第一章 船舶动力装置概述.ppt

船舶动力装置船舶动力装置（第二版）（第二版）主主 编编 刘善平刘善平（江苏海事职业技术学（江苏海事职业技术学院）院）副主编副主编 郑学贵（渤海船舶职业学院）郑学贵（渤海船舶职业学院）主主 审审 张心宇（武汉交通职业学院）张心宇（武汉交通职业学院）1 第一章 船舶动力装置概论船舶动力装置第二版 教材配套教学课件船舶动力装置船舶动力装置2第三章第三章 推进装置的传动设备推进装置的传动设备第四章第四章 船舶动力管路船舶动力管路第五章第五章 船舶系统船舶系统第六章第六章 船、机、桨工况配合特性船、机、桨工况配合特性第七章第七章 机舱规划与设备布置机舱规划与设备布置 第二章第二章 船舶轴系船舶轴系第一章第一章 概述概述主主要要章章节节第第一一章章 知知识识树树第一节 船舶动力装置的含义及组成第二节 船舶动力装置的类型及特点第三节 船舶动力装置的基本性能指标第四节 对船舶动力装置的要求第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况船舶船舶动力动力装置装置概论概论3船舶装置动力概论船舶装置动力概论学习目标知识目标知识目标知识目标知识目标1正确叙述和理解船舶动力装置的定义、作用及其组成；2正确叙述和掌握船舶动力装置的类型、特点及其基本组成；3正确叙述和掌握船舶动力装置的基本特性指标；4正确叙述对船舶动力装置的一般要求；5了解船舶动力装置设计的发展概况。能力目标能力目标能力目标能力目标1会根据不同船舶的用途选择船舶动力装置的类型；2会简单计算船舶动力装置的技术指标、经济指标、性能指标。4船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成一、船舶动力装置的含义任务 为了满足船舶航行、停泊、作业、人员正常工作生活与安全需要所设置的全部机械、设备和系统的总称。提供能量利用能量转换能量概念5船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成推进装置推进装置辅助装置辅助装置管路系统管路系统甲板机械甲板机械防污染设备防污染设备自动化设备自动化设备二、船舶动力装置的组成6船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成 图1-1 船舶推进装置示意图 1-遥控操纵台；2-主机(柴油机)；3-传动设备；4-轴系；5-推进器(螺旋桨)71推进装置推进装置推进装置的作用：产生和提供船舶推进动力的成套动力设备，以满足船舶正常航行需要。组成：它由船舶主机、传动设备、船舶轴系和推进器以及为这些推进设备服务的辅助设备、管路系统和仪表所组成。如图1-1所示。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成8（1）船舶主机船舶主机用于船舶推进的热力发动机。类型：蒸汽机、汽轮机、柴油机、汽油机和燃气轮机等。对于无推进器的工程船舶，用于驱动主发电机、液压油泵或工程机械(如泥浆泵)等的发动机也称为主机。一般民用船舶的主机绝大多数是柴油机。图1-1 船舶推进装置示意图 1-遥控操纵台；2-主机(柴油机)；3-传动设备；4-轴系；5-推进器(螺旋桨)1推进装置推进装置船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成9（2）传动设备作用：是将主机功率传递给船舶轴系和推进器，并根据需要起减速、倒顺车、调速、并车或分车、离合等作用。组成：主要由减速齿轮箱、离合器和联轴器等组成。图1-1 船舶推进装置示意图 1-遥控操纵台；2-主机(柴油机)；3-传动设备；4-轴系；5-推进器(螺旋桨)1推进装置推进装置船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成10（3）船舶轴系船舶轴系轴系位于主机（或传动设备）的输出法兰和螺旋桨之间。作用：将主机的能量传给螺旋桨，螺旋桨产生的推力又传给船体，从而推动船舶运动。组成：它主要由传动轴、支承传动轴用的轴承和轴系附件等组成。图1-1 船舶推进装置示意图 1-遥控操纵台；2-主机(柴油机)；3-传动设备；4-轴系；5-推进器(螺旋桨)1推进装置推进装置船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成112辅助装置辅助装置 在动力装置产生能量的诸装置中，除了直接产生船舶推进动力的装置外，还有产生其他使用能量的装置，以保证船舶的正常运行、作业、人员生活需要。因此，辅助装置是指提供船舶除推进装置以外其它所需能量的设备。一般包括船舶电站、辅助锅炉装置、液压泵站和压缩空气系统等，它们分别产生电能、蒸汽热能、液压能和压缩空气供全船使用。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成122辅助装置辅助装置（1）船舶电站 船舶电站是提供船上电能的动力装置，由发电机组、配电板及其他电气设备等组成。