2015年“船舶动力装置设计”复习讲义--第1章

1. 柴油机动力装置—特点
优点: 有较高的经济性，耗油 率比蒸汽、燃气动力装 置低得多； 重量轻(单位重量的指标 小) ； 具有良好的机动性，操 作简单，启动方便，正 倒车迅速； 功率范围广。 缺点: 柴油机尺寸和重量按功率 比例增长快； 柴油机工作中的噪声、振 动较大； 中、高速柴油机的运动部 件磨损较厉害； 柴油机低速稳定性差； 柴油机的过载能力相当差。
4. 核动力推进动力装置—优点
4. 核动力推进动力装置—发展趋势
1)提高核安全可靠性。 核动力装置的安全性有待提高，各国核潜艇已发生过136起严重事 故，其中13起沉没事故；反应堆的自然循环能力尚不够理想等提高 核反应堆的安全性是各国发展的重 点，技术困难主要有以下几个方 面： （1）提高反应堆的固有安全性。 （2）提高反应堆的自然循环能力。目标是在额定功率下，可在全 船断电、冷却剂断流等情况下，保证堆芯的安全，并可在停堆后依 然循环导出堆芯余热。 （3）应用非能动安全系统，彻底解决安全系统只能依靠艇上电力 才能投入使用的问题，使核动力装置在各种事故条件下，不需人为 操作，能自动保证反应堆的安全。 （4）提高反应堆的自动控制水平，减少误操作。 2)增长堆芯寿命 增长寿命堆芯的关键是设计长寿命燃料元件，研制耐腐蚀、耐辐照 材料。国外潜艇普遍采用高浓铀、锆包壳、片状和板状元件；燃料 元件采用稠密栅布置；精心设计元件结构等措施。美国研制的S9G 反应堆的寿命已达33年。
优点: 单位功率的重量尺寸小； 启动加速性能好； 振动小，噪声小。 独立性较强，生命力好； 振动小，噪声小。 低NOx排放
缺点: 主机没有反转性； 必须借助启动机械启 动； 叶片材料昂贵，工作 可靠性较差，寿命短； 进排气管道尺寸大， 舱内布置困难。 技术发展趋势:对现有机型进行技术改造，降低排放 和信号特征，不断改善其可靠性和可用性；在简单循 环燃气轮机基础上，发展回热或中冷回热船用燃气轮 机，从而提高单机的功率和效率。
1.3 船舶动力装置的技术、经济及性能指标
1.3 船舶动力装置的基本特性指标
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。 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。 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。
1. 柴油机动力装置—我国船舶大功率 柴油机现状

船用低速柴油机技术
• 大功率低速柴油机的机型大都是二冲程、单气 门直流扫气、定压增压、长行程、高压缩比的 十字头式机。 • 当前,低速二冲程柴油机的平均有效压力为1.90 ‐‐ 1.95MPa, • 最高燃烧压力15‐‐15.5MPa，燃油消耗率165‐‐ 171g/kWh,单缸功率达到6950kW,大修期达 28000h以上。
船舶有效功率
Pb
R Vs 10 3 kW s d
Pe R Vs
Pr
Pb kW / t
B H 柴油机指示功率Pi(IHP)： Pi Z u i 3600 额定功率PB(BHP) ： PB=Pi∙ηn • ηn—主机机械效率 桨收到功率PD(DHP) ： PD=PB∙ηw∙ηs • ηw—尾管装置的效率0.985‐0.99 • ηs—轴系的效率,0.98 推力功率PT：PT=PD∙ηO∙ηr • ηO—桨的敞水效率，0.55‐0.65 • ηr—相对旋转效率0.96‐1.05 1t 船体有效功率PR ：PR=PT∙ηh ηh Pt 3600 η 1 ω • ηh—船身效率0.95‐1.1 B Hu B Hu 总推进效率ηΣ 3600
4. 核动力推进动力装置
核动力的装置定义：利用原子核反应堆内核燃料的 裂变反应产生热能并转变为动力的装置。 核动力装置结构：核反应堆、产生动力的系统和设 备（如核蒸汽供应系统和核电站汽轮机），以及为 保证设备正常运行、人员健康和安全所需要的系统 和设备。 核动力装置的主要推进方式 •核反应堆‐蒸汽轮机 •核反应堆‐电机
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1.2 船舶动力装置的类型和特点
推进装置的性能直接代表动力装置的特点。 船舶动力装置中的主机和辅机可以具有不同的 型式。但主机的功率比辅机的功率通常要大得 多，因此船舶动力装置的类型一般是以主机的 结构型式来命名的。船舶主机的作用在于把燃 料燃烧所产生的热能转化为机械能，用以推动 船舶前进。
随着船舶向着大型化、快速化和专用化及高度 自动化的方向发展，要求动力装置具有能耗低、 单机功率大、寿命长和可靠性好，同时具有较 高的推进效率的特点。因此，出现了各种各样 的动力装置型式以满足各类船舶的发展需要。 目前，常见的有柴油机动力装置、汽轮机动力 装置、燃气轮机动力装置、联合动力装置和核 动力装置等。
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核动力装置使核潜艇能在水下长期连续航行：核动力 装置以核能为能源，核裂变时不需要空气，因此核潜 艇能在水下长期连续航行，其隐蔽性远远超过常规动 力潜艇。 续航力不受限制：核反应堆一次装料，可运行几年甚 至几十年，如美国建造的“弗吉尼亚”级潜艇上使用的 S9G反应堆，其寿命可达33年。从而使核潜艇具有“无 限”的续航力。1千克铀235全部裂变放出的能量相当 于2700吨标准煤燃烧放出的能量 功率大：现在已运行的舰艇动力反应堆，单堆功率在 30‐300兆瓦（MW）之间，有的核动力舰艇（如航空 母舰）装有多个反应堆，强大的动力使得这些庞然大 物能以20‐50节的高航速航行。
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在LNG 船手持订单中，采用蒸汽轮机作动力的LNG 船艘数占比仅为29%、舱容占比仅为25%；而采用低 速柴油机作动力装置的LNG 船艘数占比为17%、容 积占比为24%，采用双燃料柴‐电推进装置的LNG 船 艘数占比达到54%、容积占比达到50%。 技术发展趋势:不断增强可靠性、机动性，提高操纵 性，简化设备。
燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热 力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类 似蒸汽轮机。主要结构有三部分： • 燃气轮机（透平或动力涡轮）； • 压气机（空气压缩机）； • 燃烧室。 其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸入空气，压缩 后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入 燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生 成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作功，推动叶片 高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。
“动力装置设计”课程教材
陆金铭，船舶动力装置原理与设计，国防工业 出版社，2014年； 商圣义，民用船舶动力装置，人民交通出版社， 2001年； 朱树文，船舶动力装置原理与设计，国防工业 出版社，1980年； 徐筱欣，船舶动力装置，上海交通大学出版社， 2007年； 中国船级社，钢质海船入级与建造规范，2012 年；
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推进装置的特点： • 发动机的类型 • 推进器的类型 • 发动机能量传给推进器的方式 • 发动机所用的燃料 推进装置的类型
推进装置 柴油机推进 汽轮机推进 燃气轮机推进 联合推进装置 核动力推进装置 特种动力推进装置
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(1) 技术指标
它表示船舶作功的能力。为了保证船舶具有一定的航 行速度，就要求推进装置提供足够的功率。而动力装 置的功率是按船舶的最大航速来确定的。 2/3 Vs3 Pe 功率指标 C
主机输出功率 相对功率
优点: 单机功率大,可达 7.5×104kW以上 ； 转速稳定，无周期性扰 动力，机组振动噪声小； 工作可靠性高； 可使用劣质燃料油。 缺点: 总重量大，尺寸大； 燃油消耗率高； 机动性差,启动前准备 时间约为30‐35min， 紧急须15‐20min 。
Tips:汽轮机推进装置主要采用的是汽轮机+减速齿轮箱+定距 桨的形式；少数采用汽轮机电力传动形式。
“动力装置设计”授课内容
1. 绪论 2. 主推进装置选型 3. 船‐机‐桨匹配 4. 船舶推进轴系与后传动 5. 管路系统
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第 1 章 船舶动力装置设计概述
1.1 船舶动力装置的含义和组成
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3)减振降噪 核潜艇辐射噪声主要有机械噪声、螺旋桨噪声水动力噪声。从核动 力装置本身降低噪声，主要是降低机械噪声。主要措施有： （1）采用自然循环压水堆。 （2）采用活筏式整体减振装置。 （3）采用合理的隔声减振和吸声结构。 （4）降低管路产生的噪声。 （5）降低齿轮噪声。 4)二回路采用双机单缸。 双机单缸是指二回路系统推进主汽轮机由两台独立的单缸汽轮机并 联所组成，配有两台主冷凝器等辅助设备，两台汽轮机可并联运行， 也可单独运行，简称为双机方案。二回路采用双机方案的优点是： （1）提高二回路系统的生命力.两台汽轮机并联或独立运行，一台 出现故障时，系统仍能运转。 （2）提高二回路的机动性。两台汽轮机可并联运行，也可单独运 行，对于调节艇的航速非常有利。
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6. 舰船电力推进系统—组成
舰艇电力推进系统一般由以下几部分组成： • 螺旋桨 • 电动机:采用直流他励双枢双换向器电动机或交流 同步电动机、异步电动机。目前用的最多的是直 流双枢电动机 • 发电机:采用直流他励或复励电机、交流整流同步 发电机或交流同步发电机。 • 原动机:采用柴油机、汽轮机或燃气轮机。目前一 般采用高速或中速柴油机。大功率时多采用汽轮 机或燃气轮机。 • 控制调节设备。 潜艇蓄电池也是一种电力推进装置
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船用中速柴油机技术
• 国外大功率中速柴油机绝大部分是四冲程机。 • 缸径为160‐640mm，转速375‐1150r/min。 • 平均有效压力为2.4‐3.0MPa，最高燃烧压力 16‐21MPa。 • 最高喷油压力160‐180MPa，燃油消耗率170‐ 180g/kWh。 • 单缸功率2010kW，大修期为18000‐24000h。
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课程基本信息
课程编号：201403203 英文名称：Marine Power Plant Design 课程性质：专业核心课程 开课学期：6 考核方式：闭卷考试 开课专业：轮机工程 学 时：56 学 分： 3
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源自文库015 年“船舶动力装置设计”复习讲义—第 1 章
燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省的 特点，主要用于发电、交通和工业动力。 燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机: • 轻型燃气轮机为航空发动机的转型，如LM6000PC 和FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启 动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船 舶动力。 • 重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26和PG6561B 等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、 联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、 热电联产。