組成和性能特點(diǎn),44,6.2 聯(lián)合動(dòng)力裝置推進(jìn)系統(tǒng)的組成和性能,2000噸級(jí)護(hù)衛(wèi)艦主推力動(dòng)力裝

20、置柴柴并車聯(lián)合動(dòng)力裝置。4臺(tái)同種型號(hào)的柴油機(jī)，每?jī)膳_(tái)帶動(dòng)一軸一槳。巡航時(shí)每軸一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)工作，高速時(shí)每軸兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)工作。,CODAG和CODAD比較： 從占據(jù)機(jī)艙空間尺寸方面：兩種要求差不多，但后者要求機(jī)艙上面甲板面積要大一些。 最低航速：前者5kn，后者11.5kn 機(jī)械重量：前者比后者少 加速性：由于燃機(jī)從冷態(tài)啟動(dòng)到全功率需要約2min，而柴油機(jī)所需時(shí)間更長(zhǎng)，所以前者加速性優(yōu)于后者。,45,6.3 船舶電力推進(jìn)和電磁推進(jìn)動(dòng)力裝置,1、電力推進(jìn)裝置的組成,Y-原動(dòng)機(jī) G-發(fā)電機(jī) M-電動(dòng)機(jī) J-螺旋槳 K-控制設(shè)備,水下潛艇通常包括蓄電池組，因?yàn)樗聼o(wú)空氣工作條件。,6.3.1電力推進(jìn)裝置的組成性能特點(diǎn),46,6.3 船舶電力推進(jìn)和電磁推進(jìn)動(dòng)力裝置,德國(guó)海軍裝備的世界上第一艘復(fù)合使用常規(guī)蓄電池及燃料電池的212A型柴電潛艇U31號(hào)。長(zhǎng)56米，寬7米，高