常用的发电机组有柴油发电机组、轴带发电机组、废热发电机组等。船舶电站除提供照明和生活用电外，主要是提供电动辅机、通信、雷达、航海仪器、报警、检测和控制设备所需的电能。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成132辅助装置辅助装置（2）辅助锅炉装置 辅助锅炉装置是利用燃料燃烧的热量的能量，对水加热产生蒸汽的设备。其主要作用是锅炉产生的蒸汽，满足对燃油和润滑油的加热、空气调节和取暖、生活用水等方面的需要。辅助锅炉装置由辅助锅炉及为它服务的燃油、给水、鼓风、送汽设备及管路、阀件等组成。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成143船舶管路系统船舶管路系统 船舶管路系统按用途可分为：（1）船舶动力管路 主要用来为推进装置（主机）和辅助机械服务的管路。包括：燃油管路、滑油管路、冷却水管路、压缩空气管路和进排气管路等。（2）船舶系统 主要用来为船舶平衡、稳性、人员生活和安全服务的管路系统。包括：压载水系统、舱底水系统、供水系统、消防系统、机舱通风系统、空调系统、特殊船舶专用系统等。船舶管路系统的是用来连接各种机械设备，并以输送流体（如油、水、蒸汽、空气等）的管系。它由管路及其阀件、附件、机械设备（如泵、空气压缩机等）仪表等组成。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成154船舶甲板机械船舶甲板机械 船舶甲板机械有：操舵机械设备、锚泊机械设备、起货设备、系缆设备、救生艇绞车、舷梯升降机等。此外，在一些专用船舶上，还设有其它相应的甲板机械，如滚装船的跳板和升降平台、打捞船的打捞设备、挖泥船的挖泥设备、渔船的网具收放设备等，都属于甲板机械的范畴。船舶甲板机械是指在机舱以外依靠动力驱动的船舶机械设备。主要作用是控制船舶航向、停泊、装卸货物以及其他用途。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成164船舶甲板机械船舶甲板机械锚泊机械设备：用于水上固定船舶、协助船舶调头或离开码头，包括锚机、绞盘等。操舵机械设备：控制船舶航行方向，保证船舶操纵性能的装置，包括舵机及操作机械、执行机构等。起重机械设备：用以在锚泊时进行货物卸，如起货机、吊艇机及吊杆等设备。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成17船舶机械设备和生活设施船舶机械设备和生活设施 船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成185机舱自动化设备机舱自动化设备 机舱自动化设备包括对动力装置的远程、集中和自动控制的各种系统。主要由遥控、自动控制、自动调节、监视、安全和报警等设备组成。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第一节 船舶动力装置的含义及其组成 用来处理船上污油水、油泥、生活污水及各种垃圾的设备。包括：油水分离装置、焚烧炉及生活污水处理装置。195机舱自动化设备机舱自动化设备防污染设备防污染设备返回船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点 船舶动力装置的类型一般以主机的结构型式来命名。20 根据主机采用燃料的性质，燃烧的场合，使用的工质及其工作方式的不同，船舶动力装置主要可分为：蒸汽动力装置 柴油机动力装置 燃气轮机动力装置 核动力装置 联合动力装置 特种动力装置等。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点21一、蒸汽动力装置 蒸汽动力装置是以水蒸汽作为工作介质，推动主机对外做功的一种动力装置。基本类型有往复式蒸汽机和旋转式蒸汽机两种。往复式蒸汽机由于热效率低已淘汰，常见的是旋转式蒸汽机，也称蒸汽轮机或汽轮机。蒸汽轮机动力装置主要由蒸汽锅炉和蒸汽轮机等组成，蒸汽锅炉是利用燃料在锅炉炉膛内燃烧所产生的热量，对水加热产生蒸汽的设备。蒸汽轮机是将蒸汽的热量转换成机械能的动力机。在这种装置中燃料的燃烧是在发动机的外部进行燃烧，即是在锅炉中进行的，为此蒸汽轮机也是外燃机的一种类型。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点221蒸汽动力装置的组成与基本工作原理蒸汽动力装置的组成与基本工作原理1-2 蒸汽动力装置原理图1-锅炉；2-过热器；3-蒸汽管路；4-高、低压汽轮机；5-齿轮减速器；6-螺旋桨；7-冷凝器；8-冷却水循环泵；9-凝水泵；10-给水泵；11-给水预热器 1-3 汽轮机的汽轮1-转轴；2-汽轮；3-叶片；4-轴承；5-喷嘴 汽轮机动力装置是由锅炉、汽轮机、冷疑器、轴系、管系及其它有关机械设备等组成。其工作原理如图1-2；1-3所示。