船舶动力装置

总重 GE ：机器及管系和管子里的工质及贮备重量
相对指标：
每千瓦重
y
Gy Pe
gy
Gy D
kg / kw kg /T
每吨重
通常用 0.1gy %来表示相对重量。
3、尺寸指标
绝对尺寸：机舱长、面积、容积
相对尺寸：相对长度：机舱长度与船长之比
面积饱和度：单位机舱面积的有功功率
容积饱和度：单位机舱容积的有功功率
联合装置解决了船舶巡航时的经济性与战斗时的加速性的矛盾及较大续航能力与加速性的
矛盾。主要用于大型水面舰艇。
五、核动力装置
❖ 优点：
❖ 1）功率大，续航能力高；
❖ 2）不消耗空气，可水下航行。
❖ 缺点：
❖ 1）尺寸重量大，危险性大
❖ 2）操纵复杂
❖ 3）造价高，运营费用高（燃料价高）。
§1-3 船舶动力装置的技术、经济及性能指标
§1-1 船舶动力装置的含义(definition)及组成(composition) 一、含义：船上所有机械设备及系统的总称 任务：提供各种能量并通过应用这些能量以保证船舶的正常航行、生活和作业。 二 、组成 1、主推进装置 主机组：原动机及为其服务的设备和系统。 原动机有：柴油机（DIESEL）、汽轮机（STEAM TURBINE）、燃气轮机（GAS TURBINE） 其它设备如锅炉、推进器、传动装置等。 2、辅助设备 电能：用于证明及电器设备，有柴油发电机组、汽轮发电机组、轴带发电机组、余热发电机 组。 热能：用于加热、取暖等。有辅助锅炉或余热锅炉。 压缩空气 ：用于柴油机启动、换向、舰艇鱼雷发射、潜艇沉浮及船上其它作业。有压缩机、 空气瓶及管件等。 3、全船系统：保证船舶正常工作和生活，安全航行的系统。如通风、空调、照明冷藏、制 淡等。 4、甲板机械：舵机、锚机、装卸设备及吊艇设备等 5、机舱自动化设备 §1-2 船舶动力装置的基本类型和特点 一、柴油机动力装置 优点： 1、较高的经济性，耗油率低 2、质量轻 3、机动性好，操作简单，起动快，正倒车迅速 4、功率范围大 1—80000 千瓦 缺点： 1、单机功率小 2、噪声振动大 3、寿命短（大修期），高强载机只有 1—5Kh 二、蒸汽轮机动力装置 优点： 1、单机功率大 2、噪声振动小 3、寿命长，10 万小时以上 4、可用劣质燃料 缺点： 1、尺寸重量大 2、效率低 3、机动性差 三、燃气轮机动力装置 优点： 1、质量尺寸小 2、单机功率大 3、机动性好
液压管系、生活水管系、蒸汽管系）
一、燃油管系
任务：保证主、辅机及辅锅炉所需燃油
组成：注入与存放、调驳、净化（沉淀、过滤、分离）、供给，对燃烧重油的还有加热。
二、滑油管系
任务：给机舱中各设备提供滑油
供油方式：压力式（干式、湿式油底壳）、重力式（5-8 米）
净化方式：平行净化法、轮换净化法（用于小型机）
按用途分：推进电站、全船性电站、应急电站
按发动机分：全柴油发电机组、柴油发电机加废热发电机、柴油发电机加轴带发电机、蒸汽
轮机发电机。
二、供汽装置
1、用途与组成
用途：加热、冲洗、驱动往复式货油泵、蒸汽发电机组
2、辅助锅炉
1）燃油辅助锅炉：烟管锅炉、水管锅炉
2）废气锅炉
3）混合锅炉
3、蒸汽量计算
先计算各舱柜及设备所需蒸汽量（KG/H），按运行工况确定负荷系数，并计算个设备耗汽量，
2、传动轴承：中间轴承、推力轴承 3、尾轴管装置 任务：传动功率及推力 二、轴系的布置 1、轴线：主机中心（齿轮箱）与桨中心连线 2、轴线的数目：1-4 理想的布置是轴线平行于基线，并与纵中平面平行 3、轴承的位置与数量 位置：变形小的地方 数量原则：在保证轴系正常工作情况下，尽量减少轴承数量，增加轴段柔度，减小附加应力。 三、轴系的主要部件 1、中间轴与轴承 布置于推力轴与螺旋桨轴之间，一般轴系上有多段中间轴 2、推力轴与轴承螺旋桨产生的推力就是通过推力轴承传给船体的。 ❖ 3、螺旋桨轴：油润滑，水润滑。 ❖ 螺旋桨轴的负荷： ❖ 1）由桨重产生的弯曲力矩 ❖ 2）桨的不平衡质量、附水质量和桨的水动力不平衡使桨轴产生周期性弯曲力和扭转 力 ❖ 3）船舶弯曲、变工况和桨轴转速变化引起附加动负荷 ❖ 4）轴承磨损、轴线沉陷和轴承的间隙过大产生冲击引起应力增加 ❖ 5）海水腐蚀产生“腐蚀疲劳” 4、尾轴管装置 1、组成：尾轴承、尾管、尾密封装置
