船舶動力系統(tǒng)

船舶動力系統(tǒng)教材：《船舶動力系統(tǒng)》上海交通大學出版社，徐筱欣課時：51（包括2次實驗課）,16周分數(shù)：30%平時+70%考試考試形式：閉卷筆試陳峻課程目的為非動力（輪機）類專業(yè)設(shè)置介紹船舶動力系統(tǒng)的組成介紹各系統(tǒng)的主要設(shè)備（結(jié)構(gòu)、原理、性能）課程特點：雜，內(nèi)容多不難與實際裝置結(jié)合內(nèi)容緒論（書第1章）船舶柴油機（第2章）船舶推進軸系及傳動設(shè)備（第7章）船舶蒸汽輪機（第3章）船舶燃氣輪機（第4章）第一章 緒論船舶動力裝置：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、生活與安全的全部機械設(shè)備和系統(tǒng)的綜合體船舶動力裝置的主要任務：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，以利船舶正常航行和作業(yè)船舶動力裝置的組成：主推進裝置：產(chǎn)生推進力主機、傳動設(shè)備、推進軸系、推進器船舶主推進裝置示意圖1-遙控操縱臺；2-主機；3-傳動設(shè)備（離合器、齒輪箱）4-軸系；5-推進器（螺旋槳）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電能由發(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)生低壓蒸汽，以滿足加熱、取暖及其他生活需要由輔助鍋爐及為其服務的燃油、給水、鼓風、送汽設(shè)備及管路、閥件等組成制冷裝置和空調(diào)系統(tǒng)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)消防、用水、救生、安全……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)等甲板機械：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、絞盤等操舵機械設(shè)備，包括舵機及操縱機械、執(zhí)行機構(gòu)等起重機械設(shè)備，如起貨機，吊艇機及吊桿等設(shè)備船舶動力系統(tǒng)的類型及特點蒸汽輪機動力裝置工作原理

鍋爐產(chǎn)生的蒸汽推動蒸汽輪機作功齒輪減速機組螺旋槳（發(fā)電機）組成蒸汽鍋爐蒸汽輪機凝汽器……1－鍋爐；2－蒸汽過熱器；3－空氣預熱器；4－高壓汽輪機；5－低壓汽輪機；6－主冷凝器；7－凝水泵；8－給水預熱器；9－給水泵；10－減速齒輪；11－螺旋漿；12－循環(huán)水泵特點單機功率大，目前船用蒸汽輪機組功率達到25×104kw,陸用機組達到60×104～10×105kw勞損部件少、工作可靠、壽命長（可達1×105h以上）運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、振動噪聲小（蒸汽輪機是回轉(zhuǎn)機械，沒有往復運動部件）可使用劣質(zhì)燃料滑油消耗率很低，僅0.1～0.5g/(kW·h)柴油機的滑油消耗率為3～10g/(kW·h)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1.5～2倍，部分工況時要高2.5～3倍設(shè)備多，整個裝置重量尺寸大機動性較差。啟動前的準備時間（鍋爐從生火到產(chǎn)生蒸汽）大約要30～35min；從一種工況過渡到另一種工況的時間比柴油機裝置長2～3倍燃氣輪機動力裝置工作原理

燃料在燃燒室內(nèi)燃燒燃氣推動葉輪做功多級減速齒輪機組螺旋槳（發(fā)電機）組成壓氣機：壓縮空氣進入燃燒室燃燒室：燃料燃燒，形成燃氣燃氣輪機：高溫高壓燃氣推動葉輪轉(zhuǎn)動，機械能輸出優(yōu)點

機組質(zhì)量尺寸指標?。杭铀儆萌細廨啓C裝置的單位重量可達0.65～1.3kg/kW，全工況用燃氣輪機裝置為2～4kg/kW機動性好：從冷態(tài)啟動至全負荷時間，一般為l～2min，大功率復雜線路的燃氣輪機裝置只需3～5min缺點

工作可靠性較差，壽命短如，燃氣初溫在750℃以上的燃氣輪機，壽命僅500～103h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，對加工工藝要求高艙內(nèi)布置困難燃氣輪機工作時空氣流量很大，一般為16～23kg/(kW·h)【柴油機約為5kg/(kW·h)，汽輪機約為0.5kg/(kW·h)】,進、排汽管道尺寸較大。甲板上有較大的管道通過切口，影響船體強度柴油機動力裝置：應用最為廣泛，柴油機船占總數(shù)的98％，裝船功率占造船總功率的90％以上優(yōu)點

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160-180g/(kW·h)，中速柴油機125-170g/(kW·h)，低速機126-140g/(kW·h)一般汽輪機裝置耗油率為180-350g/(kW·h)燃氣輪機裝置耗油率240-400g/(kW·h)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<10min；中高速機組質(zhì)量輕，輔助設(shè)備少缺點

