1、船舶動(dòng)力裝置,第一章緒論,定義：保證艦船的正常航行、安全、正常作業(yè)、停泊，保證人員正常工作、生活與安全的全部機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)的綜合體。 組成： 推進(jìn)裝置：產(chǎn)生推進(jìn)力 輔助裝置：產(chǎn)生其它動(dòng)力 甲板機(jī)械：錨、舵、起重,船舶動(dòng)力裝置的類(lèi)型,蒸汽動(dòng)力裝置 工作原理 鍋爐產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功齒輪減速機(jī)組螺旋槳（發(fā)電機(jī)） 組成 蒸汽鍋爐 蒸汽輪機(jī),特點(diǎn) 單機(jī)功率大，目前船用蒸汽輪機(jī)組功率達(dá)到25104kw,陸用機(jī)組達(dá)到6010410105kw 勞損部件少、工作可靠、壽命長(zhǎng)（可達(dá)1105h以上） 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、振動(dòng)噪聲小（蒸汽輪機(jī)是回轉(zhuǎn)機(jī)械，沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件） 可使用劣質(zhì)燃料 熱效率較低，油耗高，熱經(jīng)濟(jì)

2、性低，在全速時(shí)要比柴油機(jī)裝置的油耗高1.52倍，部分工況時(shí)要高2.53倍 設(shè)備多，整個(gè)裝置重量尺寸大 機(jī)動(dòng)性較差。鍋爐從生火到產(chǎn)生蒸汽大約要3035min，一般要比柴油機(jī)裝置啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)23倍,1鍋爐；2蒸汽過(guò)熱器；3空氣預(yù)熱器；4高壓汽輪機(jī)；5低壓汽輪機(jī)；6主冷凝器； 7凝水泵；8給水預(yù)熱器；9給水泵；10減速齒輪；11螺旋漿；12循環(huán)水泵,柴油機(jī)動(dòng)力裝置：應(yīng)用最為廣泛的主機(jī)型式，柴油機(jī)船占總數(shù)的98，裝船功率占造船總功率的90以上。 優(yōu)點(diǎn) 經(jīng)濟(jì)性較高，油耗低，中、低速機(jī)可燒劣質(zhì)燃料； 機(jī)動(dòng)性良好，操作簡(jiǎn)單，倒車(chē)方便。主機(jī)從冷態(tài)啟動(dòng)到全負(fù)荷10min； 中高速機(jī)組質(zhì)量輕，輔助設(shè)備少,缺點(diǎn) 單機(jī)

3、功率低，中速機(jī)為2104kW，高速機(jī)8103kw大中型水面艦船上使用受限； 振動(dòng)噪聲大 中高速機(jī)的壽命較低 低速時(shí)穩(wěn)定性較差,燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置 工作原理 燃料在燃燒室內(nèi)燃燒燃?xì)馔苿?dòng)葉輪做功多級(jí)減速齒輪機(jī)組 螺旋槳（發(fā)電機(jī)） 組成 壓氣機(jī)：壓縮空氣進(jìn)入燃燒室 燃燒室：燃料燃燒，形成燃?xì)?燃?xì)廨啓C(jī) ：高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械能輸出,1-螺旋槳；2-減速齒輪裝置；3-壓氣機(jī)；4-燃燒室； 5-燃?xì)廨啓C(jī)；6-聯(lián)軸器；7-啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),優(yōu)點(diǎn) 機(jī)組質(zhì)量尺寸指標(biāo)小 機(jī)動(dòng)性好，從冷態(tài)啟動(dòng)至全負(fù)荷時(shí)間，一般為l2min，大功率復(fù)雜線路的燃?xì)廨啓C(jī)裝置只需35min 缺點(diǎn) 工作可靠性較差，壽命短（如燃?xì)獬鯗卦?

4、50以上的燃?xì)廨啓C(jī)，壽命僅500103h） 葉片材料合金鋼昂貴 燃?xì)獾母邷?布置困難 燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)空氣流量很大，進(jìn)、排汽管道尺寸膨大,聯(lián)合動(dòng)力裝置 產(chǎn)生背景 全航速時(shí)要求功率大、航速快、機(jī)動(dòng)性能好，只占2%總航行時(shí)間 巡航時(shí)要求經(jīng)濟(jì)性高，,功率= 14全功率，占80%總航行時(shí)間 矛盾，國(guó)外50年代開(kāi)始發(fā)展聯(lián)合動(dòng)力裝 降低20裝置質(zhì)量，續(xù)航力能提高25,聯(lián)合動(dòng)力裝置： 用一種形式的動(dòng)力裝置完成巡航航行，滿足經(jīng)濟(jì)性要求；用另一種形式的動(dòng)力裝置（或兩者共同）完成全航速航行，滿足大功率要求 三種聯(lián)合動(dòng)力裝置 汽輪機(jī)+燃?xì)廨啓C(jī)：功率較大的輕型艦艇，不多用 燃?xì)廨啓C(jī)+燃?xì)廨啓C(jī)：功率大，重量尺寸小，經(jīng)濟(jì)性

