船舶動力裝置概述

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項(xiàng)目：緒論能力目標(biāo)：掌握船舶動力裝置的含義；掌握掌握輪機(jī)安裝工藝流程的制訂。知識目標(biāo)：掌握船舶動力裝置的含義、組成；掌握船舶動力裝置的類型及特點(diǎn)；掌握船舶動力裝置在船上安裝的特點(diǎn)、工藝流程和規(guī)程的制訂流程。 本課程的目的和任務(wù)目的：培養(yǎng)船舶動力裝置專業(yè)工程技術(shù)人才。任務(wù)：系統(tǒng)介紹船舶動力裝置設(shè)計(jì)原則和安裝工藝；培養(yǎng)學(xué)員具有船舶動力裝置原理詳細(xì)設(shè)計(jì)和編制安裝工藝規(guī)程及進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)的能力。本課程是輪機(jī)專業(yè)的核心專業(yè)課之一。具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)必須具有一定的感性知識，要注意理論結(jié)合實(shí)際，在學(xué)習(xí)過程中不能一成不變地對待某些設(shè)計(jì)原則和工藝方法。主要是掌握一些基本原理、原則和一些基本的技術(shù)要求，以解決動力裝置設(shè)計(jì)好安裝中的實(shí)際問題。 本課程的教學(xué)參考書《民用船舶動力裝置》，商圣義，人民交通出版社；《船舶動力裝置安裝工藝學(xué)》，陸金銘，國防工業(yè)出版社；《船舶建造質(zhì)量檢驗(yàn)》，陸俊岫，哈爾濱工程大學(xué)出版社；《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》，國防工業(yè)出版社；《船舶建造工藝學(xué)》，徐兆康，人民交通出版社；船舶建造規(guī)范（任選）船體結(jié)構(gòu)、船舶軸系舵系、船體裝配工藝學(xué)、五金手冊、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 ㈠艦船動力裝置的含義保證船舶正常航行、作業(yè)、停泊以及船員、旅客正常生活所必需的的機(jī)械設(shè)備的綜合體?？梢哉f船舶動力裝置包括船上所有的機(jī)械設(shè)備。 ㈡艦船動力裝置的組成 ⒈推進(jìn)裝置主機(jī)：產(chǎn)生推進(jìn)動力的原動機(jī)。后傳動裝置：主機(jī)與軸系的連接裝置。作用：合、并車，離合，倒順，減速，隔振及調(diào)節(jié)推進(jìn)裝置的布置等等。離合器、減速箱、聯(lián)軸器軸系：將主機(jī)發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，同時(shí)將槳旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的軸向推力傳給船體以推動船舶前進(jìn)。傳動軸、軸承、密封件推進(jìn)器：將主機(jī)發(fā)出的能量轉(zhuǎn)換為推力的設(shè)備，如螺旋槳等。 ⒉輔助動力裝置提供推進(jìn)動力以外的各種能源。船舶電站：供給輔助機(jī)械及全船所需要的電能，它由發(fā)電機(jī)、配電板及其它電氣設(shè)備組成。輔助鍋爐裝置：民用船舶一般用它產(chǎn)生低壓蒸汽，以滿足加熱、取暖及其它生活需要。它由輔助鍋爐及為它服務(wù)的燃油、給水、鼓風(fēng)、送汽設(shè)備及管路、閥件組成。 ⒊船舶管路系統(tǒng)血管船舶為了完成一定任務(wù)而專門用來輸送和排出液體或氣體的管路、附件、機(jī)械設(shè)備和儀表的總稱。它包括動力管路和船舶管路。動力管系：主要用來為主機(jī)和輔助機(jī)械服務(wù)的管路。如：燃油、滑油、冷卻水、壓縮空氣、排氣及廢氣利用管路。船舶系統(tǒng)：為保證船舶安全及船員和旅客的正常生活所需的系統(tǒng)。 ⒋船舶甲板機(jī)械保證船舶航向、停泊及裝卸貨物所需要的機(jī)械設(shè)備。錨泊機(jī)械設(shè)備：包括錨機(jī)、絞盤等。操舵機(jī)械設(shè)備：包括舵機(jī)及操作機(jī)械、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。起重機(jī)械設(shè)備：如起貨機(jī)、吊艇機(jī)及吊桿等設(shè)備。 ⒌機(jī)艙機(jī)械設(shè)備的遙控及自動化包括對主、輔機(jī)和有關(guān)機(jī)械設(shè)備等的遠(yuǎn)距離控制、船舶動力裝置參數(shù)及過程自動調(diào)節(jié)、檢測和警報(bào)系統(tǒng)等。 ㈢艦船動力裝置的類型及特點(diǎn)船舶動力裝置的類型一般以主機(jī)的結(jié)構(gòu)型式來命名。目前常見的有柴油機(jī)動力裝置、汽輪機(jī)動力裝置、燃?xì)廨啓C(jī)動力裝置、聯(lián)合動力裝置和核動力裝置等。 ⒈柴油機(jī)動力裝置廣泛應(yīng)用。目前以柴油機(jī)作為主機(jī)的船舶占98%以上，柴油機(jī)船總功率占造船總功率的90%以上。