❖ 6、其它要求
❖ 1）不同工况机桨配合得当
❖ 2）主机的遥控和自动化
❖ 3）船舶建筑成本低
❖ 4）尺寸质量小
❖ 5）维护简单
❖ 6）设备满足船舶规范
第二章船舶轴系与传动
§2-1 推进装置形式与特点 一、直接传动型（a，b） 二、齿轮传动（c，d，e，f） 三、可调螺距桨（h） 四、电力传动（g） 五、喷水推进 高速水翼船，主机驱动水泵， 泵中喷出的水的反推力推动 船舶前进。 §2-2 船舶轴系 对轴系的要求： 1）工作可靠且有较长的寿命 2）尽量采用标准化结构 3）传动损失小 4）良好的抗振性能 5）对船体变形不敏感 6）良好的密封性 7）尺寸重量小 一、轴系的任务与组成 组成：1、传动轴：中间轴、推力轴、尾轴
二、动力装置的经济指标
燃油消耗率：整个动力装置单位推功率每小时所消耗燃料量
2、有效效率
B be PT
kg /(kw h)
PT Pe c pr
e
3600PT BQPH
3600 beQPH
PT kw, QPH kJ / kg B kg / h
3、 每海里耗油量
bM
B
be PT
PT
Pp 传动
Mtmax=K M 主
K=1.5—2.5
2）脱开状态： MT =0 M 从=0
对湿式摩擦片式离合器要防止“带排”
3）滑摩状态：非稳定状态
MT< M 主 到 MT = M 主滑摩结束。时间为 6—8 秒。
第三章 船舶辅助装置及管路
§3-1 船舶辅助装置
一、供电装置
确定电站功率、类型、选择发电机组
1、电站类型及组成
再计算总耗汽量。
三、船舶制淡装置
任务：从海水中分离掉各种盐分和杂质，制造出一定数量和规定纯度的淡水。
类型：沸腾式，闪发式
组成：预热器、蒸发器、冷凝器
沸腾式缺点：管壳式换热器容易结垢
§3-2 船舶管系
类型：动力管系（燃油管系、滑油管系、冷却管系、压缩空气管系、发动机进排气管系），
船舶管系（通风管系、压载管系、舱底水管系、消防管系、制冷与空调管系、给排水管系、
2）联轴器最大扭矩
3）联轴器允许扭矩转角、轴向和径向位移、角度偏差等
2、离合器
类型：湿式摩擦片式、锥型摩擦片式、气胎离合器。
作用：主机空载启动；部分机组工作；非反转柴油机实现倒车和双速传动；微速航行。
六、齿轮传动机组选型设计中应注意的问题
1、离合器选型
1）接合状态: n 主=n 从 M 主=M 从=MT
模化原则：
1）以每一曲柄回转平面中心线为单缸运动质量的集中点
2）发动机输出端之后，以具有较大转动惯量部件的中心线作为质量的集中点
3）对于轴系的转动惯量，当轴段较短时可以忽略或把它平均分配到飞轮和螺旋桨的质量上
4）齿轮传动时，把主、从动齿轮的转动惯量按传动比合并成一质量，落点在主动齿轮中心
线上
5）两相邻集中质量之间的连接轴，按柔度作为该两质量中心的当量轴段长
三、扭转振动的基本概念 1、扭摆有阻尼的强迫振动 图示的单质量系统，轴只计柔度，不计惯量，圆盘只计惯量，忽略弹性。 稳太时 S+U+R+T=0 小结： 1）系统自振频率仅与结构有关 2）强迫振动频率与干扰力矩频率 相同，但由于阻尼存在，共振时，强迫振动的相位落后 于干扰力矩相位 /2，并产生动力放大。
3D2/3 CW传动
be Kb2 2 三、动力装置性能指标
1、机动性：启动时间、变工况时间、倒车时间
2、可靠性：使用寿命，大修间隔
3、拖曳性
4、振动与噪声
5、自动化-远程控制
❖ 对船舶动力装置的要求
❖ 1、机电设备安全可靠
❖ 2、提高经济性
❖ 3、具有一定的续航力
❖ 4、具有良好的操纵性
❖ 5、主/辅机选型合理
❖ 4）提高舰艇生命力
❖ 5）提高机动性
❖ 6）有利标准化
❖ 缺点：1）结构复杂、加工难度大
❖
2）负荷分配不均时会使主机过载
❖
3）操纵控制复杂化
五、弹性联轴器与离合器
1、弹性联轴器
作用：缓冲、调频避振、降低对中要求、减振。
类型：橡胶高弹性联轴器、金属簧片式弹性联轴器