5、好，廣泛應(yīng)用于各國(guó)驅(qū)逐艦 柴油機(jī)+燃?xì)廨啓C(jī)：經(jīng)濟(jì)性好，功率范圍大，重量尺寸小，廣泛應(yīng)用于各國(guó)護(hù)衛(wèi)艦等；在某些大型軍艦上也有（如泰國(guó)輕型航母）,缺點(diǎn)： 不同的燃料、備件儲(chǔ)備較復(fù)雜； 共同使用主減速器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜； 機(jī)組不同類(lèi)型，布置難度增加,核動(dòng)力裝置 工作原理： 原子核裂變產(chǎn)生巨大熱能加熱工質(zhì)（蒸汽或燃?xì)猓┩苿?dòng)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)工作 現(xiàn)有的核動(dòng)力艦艇或核電站，幾乎全部采用壓力水型的反應(yīng)堆,核反應(yīng)堆1 反應(yīng)堆芯2 控制箱3蒸器發(fā)生器5（熱交換器） 高壓汽輪機(jī)6 低汽輪機(jī)7 輔汽輪機(jī)8 主冷凝器9 輔冷凝器10 主給水泵11 減速器12 螺旋槳13 穩(wěn)壓筒14,核動(dòng)力裝置,能量傳遞 功率控制 控制棒插

6、入反應(yīng)堆的深度和速度改變堆芯內(nèi)的中子數(shù)目輸出功率,核反應(yīng),壓力水 （第一回路）,熱交換器,水蒸汽汽輪機(jī)螺旋槳 輔汽輪機(jī)發(fā)電機(jī) （第二回路）,優(yōu)點(diǎn) 消耗極少的燃料、釋放出巨大的能量，可保證船舶以極較高的航速航行極遠(yuǎn)的距離，如1.1104kw核動(dòng)力裝置工作一晝夜僅消耗核燃料1518g. 能發(fā)出極大的功率 不消耗空氣而獲得熱能 不需要進(jìn)、排氣裝置 潛艇，能長(zhǎng)期隱蔽在深水中，不易被敵艦發(fā)現(xiàn),大大提高了潛艇的戰(zhàn)斗力 水面艦艇不需要進(jìn)、排氣口，沒(méi)有煙囪，減少甲板開(kāi)口，能減少敵人觀察器材和熱反應(yīng)器材的發(fā)現(xiàn)，避免紅外線自導(dǎo)武器命中的危險(xiǎn)性,缺點(diǎn) 核動(dòng)力裝置的重量尺寸較大。屏蔽系統(tǒng)質(zhì)量大 操縱管理檢查系較復(fù)雜

7、價(jià)格昂貴,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 19 ,1.柴油機(jī)的基本工作過(guò)程,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,二、四沖程柴油機(jī)的工作原理,()進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣五個(gè)過(guò)程。這五個(gè)過(guò)程既為柴油機(jī)的一個(gè)基本工作循環(huán)。四沖程柴油機(jī)是指柴油機(jī)的一個(gè)基本工作循環(huán)是由四個(gè)沖程完成。,2.基本結(jié)構(gòu),活塞頂部在氣缸中運(yùn)動(dòng)達(dá)到的氣缸最上位置稱(chēng)為上止點(diǎn)(TDC)。,活塞運(yùn)動(dòng)達(dá)到的氣缸最下位置稱(chēng)為下止點(diǎn)(BDC)。,活塞從上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)，或從下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)稱(chēng)為一個(gè)沖程(Stroke)。,S=2R S:沖程，R：曲柄半徑,輪機(jī)概論,Introduction

8、to Marine Engineering, 20 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,Wrtsil 6L38,Cylinder head,Crankshaft,Cylinder,Piston,Connecting rod,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 21 ,3.工作原理(),第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,(1)進(jìn)氣沖程(Inlet stroke)：活塞從上止點(diǎn)下行，進(jìn)氣閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，新鮮空氣進(jìn)入氣缸。進(jìn)氣閥在上止點(diǎn)前打開(kāi)，下止點(diǎn)后關(guān)閉，進(jìn)氣持續(xù)220-250曲軸轉(zhuǎn)角。,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineer

9、ing, 22 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,(2)壓縮沖程(Compression stroke)：活塞從上止點(diǎn)上行，進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥關(guān)閉。氣缸內(nèi)空氣被壓縮，壓力3-6MPa，溫度600-700C。壓縮后期噴油器噴油，燃油與空氣混合、加熱、自行發(fā)火燃燒。壓縮過(guò)程持續(xù)140-160曲軸轉(zhuǎn)角。,3.工作原理(),輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 23 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,(3)膨脹沖程(Expansion stroke)：燃油猛烈燃燒，氣缸內(nèi)燃?xì)鈮毫?-8MPa，溫度1400-1800C。高溫高壓的燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞下行做功。膨脹過(guò)程在排

10、氣閥開(kāi)啟時(shí)結(jié)束。該行程持續(xù)120-140曲軸轉(zhuǎn)角。,3.工作原理(),輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 24 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,(4)排氣沖程(Exhaust stroke)：進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥打開(kāi)。圖中5-下止點(diǎn)，活塞下行，廢氣靠壓差排出。活塞自下止點(diǎn)上行，廢氣被活塞排出氣缸。排氣閥在上止點(diǎn)后關(guān)閉。該行程持續(xù)230-260曲軸轉(zhuǎn)角。,3.工作原理(),輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 25 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,四沖程柴油機(jī)：一個(gè)工作循環(huán)，曲柄兩轉(zhuǎn)，四個(gè)沖程。,4-s engi

11、ne: 1 cycle, 2 crank revolutions, 4 strokes.,3.工作原理(),輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 26 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,氣閥正時(shí)圓圖,正時(shí)(Timing)：()進(jìn)排氣閥在上、下止點(diǎn)前后的啟閉時(shí)刻叫做氣閥正時(shí)，用曲柄轉(zhuǎn)角表示氣閥正時(shí)的圓圖叫做氣閥正時(shí)圓圖。,進(jìn)、排氣閥開(kāi)啟大于180曲柄轉(zhuǎn)角。,進(jìn)氣閥：上止點(diǎn)前打開(kāi)，下止點(diǎn)后關(guān)閉。,氣閥重疊角(Angle of valve overlap)：進(jìn)氣閥和排氣閥在上止點(diǎn)前后的一段時(shí)間內(nèi)是同時(shí)開(kāi)啟的，這個(gè)同時(shí)開(kāi)啟的曲柄轉(zhuǎn)角稱(chēng)為氣閥重疊角。,4.氣閥正時(shí)

12、,排氣閥：下止點(diǎn)前打開(kāi)，上止點(diǎn)后關(guān)閉。,目的：充分進(jìn)新氣。,目的：少耗功，充分排廢氣。,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 27 ,三、二沖程柴油機(jī)工作原理,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,二沖程柴油機(jī)把一個(gè)工作循環(huán)的五個(gè)過(guò)程在兩個(gè)沖程內(nèi)完成。需設(shè)掃氣泵或鼓風(fēng)機(jī)提高進(jìn)氣壓力。,1.換氣 壓縮沖程,2.膨脹換氣沖程,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 28 ,四、二沖程柴油機(jī)的換氣,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,1. 換氣過(guò)程的特點(diǎn),(1)換氣過(guò)程只占沖程的一部分，不大于130-150曲柄轉(zhuǎn)角。,(2)新鮮空氣

13、和廢氣摻混，使部分新鮮空氣隨廢氣排出。,(3)進(jìn)氣沒(méi)有自吸能力，要靠掃氣泵或輔助鼓風(fēng)機(jī)。,2. 換氣過(guò)程,I：自由排氣。,：強(qiáng)制排氣和掃氣。,：過(guò)后排氣。,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 29 ,3.基本換氣形式,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,換氣過(guò)程：()以新鮮空氣驅(qū)趕并置換廢氣的過(guò)程。,橫流掃氣 (Cross/transverse scavenging),直流掃氣 (Uniflow scavenging),輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 30 ,四沖程(4S)、二沖程(2S)柴油機(jī)對(duì)比(),第