優(yōu)點(diǎn)：⑴有較高的經(jīng)濟(jì)性，在整個(gè)功率范圍內(nèi)燃油耗率較低，耗油率比蒸汽、燃?xì)鈩恿ρb置低得多。這一優(yōu)點(diǎn)使柴油機(jī)船的續(xù)航能力大大提高，換句話說，一定續(xù)航力下所需的燃油貯備量較小，從而使?fàn)I運(yùn)排水量相應(yīng)增加。運(yùn)行費(fèi)用也比較低。⑵在低轉(zhuǎn)速時(shí)有良好的扭矩特性，可用低質(zhì)燃油，空氣耗率低、排氣紅外輻射少。⑶重量輕，輔助設(shè)備較少，布置簡單，單位重量指標(biāo)較小。⑷具有良好的機(jī)動性，起動、加速、換向性能良好等。缺點(diǎn)：⑴柴油機(jī)尺寸和重量按功率比例增長快，因此單機(jī)組功率受到限制。⑵柴油機(jī)工作中的噪聲、振動較大。⑶高中速柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件磨損厲害。⑷柴油機(jī)在低速時(shí)穩(wěn)定性差，因此不能有較小的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，影響船舶的低速航行性能。 ⒉汽輪機(jī)動力裝置汽輪機(jī)動力裝置是由鍋爐、汽輪機(jī)、冷疑器、軸系、管系及其它有關(guān)機(jī)械設(shè)備等組成。其工作原理如圖1-2-1所示。圖中燃料在鍋爐1里燃燒，放出熱量，水在水管中吸熱，汽化成飽和蒸汽；飽和蒸汽在蒸汽過熱器2中吸熱成為過熱蒸汽，過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)4、5膨脹作功，使汽輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，再通過減速齒輪6帶動螺旋槳7工作。作過功的乏汽在冷凝器8中將熱量傳給冷卻水，同時(shí)本身凝結(jié)成水，然后由凝水泵10抽出，并經(jīng)給水泵11通過給水預(yù)熱器打入鍋爐中，從而形成一個(gè)工作循環(huán)。冷凝器的冷卻水用循環(huán)泵9由舷外打入，吸熱后又排至舷外。 在大功率船舶動力裝置中，汽輪機(jī)占有一定優(yōu)勢，統(tǒng)計(jì)資料表明，功率小于2×104kW的船舶，多采用柴油機(jī)動力裝置，而大于2×104kW的多采用汽輪機(jī)。高速客船、集裝箱船、大型油船以及大中型艦艇多采用汽輪機(jī)動力裝置。優(yōu)點(diǎn)：⑴單機(jī)功率遠(yuǎn)比活塞式發(fā)動機(jī)大?，F(xiàn)代艦用汽輪機(jī)的單機(jī)組功率已達(dá)75000kW以上⑵汽輪機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，無周期性擾動力，因此機(jī)組振動小，噪聲小。⑶磨損部件少，工作可靠性大，使用期限長，10萬小時(shí)以上。⑷可使用低質(zhì)燃油，滑油消耗率也很低。缺點(diǎn)：⑴裝置總重量、尺寸大。⑵燃油消耗大，裝置效率差，經(jīng)濟(jì)性較柴油機(jī)動力裝置差。⑶備車時(shí)間長，機(jī)動性差。另外，從一個(gè)工況變換到另一個(gè)工況的過渡時(shí)間也較柴油機(jī)裝置長2～3倍。⑷不能倒轉(zhuǎn)，需設(shè)倒車汽輪機(jī)或倒車級（空轉(zhuǎn)） ⒊燃?xì)廨啓C(jī)動力裝置燃?xì)廨啓C(jī)是在1947年開始應(yīng)用于船舶，而得到迅速發(fā)展則在50年代后期。并且，船用燃?xì)廨啓C(jī)主要用于軍艦。從70年代起，英、美建造的大小型水面艦艇（除航空母艦外）絕大多數(shù)都是采用燃?xì)廨啓C(jī)作為推進(jìn)動力的。 船用燃?xì)廨啓C(jī)的組成和工作原理船用燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和燃燒室組成。工作原理與汽輪機(jī)相似，只是在作功的工質(zhì)方面有所不同。汽輪機(jī)中使用的燃料是在鍋爐內(nèi)燃燒，使鍋爐中的水加熱產(chǎn)生蒸汽，推動葉輪作功；而燃?xì)廨啓C(jī)則利用燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，所產(chǎn)生的燃?xì)馔苿尤~輪作功。其工作原理如圖1-2-2所示：供燃料燃燒的空氣首先進(jìn)入壓氣機(jī)，經(jīng)壓縮后溫度升高到100～200℃左右，然后再送到燃燒室(即燃?xì)獍l(fā)生器)中去。與此同時(shí)，燃料通過噴油嘴噴入燃燒室，與高溫高壓的空氣混合后經(jīng)點(diǎn)火即進(jìn)行燃燒，這時(shí)溫度可高達(dá)2000℃左右。一般用滲入壓縮空氣的方法，也即二次進(jìn)風(fēng)的方法降低燃?xì)鉁囟戎?00～700℃。燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，在葉片槽道內(nèi)膨脹，將其動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，使燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動壓氣機(jī)，隨后通過減速齒輪帶動螺旋槳工作。