(船舶与海洋工程概论)05第六章 船舶动力装置

船舶工程概论
第六章 船舶动力装置
6.1 船舶动力装置
船舶动力装置是为保证船舶正常营运而设置的动 力设备，是为船舶提供各种能量和使用这些能量， 以保证船舶正常航行，人员正常生活，完成各种 作业。船舶动力装置是各种能量的产生、传递、 消耗的全部机械、设备，它是船舶的一个重要组 成部分。 船舶动力装置包括三个主要部分：主动力装 置、辅助动力装置、其他辅机和设备。它有船舶 “心脏”之称。
6.2推进装置
推进装置是指发出一定功率、经传动设 备和轴系带动螺旋浆, 推动船舶并保证 以一定航速前进的设备。它是船舶动力 装置中最重要的组成部分, 包括:
(1)主机。主机是指推动船舶航行的动 力机。如柴油机、汽轮机、燃气轮机等。
(2)传动设备。传动设备的功用是隔开 或接通主机传递给传动轴和推进器的功 率; 同时还可使后者达到减速、反向和 减振的目的。其设备包括离合器、减速 齿轮箱和联轴器等。
EEDI
新造船能效设计指数EEDI是衡量船舶能效 水平的一个指标，简单地说，EEDI公式是 根据排放量和货运能力的比值来表示船舶 的能效，其分母表示船舶在规定的船速 （Vref）下与载货量（capacity）之乘 积，而分子可概括为两部分，第一部份为 主辅机的功率与所消耗燃油之乘积，第二 部份为采用新的节能技术减少燃油消耗所 带来的船舶能效的提高部分。
21世纪的帆船
风能在航海上人们已经开发利 用了几千年最为便捷。尤其是 计算机技术的飞跃发展，和纳 米材料研制的日趋成熟为打造 新一代风帆船奠定了基础。
20世纪70年代末，日本工程师应用计算机技术 研制了一艘能自动调整风帆的机帆船，这艘被 命名为“爱德丸”号的新概念船舶，于1980年 11月首航中国。
船舶推进器
汽船安装上螺旋桨后， 船舶行进速度得到了极 大的提高。螺旋桨这项 技术发明在船舶推进系 统中的应用，一直延用 到今天
推动船舶前进的机构。它是把自然力、人力或机械能转换 成船舶推力的能量转换器。推进器按作用方式可分为主动 式和反应式两类。靠人力或风力驱船前进的纤、帆等为主 动式，桨、橹、明轮、喷水推进器、螺旋桨等为反应式。 现代运输船舶大多采用反应式推进器，应用最广的是螺旋
E核动力装置
以反应堆代替普通燃料来产生蒸汽的汽轮机装置。反应堆中核裂变产生的 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。 核动力装置主要用于大型军舰和潜艇。1959年美国在客货船“萨凡那” 号上试用功率 20000马力核动力装置成功；1960年苏联在破冰船“列宁” 号上采用核动力装置,功率44000马力。此后，联邦德国和日本也分别建造 了核动力商船。这些船在试航一段时间后，出于法律和民意上的原因停驶。 人们担心放射性物质污染航道、港口和城市环境，因此很多港口拒绝核动力 船进港。对核燃料使用后的核废料也还缺乏妥善处理办法。目前这些民用核
6.3 船舶燃料与减排
核动力商船大有可为 21世纪的帆船 太阳能动力船 探索磁能动力 海洋再生能源
2.3 船舶燃料
第二次世界大战以后内燃机在运输船舶 已经普及，300年来，人类耗费掉了无 数的燃烧化石燃料，人们已经开始警觉 燃料的消耗和废气的排放量。所以核能、 风能、电能、磁能、海流和太阳能都有 可能成为21世纪船舶动力的新能源。
桨。
不同推进器的特点
推进器
优
缺

用
螺旋桨
简单可靠 空泡 广泛采用
喷水式推进器 无船外伸出 成本高 高速船舶
(泵式,水动力式)
桨
人力 推力不稳 小船
帆
自然力 无风时不能用 体育娱乐
船舶自然力推进技术
顺风 在船舶重心位置撑起主帆，船首扬一张较小 的三角帆，两帆从不同舷侧伸出成蝴蝶状 偏顺风和横风时 根据空气动力学原理从某一角度 吹向帆面的侧向风 如果目的地位于偏顶风方向，船只可以通过走 “Z”型路线
目前为止磁力航海愿望的 实现，有赖于物理学、地 磁学、材料学和生命科学 等基础科学获得重大突破。
船舶自然力推进技术
蒸汽机发明以前船舶前进的动力为篙、桨、橹、 帆等非机动力，我们称之为“自然力”。
为加大划水力量，人们将船桨改成了长长的阔 叶桨。划桨时保持浆叶在水中来回划动而不出 水，大大提高行船的速度。这是一种我国特有 的船桨，称作为橹。
(3)船舶轴系。船舶轴系用来将主机的 功率传递给推进器。它包括传动轴、轴 承和密封件等。
(4)推进器。推进器是能量转换设备。 它是将主机发出的能量转换成船舶推力 的设备。如螺旋桨、明轮和喷水推进器 等。
大型船舶动力推进系统主要由 动力源、连接装置、曲轴和螺 旋桨构成。动力源可以由蒸汽 往复机、蒸汽轮机、、内燃机、 燃汽轮机甚至电动机提供。
IMO环保委员会（MEPC）第56次会议成立的温室气体通信组 （GHG）在审议工作中认为，从新造船的设计上入手则可采取技术 性措施,如发动机优化、船型优化、使用节能技术等，比较容易实现 和控制减排目标，而且这是一种长期有效的措施。