14、二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,1.1個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，4S機(jī)曲柄轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，2S機(jī)曲柄轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)。,2.相同工作條件下，2S機(jī)功率約為4S機(jī)的1.6-1.7倍。,3.2S機(jī)比4S機(jī)回轉(zhuǎn)均勻。,4.2S機(jī)比4S機(jī)換氣質(zhì)量差。,5.2S機(jī)比4S機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便。,6.2S機(jī)可以使用劣質(zhì)燃油，動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性好。,7.2S機(jī)用作主機(jī)，4S機(jī)可用作主機(jī)或發(fā)電柴油機(jī)。,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 31 ,五、柴油機(jī)的增壓,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,1.增壓的基本概念,增壓：()就是提高柴油機(jī)氣缸進(jìn)氣空氣的壓力，使空氣密度增加，從而增加進(jìn)入氣缸的空氣量。進(jìn)氣量的增加

15、就可以相應(yīng)增加噴入氣缸的燃油量，也就使得在氣缸結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn)速等條件不變的情況下，提高柴油機(jī)功率。,2.增壓的三種形式,(1)機(jī)械增壓：直接用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。,(2)廢氣增壓：()利用柴油機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，由渦輪機(jī)帶動(dòng)壓氣機(jī)再增壓?？梢曰厥詹糠謴U氣能量，提高經(jīng)濟(jì)性。,(3)復(fù)合增壓：是上兩種方式的結(jié)合。,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 32 ,2.廢氣渦輪增壓的基本形式,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,定壓渦輪增壓：進(jìn)入渦輪增壓器的廢氣壓力基本穩(wěn)定。氣缸的排氣管連接到排氣總管，渦輪則裝在排氣總管之后。,Cylinder,Turbocharger,E

16、xhaust main,渦輪工作穩(wěn)定、效率高。,需設(shè)輔助鼓風(fēng)機(jī)/泵(Auxiliary blower)，低負(fù)荷或剛起動(dòng)時(shí)(進(jìn)出港、狹窄航道、江河)起動(dòng)。,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 33 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,脈沖增壓：氣缸排氣經(jīng)過(guò)直接與一個(gè)或幾個(gè)廢氣渦輪相連。,充分利用定壓能和脈沖能。,可不設(shè)輔助鼓風(fēng)機(jī)/泵。,Cylinder,Turbocharger,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 34 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,Rotator,Compressor blade,Turbin

17、e blade,Compressor,Turbine,廢氣渦輪增壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)增壓器、透平、T/C）,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 35 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,廢氣渦輪增壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)增壓器、透平、T/C）,Turbocharger of M/V Yulong,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 36 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,廢氣渦輪增壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)增壓器、透平、T/C）,Turbocharger of M/V Yukun,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineer

18、ing, 37 ,3.增壓器的喘振,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,(1)喘振現(xiàn)象(Surge of turbocharger) (),當(dāng)壓器的壓氣機(jī)在工作時(shí)，由于工況的偏離造成氣流產(chǎn)生強(qiáng)烈脈動(dòng)，并有氣體倒流，從而引起壓氣機(jī)工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓氣機(jī)振動(dòng)，并發(fā)出異常聲響的現(xiàn)象。,(2)喘振原因(),根本上是由于壓氣機(jī)的實(shí)際流量小于該轉(zhuǎn)速下引起喘振的限制流量，造成氣流與葉片的強(qiáng)烈撞擊與脫離。,氣流通道堵塞。,增壓器和柴油機(jī)的運(yùn)行失配。*該項(xiàng)下頁(yè)詳述*,環(huán)境溫度變化。,各缸負(fù)荷嚴(yán)重不均。,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 38 ,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,

19、增壓器和柴油機(jī)的運(yùn)行失配。*接上頁(yè)*,The end of section 1,船舶滿載、頂風(fēng)、污底時(shí)阻力增加，主機(jī)負(fù)荷加大，柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷下運(yùn)行易喘振，可降低油門(mén)消除。,在風(fēng)浪天氣發(fā)生飛車(chē)時(shí)，并聯(lián)和串聯(lián)增壓系統(tǒng)會(huì)發(fā)生喘振。單獨(dú)增壓系統(tǒng)，螺旋槳入水時(shí)也會(huì)喘振。,操作不當(dāng)，會(huì)造成柴油機(jī)和增壓器的暫時(shí)失配而發(fā)生喘振。如高速下停車(chē)、主機(jī)急速降速、加速過(guò)快時(shí)易喘振。,輪機(jī)概論,Introduction to Marine Engineering, 39 ,第二節(jié) 柴油機(jī)的主要類(lèi)型和結(jié)構(gòu)實(shí)例,Section 2 Types and examples of diesel engine,第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置,一、柴油機(jī)的主要類(lèi)型,1.筒狀活塞和十字頭式柴油機(jī),筒狀活塞式,十字頭式,輪機(jī)概論,Introduct