选用联轴器时应考虑：
1）发动机的额定功率、转速及扭矩
❖ 经济指标：油耗率、装置总效率、推进热效率、每海里耗油率、运转-维修经济性
❖ 性能指标：机动性、可靠性、自动-远操纵性、拖曳性及隐蔽性
1、 功率指标相对功率 2、
Pe
D
Pp Pe c
Pp
3 D2/3 Cw
2、质量指标
3
C D1/ 3
干重 Gg ：机器及管系重量
湿重 Gy ：机器及管系和管子里的工质重量
❖ 排水量：船舶总重量=空船重量+载重量
❖ 航速单位：节
❖ 1kn=1n mile/h=1.852km/h
❖ 全速：主机长时间用额定转速工作时达到的航速
❖ 经济航速：每海里耗油最低航速，巡航航速
❖ 最低航速：主机以最低稳定转速工作时航速
❖ 倒车航速：全速 30%~40%
❖ 技术指标：功率、质量、尺寸
三、冷却管系
类型：开式、闭式、中央冷却式 现今大部分采用中央冷却式，开式冷却极少使用 闭式冷却系统中，海水分别冷却滑油冷却器、水套冷却器及中冷器中的热介质 中央冷却系统是海水在中央冷却器中冷却淡水，淡水再分别冷却其它热介质 四、压缩空气管系 任务：为柴油机的启动、换向、离合等提供一定压力的空气。 五、舱底水管系 任务：将机舱和货舱中舱底积水排除舷外 六、消防管系 水消防、蒸汽消防、二氧化碳消防、1211 消防 七、机舱通风管系 自然通风、强制通风 八、空调管系 类型：集中空调、独立空调、分组空调 第四章 船舶推进轴系扭转振动及其控制 §4-1 概述 轴系振动有：扭转振动、回转振动（横振）、纵向振动。其中以扭转振动为主，当周期性的 交变力矩作用的频率与自振频率相同时，将产生共振。 我国“船规”规定 220kW（300HP）以上的船舶都要申报扭振计算书。 一、扭振的概述 1、轴系扭振的成因及危害 轴系本身具有扭转振动的基本特性：弹性与惯性 轴系承受不均匀的干扰力矩 当扭转振动所产生的应力超过许用值时，会对轴系产生极大的破坏作用。 二、船舶规范
类型：减速机组、倒顺减速机组、并车机组
二、减速机组
1、单级：垂直异心，水平异心
2、两级或多级：燃气轮机或蒸汽轮机装置通常采用。
三、倒顺减速机组
平行轴式：体积大，传动扭矩大
行星齿轮式：体积小，传动扭矩小
四、并车机组
❖ 中速机并车优点：
❖ 1）尺寸小、重量轻
❖ 2）单机功率大
❖ 3）巡航或低速时，可停运部分发动机，提高经济性
3）减振方法：增加阻尼，改变自振频率及改变干扰力矩。 振型图 取 A1=1，A2=-I1/I2，O 为结点，振幅为 0，应力最大，双质量只有一个结点。
三质量系统有两个自振频率，单结或双结，即两个结点。n 个质量就有 n-1 个振型，n-1 个
自振频率。
图看课件！！！！
§4-2 推进轴系扭振计算
一、推进轴系的模化
2、作用：支承，密封
3、尾轴承润滑方式及材料
水润滑轴承材料有：铁梨木、层压板（桦木）、橡胶和强化塑料。
油润滑轴承材料用白合金（铅基或锡基）
4、尾密封装置
填料函型密封：用于水润滑的密封
Simplex 型密封：可用作油润滑的首尾密封
四、轴系设计中应注意的问题
1、严格按“船规”确定轴系各段直径，并进行规范的强度校核。
2、扭振、纵振、横振的测量及计算
3、进行合理的校中计算：人为的将轴线调整为曲线状态，使轴系的负荷分配比较均匀。
校中方法：力矩分配法、三弯矩法、有限元法、矩阵位移法。
§2-3 齿轮传动机组
一、齿轮传动机组的组成、作用、类型
组成：倒顺减速齿轮、离合器、弹性联轴器及相应的润滑冷却系统。
作用：减速、变速、倒车、离合、减振
缺点：
1、无反转性能
2、高温叶片寿命短
3、进排气管大
四、联合动力装置
形式：燃气/蒸汽联合装置（COSAG）
柴油/燃气联合装置（CODAG，CODOG）
燃气/燃气联合装置（COGAG）
优点：
1）在保证足够大功率情况下，动力装置的尺寸重量小；
2）操纵方便，备车迅速。
3）自巡航到全速工况加速迅速；
4）两机组共用一个减速箱，具有多机并车的可靠性。
6）轴系中有弹性联轴器或气胎离合器时合器时为界，分成两个独立的扭振系统