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点23一、蒸汽动力装置“辽宁号”航空母舰 动力配置：4台蒸汽轮机、8台增压锅炉、4轴推进、总功率20万马力。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点24蒸汽动力装置的优点：（1）单机功率大。蒸汽轮机的转子在高温、高压、高速流动的蒸汽作用下连续工作，转速较高（船舶推进主机一般为31037103r/min，汽轮发电机大多3103r/min），而且可采用高压、低压几级汽轮机，因此，单机功率很大。现代蒸汽轮机单机功率可达1.2103MW，因此，主机本身的单位重量尺寸指标优越。（2）蒸汽轮机运行平稳，工作可靠。蒸汽轮机工作时，由于没有周期性作用力，因此噪声和振动小，可靠性高，使用寿命长。蒸汽轮机的使用期限高达105小时以上。（3）蒸汽轮机对所采用燃料要求比较低，可使用劣质燃油。一、蒸汽动力装置2蒸汽动力装置的主要特点蒸汽动力装置的主要特点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点25一、蒸汽动力装置蒸汽动力装置的缺点：（1）结构复杂，重量尺寸大。蒸汽动力装置由于装备锅炉、冷凝器以及辅机和设备，故整个动力装置比较复杂，装置重量尺寸大。动力装置单位重量为2426kg/kw，占去了船舶许多营运排水量。（2）热效率较低,燃油消耗率大。蒸汽动力装置热效率较低，约为2535，燃油消耗率较高，一般为232313g/KWh，经济性较差。（3）机动性差。由于起动前要加热滑油冷凝器，主机暖机时蒸汽参数达到规定值才能起动，故起动前准备时间大约为3035 min，缩短暖机过程后也需要1015 min。另外从一种工况变换到另一种工况的过渡时间也较柴油机长23倍。2蒸汽动力装置的主要特点蒸汽动力装置的主要特点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点26二、柴油机动力装置船舶柴油机动力装置-视频船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点27二、柴油机动力装置船舶动力推进装置以柴油机作为主机的称为柴油机动力装置。柴油机是一种往复式内燃机。四冲程柴油机基本结构基本工作原理：在喷入气缸内的燃料（柴油）燃烧时，膨胀做功，使活塞作上下往复运动，通过连杆把动力传递给曲轴，使曲轴作回转运动，通过传动轴带动螺旋桨转动。柴油机驱动曲轴船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点28 1船舶柴油机的类型船舶柴油机的类型根据柴油机所使用的场合、目的不同，对其要求也不同，因而种类繁多。其主要分类有以下几种。（1）按气缸排列方式分船用柴油机通常均为多缸柴油机。其气缸的排列有直列式、型、对置式，少数也有型等。直列式柴油机 ；直列式柴油机型柴油机对置式柴油机船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点 直列式柴油机直列式柴油机29船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点型柴油机型柴油机30船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点对置式柴油机对置式柴油机31船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点32二、柴油机动力装置（2）按冲程数分 四冲程和二冲程柴油机两类。直列式四冲程柴油机工作原理二冲程柴油机（十字式）工作原理 二冲程柴油机（筒形活塞）工作原理1船舶柴油机的类型船舶柴油机的类型船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点33二、柴油机动力装置 1船舶柴油机的类型船舶柴油机的类型（3）按冷却方式分为：水冷和风冷两种。水冷式冷却系统循环水路水冷发动机风冷发动机船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点34二、柴油机动力装置（4）按转速分：低速、中速、高速 1船舶柴油机的类型船舶柴油机的类型 中、低速柴油机一般用作船舶的主机。高速机一般用作发电机的原动机、救生艇发动机、应急发电机的原动机和应急消防泵原动机等。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点35 二、柴油机动力装置 1船舶柴油机的类型船舶柴油机的类型（5）按进气是否增压分非增压柴油机、增压柴油机：机械式增压柴油机 废气涡轮增压1 ；废气涡轮增压2 ；废气涡轮增压3船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点36二、柴油机动力装置（6）按柴油机本身能否逆转分：可逆转柴油机、不可逆转柴油机。