船舶动力装置与电气设备

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汽轮机动力装置一般采用水管锅炉,它比火管锅炉轻巧,
可使用较高的蒸汽参数,而且蒸发量大,能适应汽轮机的要 求,但对给水品质要求较高。为了除去溶于给水中的氧气和 减少锅炉的腐蚀,设有专门的除氧器。
在民用船舶中,除发电机和给水泵用辅助汽轮机驱动外,
其余辅机大都用电动机驱动。而在军舰中,辅机一般由汽轮 机驱动。
地低于蒸汽机动力装置。长期以来,柴油机动力装置有一系 列改进,主要有:①20年代出现以机械喷油取代用压缩空气 喷油的方法;②同一时期试制成废气涡轮增压器,提高了柴 油机的功率和性能;③30年代开始燃烧重质柴油,降低了燃 料费用。早期柴油机的功率不大。第一次世界大战时期用于 商船的最大柴油机功率仅4000马力,第二次世界大战前,单机 功率达到20000马力。现在低速柴油机单机功率已达50000马 力以上。
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中小型军舰、渡船和海洋救助拖轮等,要求有较大的推进
功率,而机舱的容积和装置的质量大小又受到限制,因此常 通过减速齿轮和离合器等将尺寸、质量较小的两台或多台中 速柴油机的功率合并到一根螺旋桨轴上组成大功率的多机并 车推进装置。低负荷时,可脱开部分柴油机而使其余柴油机 接近于全负荷运行。多机并车装置能提高船舶低速航行的经 济性和装置的可靠性。
2、柴油机动力装置
20世纪初,柴油机开始用于运输船舶。第一艘远洋柴油机船 是1912年丹麦建造的“锡兰迪亚”号,主机为两台四冲程八 缸柴油机,共1250马力,每分钟140转,直接驱动两个螺旋桨。 1914年柴油机船占全世界船舶总吨位0.5%,到1940年上升为 20%以上。
柴油机动力装置的最大优点是热效率高,燃料消耗明显
汽轮机是高速旋转机械,为了保证螺旋桨的效率,通常采用齿 轮传动或电力传动。齿轮传动效率高、质量小、造价便宜, 但汽轮机要装设倒车,以获得倒航能力。大多数汽轮机船舶 采用这种传动。汽轮机电力传动一般只用于要求操纵性较好 的船舶。
汽轮机动力装置的特点是单机功率大,振动和噪声小,维
修费用低,但热效率较柴油机装置低,且设备多,主要用于 大型军舰、大型客船和油船上。采用再热循环和沸腾炉以降 低燃料消耗率,使用煤或混合燃料等,是汽轮机动力装置的 发展方向(见船用汽轮机)。
汽轮机的优点是单机功率大,使用可靠,运转平稳,无 振动和噪声,检修工作量小,锅炉可燃用劣质油。但汽轮机 油耗比柴油机高,即使采用再热循环的汽轮机装置,每马力 小时的油耗仍达180~190克,比低速柴油机高40%左右。柴 油机由于单机功率、燃烧劣质油的能力和可靠性的提高,逐 渐取代了汽轮机。
蒸汽从锅炉进入汽轮机膨胀作功,将蒸汽的热能转变为机械 能,经齿轮减速器和轴系驱动螺旋桨。蒸汽在汽轮机中膨胀 作功后排入凝汽器,被舷外水冷却而凝结成水,由凝水泵送 入给水预热器和除氧器中,再由锅炉给水泵将给水经给水预 热器送回锅炉,重新在锅炉中受热蒸发成蒸汽,从而形成一个 闭合循环。为了提高循环效率,从汽轮机中抽出部分作过功 的蒸汽加热锅炉给水,即实现回热循环。民用船舶的汽轮机 动力装置均采用这种循环,给水预热级数已多至5级。军舰 经常在低负荷下运行,为简化设备和提高操纵性,一般仅用辅 机的二次蒸汽加热给水,而且预热级数也大大减少。
