游艇概論-第6章-游艇的動(dòng)力裝置

第六章游艇的動(dòng)力裝置第一節(jié)舷外掛機(jī)舷外機(jī)是掛在艇尾板上直接驅(qū)動(dòng)艇的集成推進(jìn)裝置，把發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器、傳動(dòng)軸、螺旋槳以及控制機(jī)構(gòu)集合成一個(gè)總成。舷外掛機(jī)的優(yōu)勢在于體積小、重量輕、功率大、結(jié)構(gòu)及安裝簡單，因此在小型玻璃鋼船、橡皮艇等小艇上作為動(dòng)力裝置被廣泛應(yīng)用。幾乎所有6m以下的小艇都會(huì)選用舷外掛機(jī)。目前市場上的舷外掛機(jī)主要有美國Mercury、Johnson、Evinrude；日本Yamaha、Honda、Suzuki等；國內(nèi)較為有名的品牌有重慶的“宗申”等。Mercury舷外掛機(jī)Yamaha舷外掛機(jī)舷外掛機(jī)幾乎全部是柴油機(jī)，而根據(jù)工作原理的不同可以分為二沖程（2S）和四沖程（4S）兩大類。四沖程主機(jī)比較節(jié)油，二沖程主機(jī)容積率高，因此小功率機(jī)宜用四沖程機(jī)，大功率機(jī)宜選二沖程機(jī)。另一方面，舷外機(jī)也起到舵槳合一的駕駛作用。小艇上，駕駛者坐在尾部直接控制舷外機(jī)的方向；大一些的艇上，則通過鋼絲繩牽引或液壓來實(shí)現(xiàn)的。在選購舷外機(jī)的時(shí)候還需要注意軸的長度與艇尾板的高度相匹配，常見的軸長度有15in，20in，25in，30in幾個(gè)檔次。此外，槳軸額定功率、機(jī)器重量、啟動(dòng)方式等也是使用人員較為關(guān)心的參數(shù)。舷外掛機(jī)雖然有體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也很明顯：（1）掛機(jī)大多為汽油機(jī)，耗油率高，使用經(jīng)濟(jì)性差，安全可靠性差；（2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高（可高達(dá)5000-6000r/min），故障率高，使用壽命短，不適合惡劣的工況；（3）輸出功率受到限制，只適用于功率要求較低的艇。第二節(jié)舷內(nèi)外機(jī)舷內(nèi)外機(jī)（舷內(nèi)機(jī)舷外推進(jìn)裝置），即發(fā)動(dòng)機(jī)在舷內(nèi)，聯(lián)動(dòng)的艇尾傳動(dòng)裝置（含推進(jìn)器）固定在艇尾板或艇底板上。發(fā)動(dòng)機(jī)同樣采用柴油機(jī)，但其經(jīng)濟(jì)性和可靠性大大優(yōu)于舷外掛機(jī)，結(jié)構(gòu)同樣緊湊，是中小型高速艇理想的動(dòng)力裝置，功率范圍從100hp（73.5kW）到250hp（183.8kW），適合長度8~16m的各種游艇。目前市場上的舷外掛機(jī)主要有美國Mercury、Zeus，日本Yamaha，瑞典VolvoPenda等。MerCruiserYahamaVolvoPenda第三節(jié)動(dòng)力裝置的選擇體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)的高低主要是看動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，因此要求發(fā)動(dòng)機(jī)要有較好的功率、良好的加速性和較低的燃料消耗量。不能單憑速度一項(xiàng)指標(biāo)來評價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，除了功率的適配性、經(jīng)濟(jì)性以外，還要考慮其使用壽命、可靠性以及當(dāng)?shù)氐氖酆笏健Ｒ?、游艇發(fā)動(dòng)機(jī)的種類汽油發(fā)動(dòng)機(jī)：較之柴油發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、重量輕、噪音低、易檢修、相對比較容易發(fā)動(dòng)、加速性好，適合推動(dòng)船身輕及載重較輕的小艇。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)：故障較少、安全性好。柴油價(jià)格低，經(jīng)濟(jì)性好。功率更大，在船舶上應(yīng)用更為廣泛。使用壽命相對較長而且操作費(fèi)用較少，比較適合推動(dòng)重型船身及載重較大的船。高速船用柴油機(jī)：（1）普通自然吸氣（2）渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)大多數(shù)船舶使用的發(fā)動(dòng)機(jī)類型，采用廢氣渦輪增壓提高增壓度，進(jìn)一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染。（3）電控高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成閉環(huán)工作，對公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，徹底改變了共有壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的現(xiàn)象。二、發(fā)動(dòng)機(jī)選型常識1.