（7）按柴油机在船舶的布置位置分：右旋机、左旋机 1船舶柴油机的类型船舶柴油机的类型船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点 十字头式活塞37二、柴油机动力装置（8）按柴油机的活塞与连杆连接方式分：筒形活塞式柴油机 、十字头式柴油机 筒形活塞1船舶柴油机的类型船舶柴油机的类型船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点38二、柴油机动力装置船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点39二、柴油机动力装置柴油机动力装置具有的优点：（1）经济性好。首先表现在较低的燃油消耗率，其次表现在热效率高，一般约为4050。（2）机型多，功率范围广。作为船舶推进柴油机的功率，从几十千瓦至数万千瓦，具有大、中、小型和高、中、低速之分，可满足各类船舶航行需要。（3）机动性能好。柴油机动力装置操纵简单、启动迅速、正倒车方便。（4）尺寸小、重量轻。柴油机动力装置无需蒸汽轮机那样另设庞大的锅炉及附属设备，使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻，布置简单。特别适合于在交通运输等动力装置中应用。2柴油机动力装置的主要特点柴油机动力装置的主要特点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点40柴油机柴油机船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点41二、柴油机动力装置 柴油机动力装置存在的缺点：（1）柴油机工作中振动噪声大。由于柴油机工作循环的周期性，主要运动部件的作往复运动，故振动噪声大，应采取减振降噪措施，以满足船舶规范要求。（2）柴油机排出的废气中，具有有害物质，如CO、HC、NOx和碳烟微粒等，会污染环境。因此，柴油机需要采用废气排放净化措施，减少排放污染。（3）柴油机工作时，磨损较大，大修期限较短。2柴油机动力装置的主要特点柴油机动力装置的主要特点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点42三、燃气轮机动力装置 蒸汽轮机的工作介质是蒸汽，燃气轮机的工作介质是燃气，燃气轮机是利用燃料在燃烧室内燃烧，所产生的高温高压燃气进入燃气轮机推动叶轮旋转，通过传动轴带动螺旋桨转动。利用燃料燃烧所产生的燃气推动叶轮回转的机器称为燃气轮机。采用燃气轮机作为主机的动力装置称为燃气轮机动力装置。1燃气轮机动力装置的基本组成与工作原理燃气轮机动力装置的基本组成与工作原理船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点43 1-6 燃气轮机动力装置示意图1-进气管；2-压缩机；3-燃烧室；4-喷油嘴；5-燃料泵；6-燃气轮机；7-排气管；8-起动电机：9-螺旋桨；10-联轴器1燃气轮机动力装置的基本组成与工作原理燃气轮机动力装置的基本组成与工作原理 燃气轮机动力装置主要由以下三部分组成：压缩机、燃烧室、气轮机。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点44三、燃气轮机动力装置船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点45三、燃气轮机动力装置船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点46船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点47船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点48船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点49燃气轮机动力装置具有以下优点：（1）结构紧凑，单位功率的重量尺寸较小。不需连杆、曲柄、飞轮等装置，又不需锅炉，因此结构紧凑，体积小、重量轻。（2）启动快，加速性能好。它可以随时起动，并且在很短时间内发出最大功率,在23 min内，可由冷车状态起动达到全负荷的工作状态，加速性能极好。大功率复杂线路的燃气轮机动力装置也只需3-5 min。（3）功率大。燃气轮机动力装置机组功率较大，如复杂线路的燃气轮机装置（有中间冷却、中间加热和回热设施）机组功率可达6104 kW。三、燃气轮机动力装置2燃气轮机动力装置的特点燃气轮机动力装置的特点 船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点50燃气轮机装置尚有以下缺点：（1）主机不可反转，必须为其专门设置倒车机构或配用调距桨。（2）必须借助启动马达或其他机械启动。