單機功率低，低速機4×104kW，中速機為2×104kW，高速機8×103kw大中型水面艦船上使用受限；振動噪聲大中高速機的壽命較低，高速強載柴油機的整機壽命僅1000～2000h低速時穩(wěn)定性較差，影響低速航行過載能力差，110%額定功率運行不超過1小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

聯(lián)合動力裝置產(chǎn)生背景

全航速時要求功率大、航速快、機動性能好，只占2%總航行時間巡航時要求經(jīng)濟性高，,功率=1?4全功率，占80%總航行時間矛盾，國外50年代開始發(fā)展聯(lián)合動力裝降低20％裝置質(zhì)量，續(xù)航力能提高25％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，廣泛應用于各國驅(qū)逐艦柴油機+燃氣輪機：經(jīng)濟性好，功率范圍大，重量尺寸小，廣泛應用于各國護衛(wèi)艦等；在某些大型軍艦上也有（如泰國輕型航母）缺點：不同的燃料、備件儲備較復雜；共同使用主減速器，結(jié)構(gòu)復雜；機組不同類型，布置難度增加核動力裝置工作原理：原子核裂變產(chǎn)生巨大熱能加熱工質(zhì)（蒸汽或燃氣）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，幾乎全部采用壓力水型的反應堆

核反應堆1 反應堆芯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 輔冷凝器10主給水泵11 減速器12螺旋槳13 穩(wěn)壓筒14PressurizedWaterReactor(PWR)

能量傳遞功率控制控制棒插入反應堆的深度和速度改變堆芯內(nèi)的中子數(shù)目輸出功率核反應壓力水（第一回路）熱交換器水蒸汽汽輪機螺旋槳

輔汽輪機發(fā)電機（第二回路）BoilingWaterReactor(BWR)

優(yōu)點消耗極少的燃料、釋放出巨大的能量，可保證船舶以極較高的航速航行極遠的距離，如1.1×104kw核動力裝置工作一晝夜僅消耗核燃料15～18g.能發(fā)出極大的功率不消耗空氣而獲得熱能不需要進、排氣裝置潛艇，能長期隱蔽在深水中，不易被敵艦發(fā)現(xiàn),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，減少甲板開口，能減少敵人觀察器材和熱反應器材的發(fā)現(xiàn)，避免紅外線自導武器命中的危險性缺點核動力裝置的重量尺寸較大。屏蔽系統(tǒng)質(zhì)量大操縱管理檢查系較復雜價格昂貴船舶動力系統(tǒng)性能的評價指標一般分成三類技術(shù)指標：總指標功率指標、質(zhì)量指標、尺寸指標經(jīng)濟指標：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、運行和維護經(jīng)濟性……性能指標：機動性、可靠性、制動性、自動化程度、振動控制性能……技術(shù)指標功率指標：表示船舶做功能力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最大航速確定，并考慮功率儲備（一般大10%）船舶推進系統(tǒng)的各部位功率：指示功率Pi有效功率Pe軸功率Ps螺旋槳收到功率Pp螺旋槳推功率PT阻力功率PR（船舶有效功率）主機額定有效功率排水量質(zhì)量指標動力裝置的幾種質(zhì)量干重Gy：所有機器、器具和管系的質(zhì)量濕重Gy’：干重+機器、器具、管系內(nèi)部裝滿工質(zhì)和消耗物品總重Gy”

：濕重+消耗物品的貯存量在一定的排水量下，要求動力裝置的質(zhì)量輕一些濕重主機額定功率各類艦船的質(zhì)量指標相差很大如驅(qū)逐艦的=10-15kg/kW，客貨輪=70-150kg/kW濕重排水量尺寸指標：用機艙的尺寸表示，機艙應能合理布置動力裝置，且方便管理、維修機艙的絕對尺寸機艙總長度機艙總占有面積機艙總占有容積相對尺寸指標機艙相對長度機艙面積飽和度機艙容積飽和度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400kW/m2，客貨船15～40kW/m2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）

動力裝置燃料消耗率全船熱能設(shè)備每小時燃料消耗總量經(jīng)濟指標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燃料低發(fā)熱值指標1、2表征動力裝置在設(shè)計工況下的燃料和熱的經(jīng)濟性；but船舶經(jīng)常在部分工況下航行，需要評定非設(shè)計工況下的經(jīng)濟性每海里裝置燃油消耗量每海里航程的燃料消耗量ge,gm和隨航速變化關(guān)系曲線經(jīng)濟航速在不受貨期約束時，按經(jīng)濟航速可以降低貨運成本注意：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、運輸成本及利潤等因素最大盈利航速≠經(jīng)濟航速性能指標機動性：變工況時的工作性能，如啟航加速機動性、緊急倒車機動性等可靠性：維持正常工作的期限，or兩次大修間的時間自動化程度噪聲振動控制性……動力系統(tǒng)的設(shè)計要求安全可靠，重要設(shè)備有備用機組、應急機組提高經(jīng)濟性降低燃料消耗：燃料費用占運行開支30%-40