綜合權(quán)衡選擇合適的發(fā)動(dòng)機(jī)需要考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)甚至人文地域等多方面因素，需要進(jìn)行綜合權(quán)衡。a.比功率指標(biāo)b.價(jià)格因素c.大修期d.可靠性2.工況與功率同一型號的柴油機(jī)，其功率/轉(zhuǎn)速視使用工況而不同，通?？梢苑譃閮纱箢悾海?）無時(shí)間限制的全負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)常出現(xiàn)在運(yùn)輸船上，或遠(yuǎn)距離航行的大型郵輪上。此種情況全年365天，每天24h不停運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）有時(shí)間限制或變負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中等負(fù)荷常用于商用高速船，通常年累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)2500~3500h，每天約可使用8~10h。輕負(fù)荷則用于軍用艦艇和游艇，通常年累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)500~1000h，每天約可使用2~3h。3.工況和大修周期大修期（或壽命）是一個(gè)時(shí)間概念，表示柴油機(jī)的零部件在運(yùn)行中磨損，無法繼續(xù)使用而必須更換的時(shí)限。對于柴油機(jī)來說，同一機(jī)型在不同工況下功率的增加是以縮短壽命為代價(jià)的。為了進(jìn)行比較，我們引入一個(gè)參數(shù)，即在整個(gè)大修期間，發(fā)動(dòng)機(jī)所做的總功W：W=Ne·H該數(shù)值越大，說明該種工況下發(fā)動(dòng)機(jī)有越好的經(jīng)濟(jì)性。4.功率的比較由于不同工況下功率/轉(zhuǎn)速的定義各不相同，對不同牌號柴油機(jī)的比較，應(yīng)以相同標(biāo)準(zhǔn)（ISO3046/1）時(shí)的無時(shí)間限制的全負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)工況為基礎(chǔ)。5.特性曲線6.比重量和外形尺寸對于高速游艇，比重量（單位功率重量）也是一個(gè)重要參數(shù)。另外，從布置角度考慮，發(fā)動(dòng)機(jī)的外形尺寸，特別是機(jī)寬也是一個(gè)與船舶設(shè)計(jì)相關(guān)的重要參數(shù)。第四節(jié)燃?xì)鈩?dòng)力裝置艦用燃?xì)廨啓C(jī)是在航空燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用以后發(fā)展起來的新型動(dòng)力裝置。將燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)送出的壓縮空氣在燃燒室中與燃油混合燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)鉀_擊動(dòng)力渦輪作功，動(dòng)力渦輪通過減速齒輪箱等傳動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)螺旋槳。20世紀(jì)40年代，國外開始研究艦用燃?xì)廨啓C(jī)，1947年，英國海軍在炮艇上首次裝用燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置。20世紀(jì)70年代以后，艦用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入迅速發(fā)展時(shí)期，裝艦使用范圍已由快艇發(fā)展到護(hù)衛(wèi)艦、導(dǎo)彈驅(qū)逐艦、巡洋艦、直升機(jī)母艦、輕型航空母艦等大、中型水面艦艇，全世界已有30多個(gè)國家海軍使用燃?xì)廨啓C(jī)，其中俄羅斯的艦用燃?xì)廨啓C(jī)的總裝機(jī)功率居世界前列。燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)：1.燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置具有功率大、重量尺寸小、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)2.機(jī)組結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，進(jìn)、排氣口附近噪聲大，必須采取消聲措施3.由于燃?xì)獾母邷?，葉片使用的合金材料價(jià)格昂貴，工作可靠性差、壽命短4.耗油率高5.進(jìn)、排氣管道尺寸較大，給機(jī)艙布置帶來困難第五節(jié)混合動(dòng)力裝置和雜交模式混合動(dòng)力裝置，即燃燒兩種燃料或有兩種動(dòng)力源的動(dòng)力裝置類型。雜交的概念不同于聯(lián)合動(dòng)力，其可以是像聯(lián)合動(dòng)力裝置一樣使用互交驅(qū)動(dòng)模式分別獨(dú)立供能，也可以使用協(xié)同驅(qū)動(dòng)模式，即兩種動(dòng)力通過一個(gè)齒輪箱驅(qū)動(dòng)一個(gè)推進(jìn)器。