（3）叶片及燃气发生器均在高温高压下工作，使用寿命相对较短。如燃气温度在1200以上的燃气轮机，使用寿命仅8000小时。（4）燃料耗油率大。燃气轮机动力装置燃料耗油率一般为200390g/KWh，经济性较差。（5）由于燃气轮机工作时空气流量很大，因此进、排气管道的尺寸大，机舱内布置相对困难，甲板上需要较大的管道通过切口会影响船体强度。三、燃气轮机动力装置2燃气轮机动力装置的特点燃气轮机动力装置的特点 船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点51三、燃气轮机动力装置 燃气轮机是在1947年开始应用于船舶，而得到迅速发展则在50年代后期。并且，船用燃气轮机主要用于军舰。从70年代起，英、美建造的大小型水面舰艇（除航空母舰外）绝大多数都是采用燃气轮机作为推进动力的。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点52船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点53船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点54 四、联合动力装置目前主要有三种形式的联合动力装置：（1）蒸汽轮机与加速燃气轮机联合动力装置（蒸-燃联合）（2）柴油机与燃气轮机联合动力装置（柴-燃联合）（3）燃气轮机与加速燃气轮机联合动力装置（燃-燃联合）另外，一种联合动力装置型式，柴油机-电力推进装置（柴-电联合）所谓联合动力装置是由两种不同型式的动力装置组成。联合动力装置在商船上应用极少，主要用于军用舰艇。1联合动力装置的类型联合动力装置的类型船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点55联合动力装置的优点：（1）在保证足够大的功率情况下，动力装置重量、尺寸小。（2）操纵方便，备车迅速，紧急情况下可用燃气轮机立即开车。（3）自巡航到全速工况加速时间短。（4）两机组共用一个减速齿轮箱，具有多机组并车的可靠性。四、联合动力装置2联合动力装置的特点联合动力装置的特点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点56联合动力装置的缺点：（1）必须配置适用不同机种的燃料及相应的管路和储存设备，不同类燃料的储存比例会影响舰艇战术性能。（2）共同使用一个主减速器，小齿轮数目多，结构复杂。（3）在减速器周围布置两种不同类型的机组难度较大。四、联合动力装置2联合动力装置的特点联合动力装置的特点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点57五、核动力装置现有的核动力舰艇，基本上采用压力水型的反应堆。核燃料在核动力装置的反应堆中产生裂变反应，释放巨大能量，被不断循环的冷却水吸收，后者又通过蒸汽发生器将热量传给第二个回路中的水，使之变为蒸汽后到汽轮机中作功。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点581压力水堆核动力装置的基本组成与工作原理压力水堆核动力装置的基本组成与工作原理五、核动力装置图1-7 压力水堆核动力装置原理示意图1-控制棒；2-核反应堆；3-一次屏蔽物；4-密封外壳；5-二次屏蔽物；6-加压器；7-蒸汽发生器；8-辅助汽轮机；9-发电机；10-汽轮机；11-减速器；12-螺旋桨；13-主冷凝器；14-辅冷凝器；15-主给水泵（二次回路泵）；16-冷却循环泵（一次回路泵）船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点 图1-8 核动力装置在船舶机舱内的布置示意图1-核反应堆；2-热交换器；3-汽轮机发动机组；4-推进电动机；5-螺旋桨59五、核动力装置船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点60 核动力导弹巡洋舰核动力导弹巡洋舰船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点61航空母舰航空母舰船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点62五、核动力装置核动力装置的突出优越性：（1）核动力以消耗极少量的核燃料而释放出巨大的能量，从而使船舶获得足够高的航速和续航力。（2）核动力装置功率大。（3）在核裂变过程中不消耗空气，（4）采用核动力使舰船的有效载重量提高，有利于提高舰船的航速。2核动力装置的特点核动力装置的特点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点63五、核动力装置核动力装置的缺点：（1）核裂变反应具有放射性，对人体有严重杀伤作用，也污染环境。（2）操纵管理检测系统比较复杂，技术要求较高。（3）核动力装置造价昂贵。