柴油机动力装置 以柴油机为主机的动力装置。它具有热效 率高、启动快、操纵方便、可直接倒车、结构紧凑等特点, 是船舶上用得最多的一种动力装置。它的缺点是零部件磨 损较快,维修费用高,振动噪声大。
柴油机可分为低速、中速和高速3种。
。远洋和沿海的货船、油船大多采用低速柴油机直接传动方 式。新研制的长行程低速柴油机,行程约为缸径的3倍,耗油 率在163克/(千瓦·时)以下,热效率高于50%。由于转速 降低,推进效率得到进一步的提高。但其质量、尺寸较大, 柴油机干重约为21~65千克/千瓦,适用于吃水深的大型船 舶。中速柴油机常通过齿轮传动或电力传动减速后驱动螺旋 桨,也有用调距桨进行变工况和正倒车的。中速柴油机操纵 简单,效率较高,质量、尺寸小。其中,以大功率中速柴油 机发展较快,单缸功率达1215千瓦,单机功率达21870千瓦, 采用齿轮减速后,具有推进效率高的优点,且能燃用劣质燃料。 不宜采用尺寸过大的低速柴油机的船舶,如滚装船、渡船、 中小型军舰和联合装置的巡航机组,可采用大功率中速柴油 机。高速柴油机燃用中质或轻质柴油,耗油量大,燃料成本 高,使用寿命短,噪声大,但质量和尺寸均小,多用于舰艇 和小型内河浅水船舶。高速柴油机利用离合器和倒顺车齿轮 减速器实现倒车。
在大、中型水面舰艇中,目前正向着联合动力装置的方向 发展,即以柴油机或小型燃汽轮机作巡航机,大功率的燃汽 轮机作加速机,以提高舰艇的经济性和机动性。
近年来,动力装置向实现机舱自动化和远距离操纵发展, 以改善劳动条件,提高工作效率。
1、汽轮机动力装置
早期用汽轮机直接驱动螺旋桨,不经过减速。为了使螺旋 桨能在理想的转速下工作,后来在汽轮机动力装置上加装了 减速齿轮,使汽轮机和螺旋桨都能以各自的最佳速度运转。 到1916年,几乎所有的船用汽轮机都采用了减速装置,减速 比由初期的1:20提高到1:80以上。采用减速装置以后,汽轮 机可以更高的速度运转,效率大为提高,机体尺寸相应缩小, 整个装置更加紧凑,重量也大大减轻,螺旋桨工作效率也大大 提高,使汽轮机成为理想的大功率船用动力装置。至今某些大 型客船、超级油船和高速集装箱船等仍采用汽轮机动力装置。
一、主动力装置
在船上,把产生推进动力的原动机称为主机。为船舶提供 推进动力的主机及其附属设备,是全船的心脏。主动力装置 以主机类型命名。目前,主机主要有蒸汽机、汽轮机、柴油 机、燃气轮机和核动力装置等五类。现代运输船舶的主机以 柴油机为主,在数量上占绝对优势。蒸汽机曾经在船舶发展 史上起过重要作用,但目前几乎全被淘汰。汽轮机在大功率 船上长期占有优势,但也日益为柴油机所取代。燃气轮机用 于大吨位、高航速的商船及大、中型水面舰艇中;核动力装 置主要用于大、中型潜艇、破冰船及航空母舰。
进一步提高热效率,采用劣质燃料或混合燃料,采用机带 或轴带发电机和辅机,减少辅机所需的功率等,是柴油机动力 装置的发展方向。现代船用柴油机大部分为低速机,转速约每 分钟100转,可直接驱动螺旋桨。80年代初,出现了长冲程 和超长冲程的低速机,每分钟转速降到70转以下,使螺旋桨发 挥最佳效率。但低速机外形尺寸和重量大。近年来,第二次 世界大战后出现的大功率的中速机被逐渐应用于船上。它将 气缸排列成V字形,采用减速齿轮,既大大减轻了机身重量, 又有利于提高螺旋桨效率。中速机由于机身短小,可以减少 机舱的面积和高度,因此特别适用于尾机舱船和机舱位于甲 板下的滚装船和载驳船等。
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