船舶动力装置

1、船舶动力装置的含义及组成

含义:船舶动力装置保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作与生活所必需的机械设备的综合体。

组成:①推进装置(主发动机、推进器、传动设备);②辅助装置 (船舶电站、辅助锅炉装置);③机舱自动化;④船舶系统 (动力管系、船舶管系);⑤甲板机械(锚泊机械、操舵机械、起重机械)

2、动力装置类型

类型:柴油机推进动力装置、汽轮机推进动力装置、燃气轮机推进动力装置、核动力推进动力装置、联合动力推进动力装置

①柴油机:优点:A、有较高的经济性,耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多;B、重量轻(单位重量的指标小);C、具有良好的机动性,操作简单,启动方便,正倒车迅速;D、功率范围广。缺点:A、柴油机尺寸与重量按功率比例增长快;B、柴油机工作中的噪声、振动较大;C、中、高速柴油机的运动部件磨损较厉害; D、柴油机低速稳定性差;E、柴油机的过载能力相当差。

②蒸汽轮机:优点:a、单机功率大,可达7、5×104kW以上 ; b、转速稳定,无周期性扰动力,机组振动噪声小;c、工作可靠性高;d、可使用劣质燃料油。缺点:a、总重量大,尺寸大;b、燃油消耗率高;c、机动性差,启动前准备时间约为30~35min,紧急须15~20min 。

②燃气轮机:优点:a、单位功率的重量尺寸小;b、启动加速性能好;c、振动小,噪声小。缺点:a、主机没有反转性;b、必须借助启动机械启动;c、叶片材料昂贵,工作可靠性较差,寿命短;d、进排气管道尺寸大,舱内布置困难。

④电力推进:交流电力推进装置具有极限功率大,效率高与可靠性好的优点(结合电力传动分析挖泥船,破冰船)

8、中间轴承

中间轴承:就是为减少轴系挠度设置的支承点,用来承受中间轴本身的重量,以及因其变形或运动而产生的径向负荷(非重点)

中间轴承的设置:尾管无前轴承者,则中间轴承尽量靠近尾管前密封;中间轴承应设在轴系上集中质量处附近,如调距桨轴系的配油箱附近;每根中间轴一般只设一个中间轴承(极短中间轴不设)。(非重点)

中间轴承的位置与间距:

位置:靠近一段法兰处,距法兰端面距离0、2l

轴承间距的大小及其数目,对轴的弯曲变形、柔性与应力均有很大的影响。

间距适当增加使轴系柔性增加,工作更为可靠,对变形牵制小,使额外负荷反而减小。

3、船舶动力装置性能指标

1)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﹑质量指标与尺寸指标。

2)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。

3)性能指标 代表动力装置在接受命令,执行任务中的服从性﹑坚固性与对外界

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。

功率指标:船舶有效功率C

V P s e 33/2⋅∆=、s e V R P •= 主机输出功率

kW V R P d s s b 310-⨯⨯⋅=

ηη 尺寸指标:面积饱与度、容积饱与度(对于不同的船舶,对机舱尺寸要求也不统一,

为了表征机舱的面积与容积利用率的情况)2

kW/ m S P K b s =

3

kW/ m V P K b v =

经济指标:主机燃料消耗率(指在单位时间内主机单位有效功率所消耗的燃料量) 经济航速:(节能航速、最低营运费用航速、最大盈利航速)a 、节能航速就是指每小时燃油消耗量最低时的静水航速,它常由主机按推进特性运行时能维持正常公共的最低稳定转速所决定。b 、最低营运费用航速就是指船舶每航行1海里船舶固定费用及航行费用最低时的航速,可供船舶及其动力装置的性能评价及选型用。c 、最大盈利航速就是指每天(或在船舶营运期间)能获得最大利益的航速。性能要求:可靠性、具有一定续航力(就是指船舶不需要到基地或港口去补充任何物质所能航行的最大距离或最长时间)