核动力装置主要用在军用舰艇或破冰船上，在常规民用船舶上应用极少。2核动力装置的特点核动力装置的特点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第二节 船舶动力装置的类型及特点64潜艇的先进动力装置AIP-Air Independent Propulsion，不依赖空气推进装置。AIP系统一般分四种：1闭式循环柴油机系统 2闭式循环汽轮相系统 3燃料电池系统4核电混合推进系统 将氢燃料和氧化物放到特殊燃烧室内进行电化学反应，直接转换成电能，输出的直流电直接驱动电动机，电动机带动桨轴，推进潜艇航行。返回船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标65船舶动力装置的基本特性指标通常是：各种船舶动力装置虽存在着类型、传动方式及航区等条件的不同，但对某些基本特性指标却有着共同的要求。这些指标是船舶选型、设计和判断性能优劣的重要依据。指技术指标经济指标性能指标船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标66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。（1）船舶有效功率（2）主机输出功率（3）相对功率1功率指标功率指标技术指标是标志动力装置的技术性能和结构特征的参数。主要包括功率指标质量指标和尺寸指标。一、技术指标船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标67（1）主机的单位重量（2）装置的单位重量（3）主机的相对重量（4）装置的相对重量2重量指标重量指标一、技术指标船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标68动力装置的尺寸指标有机舱的绝对尺寸和机舱的相对尺寸。机舱的绝对尺寸有：机舱总长度L（单位：m）；机舱总占有面积S（单位：m2）和机舱总占有容积V（单位：m3）。机舱的相对尺寸有：机舱的相对长度、机舱面积饱和度和机舱容积饱和度。机舱的相对尺寸，表征机舱的长度、面积和容积的利用率的情况。3尺寸指标尺寸指标一、技术指标船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标69（1）机舱的相对长度（2）机舱的面积饱和度（3）机舱的容积饱和度3尺寸指标尺寸指标一、技术指标船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标70动力装置的经济指标，常用以下三个指标表示。1主机燃料消耗率主机燃料消耗率2动力装置的燃油消耗率动力装置的燃油消耗率3推进装置的有效热效率推进装置的有效热效率二、经济指标 经济指标代表燃料在该动力装置中的热能转换率。经济指标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。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标71 4每海里航程燃油消耗量每海里航程燃油消耗量bn 或：5节能投资的经济标准节能投资的经济标准 评价节能措施的经济性主要有投资回收年限n1，其计算式为:二、经济指标船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标72三、性能指标1动力装置的可靠性动力装置的可靠性 可用船舶动力装置在使用阶段的故障发生率和因此而发生的停航时间来考核。2动力装置的机动性动力装置的机动性 指装置中的各种机器设备，改变工况时的工作性能。如：起动准备时间、换向时间、低速航行，停车时间等等。3动力装置振动和噪声的控制动力装置振动和噪声的控制 振动对设备的损害，噪声影响轮机人员的身体健康。性能指标是进行动力装置选型的重要依据，也是反映装置好坏及特点的重要指标，它主要包括：动力装置的可靠性、机动性、振动噪声以及机舱自动化等。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标73三、性能指标 这是衡量船舶现代化程度的标志，也是改善船员工作条件和提高船舶航行与生产能力的重要措施。4主机遥控和机舱自动化主机遥控和机舱自动化船舶装置动力概论船舶装置动力概论第三节 船舶动力装置的基本特性指标74三、性能指标5动力性和配合性能动力性和配合性能 动力性和配合性能指柴油机动力的发挥和利用情况及螺旋桨的配合性能。一般应使柴油机的功率得到充分发挥，并与所驱动的螺旋桨匹配得当，既不能供大于求，也不能求大于供。返回船舶装置动力概论船舶装置动力概论第四节 对船舶动力装置的要求751机电设备安全可靠机电设备安全可靠2船舶动力装置的经济要好船舶动力装置的经济要好：（1）降低燃料消耗；（2）采用低质廉价燃料；（3）废热利用。