在MEPC第58次会议上，巴西提议将“设计指数”改为“能效设计指 数”（即energy efficiency design index，简称EEDI）。大会同 意：将“新造船CO2 设计指数”和“船舶CO2 营运指数”，更名 为“新造船能效设计指数EEDI” 和“船舶能效营运指数DDOI”。
舟楫使用风帆，利用大自然赐予的风力推船行 进，减轻了船民撑篙、划浆和摇橹的劳动强度， 但要受自然条件的影响。
EEDI
国际贸易的快速发展推动着船舶日益大型化，船舶功率也随之加大。 快速攀升的大型船舶，犹如一座座工厂在大海上航行并排放大量二氧 化碳。
1997年国际船舶防污染公约(MARPOL公约)缔约国大会上，国际 海事组织(IMO)通过了一项决议：与联合国气候变化框架公约 (UNFCCC)合作，研究船舶排放问题。
核动力商船大有可为
核能具有惊人的效率，现 在的核动力船舶采用核裂 变反应释放的巨大热能， 通过热交换器产生蒸汽， 转动蒸汽轮机。
1959年，前苏联第 一艘民用核动力破 冰船“列宁”号建 成
海洋再生能源
浩瀚无垠的大海，拥有巨大的再生能源。利用 波浪发电，最关键的问题是把不规则运动的波 浪能量收集起来，并转换成机械能，再由运动 的机械带动发电机运转发出电来。 我国，波浪资源 也很丰富，目前 开发出一些小型 波能发电装置， 用于航标灯、浮 标等导航设备。
动力船都已改装为常规动力装置船。
6.1.2船舶动力装置-辅助动力装置
辅助动力装置是用于提供除推进装置以外的各种能量，供 船舶航行、作业和生活需要的装置，包括为全船提供电力、 照明和其他动力的装置，如发电机组、副锅炉等。 发电机组是船上最重要的辅助动力装置。蒸汽机船上 的发电机组由蒸汽机驱动（有时用小型汽轮机驱动），但 容量较小，以供照明电源为主。在汽轮机船上，发电机组 由汽轮机驱动，为全船电气设备提供电源。这种汽轮发电 机组大部已系列化，容量从500千瓦到2500千瓦不等,可 以自由选择。在柴油机船上，有2～3台发电机组，由单独 设置的中速或高速柴油机驱动。容量据全船电动机械设备 的数量确定，普遍采用400伏三相交流电,频率有50赫兹 和60赫兹两种。副锅炉在蒸汽机船和汽轮机船上是供停泊 时使用，在柴油机船上供平时取暖和加热用。柴油机船上 的副锅炉的燃料可以是燃油，也可以利用柴油机排出的废 气所产生的蒸汽。除发电机组和副锅炉外，由于现代船上 液压机械设备的驱动需要，还设有液压动力装置，其主要 部件为液压油泵，可以用电动机或单独的柴油机驱动。
太阳能动力船
太阳能的局限性主要在于太阳能板性能和电力 储存二大因素。目前，科学家研制的嫁-砷太 阳能电池板，为了能使船舶在太阳光照不够的 情况下也能继续行驶，设计师为无电刷直流马 达配备了锂电池作为电源储存器。
探索磁能动力
若单磁极物质能独立存在，只要使钢质船舶 感应上单磁性，在地球大磁场中异性吸力的 作用下，船舶就能够在控制系统的干预下应 用磁动力驶抵目的港。
船舶动力装置-其他辅机和设备
随着运输船舶性能上的不断完善，船上的辅机和设备也日趋复杂,最 基本的有： 船舶甲板机械，有舵机、锚机、起货机等辅助机械。这些机械在 蒸汽机船上用蒸汽作为动力，在柴油机船上先是采用电动，现多数已 改用液压驱动。 各种管路系统，有为全船供应海水和淡水的供水系统；为调节船 舶压载用的压载水系统；为排除舱底积水用的舱底水排出系统；为全 船提供压缩空气用的压缩空气系统；为灭火用的消防系统等等。这些 系统所采用的设备如泵和压缩机等绝大部分是电动的，并能自动控制。 机舱自动化设备，用于保证实现动力装置远距离操纵与集中控制， 以改善工作条件，提高工作效率。机舱自动化设备包括有自动控制与 调节系统，自动操纵系统，集中监测系统。 全船系统，用于保证船舶生命力和安全，为船员和旅客生活服务 的取暖、空调、通风、冷藏等系统。这些系统一般都自动调节和控制。
6.2船舶动力装置的组成
1、推进装置 1）主发动机：柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机
和核动力装置 2）主锅炉 3）推进器：螺旋桨推进器和喷水推进器 4）传动设备：减速器、离合器和轴系等 2、辅助装置 1）发电机组 2）辅助锅炉 3）压缩空气系统
B汽轮机动力装置
1896年，英国人C.帕森成功地将他发明的汽轮机作为推进动力机应 用于一艘快艇上，试航速度达每小时34.5海里。此后汽轮机广泛用于 大功率船上。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。 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。