4、何为轴线？理想轴系如何确定？为什么有些船舶的轴线有倾斜角与偏斜角？ 轴线:轴线就是指主机(或离合器或齿轮箱)输出法兰端面中心至螺旋桨桨毂端面

中心间的连线、

理想轴线:与船体龙骨线(基线)平行

倾斜角:有时为保证螺旋桨浸入水中有一定的深度,而主机位置又不能放低,只

能使轴线向尾部有一倾斜角,即轴线与基线的夹角α,一般控制在

0~5°之间。

偏斜角:双轴时除α角外,其与船舶中垂面偏角,即斜偏角β一般控制在0~3°,

从而保证轴系有较高的推力,不会因α、β角太大而损失过多。

Tips:内河船由于吃水浅,但就是螺旋桨要有一定的沉深,所以轴线具有倾斜角。

双机双桨船舶,由于尾部结构的问题,会产生偏斜角,保证桨工作时不碰到船体结构。偏斜角与倾斜角均会引起推力损失,偏角不能太大。

5、推进装置形式

①直接传动就是主机直接通过轴系把功率传给螺旋桨的传动方式,在主机与轴系

中无其它传动设备,在任何工况下,螺旋桨与主机具有相同的转速与转向。

优点:结构简单;使用寿命长;燃料费用低;维修保养方便;噪声低;传动损失小;推进率高。缺点:重量与尺寸大;倒车必须利用可反转发动机,其机动性差;非设计工况下运转时经济性差;低速与微速航行受到柴油机最低稳定转速的限制。Tips:大型远洋船舶一般选取低速柴油机直接传动

③间接传动就是通过传动设备(机械的、电动的或液动的),使主机与轴系连接

在一起的一种传动方式。优点:重量与尺寸小;主机的转速不受螺旋桨要求的转速限制;轴系布置方便;带倒顺离合器时可选用不可逆转的主机;有利于多机并车、单机分车与轴带发电机布置。缺点:结构复杂;传动损失大;效率低。Tips:内河船由于吃水、螺旋桨直径受限,一般选取中速柴油机,配合低转速螺旋桨,采用间接传动。

③电力传动就是主机驱动主发电机发电,然后并网,再由电网供电给电动机驱动

螺旋桨的一种传动型式。主机与螺旋桨间没有机械联系,机、桨可任意距离布置。优点:机组配置与布置比较灵活、方便,舱室利用率高;改变直流电动机的电流方向可使螺旋桨转向改变,便于遥控,机动性与操纵性好;发电机转速不受螺旋桨转速的限制;正倒车具有相同功率与运转性能,具有良好的拖动性能。缺点:能量经过两次转换,损失大,传动效率低;增加了发电机与电动机,装置总的重量与尺寸较大,造价与维修费用较贵。Tips:挖泥船、破冰船(极地船)等工作工况复杂,工况转换复杂的船舶适合于电力推进。

6、轴系的概念、组成、特点

轴系:在推进装置中,从发动机(机组)输出法兰到推进器之间以传动轴为主的一整套设备

轴系的基本任务:连接主机(机组)与螺旋桨,将主机发出的功率传给螺旋桨,同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承传给船体,以实现推进

船舶的使命

组成:1)传动轴:中间轴、推力轴、尾轴或螺旋桨轴

2)支承轴承:中间轴承、推力轴承及尾管轴承

3)联轴器(联轴节):固定联接法兰、可拆联轴节、液压联轴节、弹性联轴节、夹壳联轴节、齿形联轴节、膜片联轴节、万向联轴节等

4)轴系附件(用于连接传动轴的联轴器;制动器;隔舱填料函、尾管密封;还

有中间轴承、推力轴承、尾管轴承的润滑与冷却管路;接地装置;防腐蚀装置等)

5)减速齿轮箱

7、轴系的工作条件:(从负荷、应力、状况分析工作环境恶劣的原因)

a、一般位于水线以下,有一部分伸出船壳,长期浸泡在水中

b、在运转中产生的负荷与应力十分复杂:

螺旋桨在水中旋转的扭转变形(应力);

推进中的正倒车产生的拉、压应力;

轴系自重产生的弯曲变形(应力);

轴系安装误差、船体变形、轴系振动以及螺旋桨的水动力等所产生的附加应力。

8、轴承的负荷

在进行轴系布置时,应尽量使轴系各轴承的负荷比较均匀,并使其比压在允许的范围内