3具有一定的续航力具有一定的续航力4具有良好的操纵性具有良好的操纵性5耐波性要好耐波性要好对船舶动力装置一般有如下要求：船舶装置动力概论船舶装置动力概论第四节 对船舶动力装置的要求766主、辅机选型合理主、辅机选型合理7其它方面的要求其它方面的要求（1）在不同工况下机桨配合要得当；（2）具有相应的主机遥控和机舱自动化的设施；（3）船舶的建造成本要低；（4）重量、尺寸要紧凑，机舱的面积和容积饱和度要合理；（5）检测与维修管理应方便；（6）所选用的各种机械设备及有关计算应满足船舶建造规范的要求。对船舶动力装置一般有如下要求：返回船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况77一、计算机辅助设计 1船舶动力装置设备选型集成系统船舶动力装置设备选型集成系统 2船舶轴系设计程序系统船舶轴系设计程序系统 3船舶管路程序集成系统船舶管路程序集成系统 4船舶机舱布置设计程序系统船舶机舱布置设计程序系统 随着计算机技术水平的发展，船舶动力装置的设计从传统的手工设计计算绘图逐渐发展成计算机辅助设计和系统优化设计，缩短了设计周期，提高了设计质量、降低了造船成本。另外，模块造船技术也是船舶动力装置设计建造的发展的一个方向。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况一、计算机辅助设计 1船舶动力装置设备选型集成系统船舶动力装置设备选型集成系统主要实现功能：（1）按不同方案进行主机和所匹配的螺旋桨选型，校核该主机与螺旋桨的最佳匹配。（2）柴油发电机组辅机选型。（3）完成各动力管路、船舶系统及设备的计算与选型。（4）完成废热利用热线图计算，提供不同废热利用方案及经济性比较；对给定的废热利用方案，计算其经济指标，提出废热利用设备的技术参数。（5）打印出规范化的主要设备初步计算书及规格化设备选型计算书和设备明细表。78船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况79一、计算机辅助设计 1船舶动力装置设备选型集成系统船舶动力装置设备选型集成系统系绕结构由如下部分组成：（1）程序主控模块根据设计人员输入的信息，控制整个系统的操作流程。（2）执行各种功能的程序模块有主推进装置选型模块、废热利用设计模块、燃滑油管系设计模块、压缩空气管系设计模块、蒸汽管系设计模块、舱底、压载、消防管系设计模块及辅机发电机组选型模块等。（3）专用数据库数据库内贮存设计任务书的数据要求、船体有关数据、主辅机及各辅助设备的型号，规格，参数，价格等各种参数。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况主要功能和结构模块是：（1）扭转振动计算模块计算轴系自由振动及强制振动。（2）纵向振动计算模块用我国船舶柴油机纵向振动计算标准或GOTAVERKEN方法计算强制振动，并计算纵向振幅许用值。（3）回旋振动计算模块计算横向振动固有频率，正、逆回旋的固有频率和临界转速；计算与固有频率相应的各轴截面上的相对位移、转角、剪力和弯矩。（4）校中计算模块计算轴系校中时各截面上位移、转角、剪力、弯矩和轴承负荷；计算各轴承负荷影响系数，并在各种限制条件下的轴承高度的合理变化值和此时轴系变形与受力，计算法兰开口和偏移以及此时轴系受力与变形。80一、计算机辅助设计 2船舶轴系设计程序系统船舶轴系设计程序系统船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况81一、计算机辅助设计 3船舶管路程序集成系统船舶管路程序集成系统 主要功能与模块结构如下：（1）计算机辅助管路布置模块根据所提供的机舱布置图进行自动排管，完成最佳路径计算，并自动划分管子零件及弯管工艺性检查与干涉检查，这包含有四个子模块来完成上述功能。（2）管子零件计算与绘图模块完成管子零件计算，绘制符合生产设计要求的各种形式的安装图和视图，这包含有二个子模块完成上述功能。（3）管材统计模块具有完成管材、支架等统计功能及进行重量重心计算等，这包含有四个子模块完成上述功能。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况82一、计算机辅助设计4船舶机舱布置设计程序系统船舶机舱布置设计程序系统主要功能与模块结构如下：（1）机舱平面布置模块具有完成机舱平面各层结构图、设备子面视图绘制以及生成机舱平面各层的设备布置图，此外还打印设备明细表。（2）机舱横向布置模块具有绘制和生成机舱设备布置任一肋位横向剖视图的功能。（3）机舱纵中面布置模块具有绘制井生成机舱布置纵中。（4）文件生成模块能自动生成机舱布置所需的有关文件。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况83船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况84大型造船和海洋工程基地大型造船和海洋工程基地 船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况85 借助于优化设计技术就可使动力装置优选更加科学、合理。