雜交動(dòng)力配置的關(guān)鍵是雜交傳動(dòng)裝置（帶減速器的齒輪箱），其有兩個(gè)輸入軸能分別接入不同的動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)螺旋槳或其他推進(jìn)裝置，也允許一臺發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力分配傳輸給兩個(gè)目標(biāo)。用于帆船的雜交動(dòng)力裝置：（1）單一電動(dòng)模式（2）單一柴油機(jī)模式（3）航行發(fā)電模式（4）柴油機(jī)發(fā)電模式第六節(jié)綠色動(dòng)力的概念能源是發(fā)展經(jīng)濟(jì)、滿足人民生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。它包括生物質(zhì)能、化石燃將、核能、太陽能風(fēng)能、水力能、地?zé)崮?、海洋能和潮汐能等?，F(xiàn)代綠色動(dòng)力概念的主要目的是實(shí)現(xiàn)低碳排放、可再生能源的利用、零污染、低噪聲的目標(biāo)。一、新能源推進(jìn)船艇1.LNG燃料動(dòng)力裝置2.燃料電池推進(jìn)船艇燃料電池是將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)電裝置。（1）推進(jìn)效率高約50%，且?guī)缀趿阄廴九欧牛?）無噪聲和振動(dòng)，大大改善船員工作環(huán)境（3）設(shè)計(jì)簡單，可移動(dòng)部件較少，后期維護(hù)支出低（4）標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，方便合理利用空間二、可再生資源的充分利用1.太陽能太陽能是一個(gè)巨大的能源,它以光輻射的形式每秒鐘向太空輻射約3.8×1020J的能量,有1.73×1011J投射到地球上,其中的70%左右投射到地面,地面上一年中可接收到的太陽能達(dá)1.8×1018kW·h。我國各地的太陽能年輻射量為930~2330kW·h/m2,全國陸地表面每年接收的太陽能相當(dāng)于1.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量,比我國當(dāng)前的年能源消耗總量高三個(gè)量級。太陽能發(fā)電裝置的基本類型:拋物面槽型、拋物面碟型、中心接收型，半球面碗型、太陽能池型?，F(xiàn)代光電組件及其有關(guān)技術(shù)的開發(fā)重點(diǎn):1.高轉(zhuǎn)化率和實(shí)用廉價(jià)材料2.大規(guī)模制造工藝3.組件封裝技術(shù);高效儲(chǔ)能元件或設(shè)備4.光電發(fā)電裝置,尤其是較大功率的光電裝置5.與組件配套的常規(guī)系統(tǒng)(如逆變器、電流電壓控制器、蓄電池組、支撐結(jié)構(gòu)等)2.風(fēng)能利用人類使用風(fēng)能的歷史已有千年,而利用風(fēng)能發(fā)電和進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用則是近十幾年的事情。據(jù)估算,太陽向地球輻射的能量中,約有1%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能。每年可利用的風(fēng)能約3×1016kW·h。這些能量的1%,就相當(dāng)于目前全球每年消耗的煤、石油等化石燃料的總和。我國風(fēng)能資源豐富,理論功率16億千瓦,實(shí)際可利用2.5億千瓦?，F(xiàn)代風(fēng)能技術(shù)可分為風(fēng)能泵、獨(dú)立發(fā)電和聯(lián)網(wǎng)發(fā)電三類,以聯(lián)網(wǎng)發(fā)電為主。聯(lián)網(wǎng)發(fā)電裝置又分為兩種:分散型,設(shè)置在農(nóng)場、居民點(diǎn)附近,風(fēng)輪容量在10~100kW;集中型,多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組集中運(yùn)行,向電網(wǎng)供應(yīng)電力為主,典型單機(jī)容量為50~500kW。鑒于風(fēng)力是一種間歇性能源,因此需與其他能源,如水電、火電配合使用,以便向電網(wǎng)平穩(wěn)輸出電力。第七節(jié)動(dòng)力裝置的減振降噪措施一、激振力分析艇體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)的首要原因是螺旋槳和船艇主機(jī)的干擾力。除此以外，波浪運(yùn)動(dòng)傳遞到船體外板上的周期性的波浪力也會(huì)引發(fā)艇體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)同時(shí)產(chǎn)生噪聲，對于金屬艇體來說，由于金屬內(nèi)部阻尼較小，所以噪聲能量損失小，噪聲無法得到控制，反之玻璃鋼艇體則有較好的隔振效果。二、減振降噪措施的采用1.針對螺旋槳的減振措施（1）改善艇體尾部的線型（2）使用導(dǎo)管槳（3）盡可能加大螺旋槳和艇體的間隙（4）選用大傾斜螺旋槳（5）增加螺旋槳的槳葉數(shù)（6）選用環(huán)氧墊充料軸系安裝工藝2.針對