二、优化设计 最优化设计的思想：首先确定设计目标，然后，选择对目标有影响的的设计参数，依据问题的性质及特点建立设计参数需要满足的各种关系，这些关系就构成了设计参数优选过程中的约束条件，将这些设计目标、约束条件转化成设计参数的函效，即建立优化的数学模型，然后利用最优化技术在计算机上进行优化设计寻找出一组使目标在量值上最优的一组设计参数。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况86二、优化设计优化设计的问题包括：如何选取合理的设计参数，使装置效率最高、油耗最小、材料最省，在机舱管路系统布置设计中，如何使所选设备容量最小，管路最短，而又满足设计要求；在轴系布置中又如何使轴承布置的间距最短，才能使轴承负荷小面均匀，等等。现在船舶动力装置优化设计中，除了常规使用的线性方法，非线性方法，分级优化法，动态规划法外。近年来模糊数学优化方法在造船界也越来越受到重视，我国造船界在这方面的研究也处于世界前端。船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况87 1模模块块造造船船技技术术发发展展及及特特点点 2机舱模块的分类机舱模块的分类 3模块技术存在的问题模块技术存在的问题 三、模块造船技术三维设备及管路布置投影生成二维舱室布置图纸船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况88传统的造船方式 图1-9 传统的建造方法三、模块造船技术1模块造船技术发展及特点模块造船技术发展及特点 船舶从一开始建造就在船坞中，直至整艘船下水，一直在露天进行。图1-10 模块造船中的典型模块机舱作为一个整体单元进行建造。模块造船技术船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况89三、模块造船技术1模块造船技术发展及特点模块造船技术发展及特点现在的模块造船技术机舱内部设备也被分成很多模块。图1-11 压载水泵模块图1-12 典型的机舱模块安装船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况90（1）船舶设计可以和安装并行进行；（2）船舶设备可以并行制造和安装；（3）对船壳建造的扰动较少；（4）较少的船台时间；（5）在船体内的安装更快且更舒适；（6）有利于减少在分承包方面的花费；（7）采用标准模块后可以减少组装时间。三、模块造船技术1模块造船技术发展及特点模块造船技术发展及特点模块建造的优点船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况机控室模块；高温淡水系统模块；低温淡水系统模块；包括污水，消防水，压载水及海水冷却水泵等的海水系统模块；发电机模块；通风系统模块；91三、模块造船技术2机舱模块的分类机舱模块的分类1700TEU的集装箱船的机舱模块分类船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况集成电缆模块；饮用水系统模块；包括加热器，泵以及污油柜等的燃油净化系统模块；制冷及空调系统模块；柴油机起动，做功及控制空气系统模块；集成消防系统模块；滑油系统模块。92三、模块造船技术2机舱模块的分类机舱模块的分类1700TEU的集装箱船的机舱模块分类船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况93实例：净油机单元三、模块造船技术2机舱模块的分类机舱模块的分类船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况94实例：设备单元三、模块造船技术2机舱模块的分类机舱模块的分类热水压力罐单元热水压力罐单元空调压缩机单元空调压缩机单元船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况高温淡水泵单元高温淡水泵单元95实例：设备单元三、模块造船技术2机舱模块的分类机舱模块的分类冷藏压缩机单元冷藏压缩机单元船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况96实例：机舱底部单元海水冷却管单元海水冷却管单元滑油冷却管单元滑油冷却管单元机舱压载管子单元机舱压载管子单元三、模块造船技术2机舱模块的分类机舱模块的分类船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况主机两侧管单元主机两侧管单元97实例：机舱底部单元压载管单元压载管单元三、模块造船技术2机舱模块的分类机舱模块的分类船舶装置动力概论船舶装置动力概论第五节 船舶动力装置设计建造的发展概况98三、模块造船技术2机舱模块的分类机舱模块的分类图1-13 标准模块框架图1-14 附加有基础的模块图