裝置的起動依靠電動機(jī)，電動機(jī)通過聯(lián)軸器與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)接。 1螺旋槳、2減速齒輪、3壓氣機(jī)、4燃燒室、5燃?xì)廨啓C(jī)、6聯(lián)軸器、7-起動電動機(jī) 船用燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：⑴單位功率的重量、尺寸極小。加速用燃?xì)廨啓C(jī)裝置的單位重量可達(dá)0.65～1.3kg/kw，全工況用燃?xì)鈾C(jī)裝置為2～4kg/kw。機(jī)組功率也較大，復(fù)雜線路的燃?xì)廨啓C(jī)裝置機(jī)組功率可達(dá)60000kW。⑵良好的機(jī)動性。⑶燃料消耗率不及柴油機(jī)，但也達(dá)到200~390g/(KW·h)，低負(fù)荷時(shí)經(jīng)濟(jì)性的惡化比汽輪機(jī)影響為小。缺點(diǎn)：⑴主機(jī)沒有反轉(zhuǎn)性，必須設(shè)專門的倒車設(shè)備。⑵必須借助于啟動馬達(dá)或其它啟動機(jī)械啟動。⑶由于燃?xì)獾母邷兀ㄈ細(xì)鉁囟?00～800℃以上），葉片材料用的合金鋼昂貴，工作可靠性較差，壽命短。⑷由于燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)空氣流量很大，因此進(jìn)排氣管道尺寸大，艙內(nèi)布置困難，甲板上較大的管道通過切口，影響船體強(qiáng)度。 ⒋核動力裝置艦用蒸汽輪機(jī)動力裝置是由鍋爐提供蒸汽，艦艇核動力裝置就是用核反應(yīng)堆代替燃燒重油的蒸汽鍋爐，核動力裝置的第二回路也是蒸汽輪機(jī)動力裝置。優(yōu)點(diǎn)：⑴具有極大的能量貯備，在限定艙室空間所能提供的能量比其它型式的動力裝置大得多；⑶不需要消耗空氣而獲得熱能。缺點(diǎn)：⑴重量尺寸較大；⑵操縱管理檢查系統(tǒng)比較復(fù)雜；⑶造價(jià)昂貴。 ⒌船舶聯(lián)合動力裝置由兩臺或兩臺以上不同類型的熱力發(fā)動機(jī)如燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)、柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)和汽輪機(jī)、核動力和燃?xì)廨啓C(jī)，或不同型號的兩臺或兩臺以上的燃?xì)廨啓C(jī)供船舶推進(jìn)和其它船舶設(shè)備所必需的能源，或只供船舶推進(jìn)所需能源的裝置稱為船舶聯(lián)合動力裝置。按照不同發(fā)動機(jī)熱力學(xué)上有無聯(lián)系，聯(lián)合動力裝置分成有聯(lián)系的經(jīng)濟(jì)型和無聯(lián)系的加速型兩大類。目前最常用有三種：即汽輪機(jī)+加速燃?xì)廨啓C(jī)，柴油機(jī)+加速燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)+加速燃?xì)廨啓C(jī)。 船舶聯(lián)合動力裝置的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①重量尺寸小（重量很輕的燃?xì)廨啓C(jī)提供大部分功率），一定排水量下可提高航速或增加配置功率。②操縱方便，備車迅速。③自巡航到全速工況加速迅速，可立刻發(fā)出全功率。④兩個(gè)機(jī)組共同使用一個(gè)減速器，具有多機(jī)并車的可靠性。⑤管理與維修費(fèi)用較低。⑥加速和巡航裝置彼此獨(dú)立，互為備份，提高了可靠性。⑦耗油率低。缺點(diǎn)：①必須配備適用不同機(jī)種的燃料及相應(yīng)的管路及貯存設(shè)備，不同類型燃料的貯存比例會影響艦艇戰(zhàn)術(shù)性能。②共同使用一個(gè)主減速器，小齒輪數(shù)目多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。③兩種不同類型機(jī)組在減速器周圍布置上有一定難度。 ㈣艦船動力裝置的基本特性指標(biāo)動力裝置的基本特性指標(biāo)是指技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和性能指標(biāo)。⒈技術(shù)指標(biāo)：是標(biāo)志動力裝置的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)。主要指下列幾個(gè)指標(biāo)：功率指標(biāo)、重量指標(biāo)、尺寸指標(biāo)（包括面積飽和度KS：單位機(jī)艙面積所分配的主機(jī)有效功率，KS=Pb/S；容積飽和度KV）；⒉經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：有燃料消耗率、熱效率ηe等 艦船動力裝置的性能指標(biāo)可靠性：可用船舶動力裝置在使用階段的故障發(fā)生率和因此而發(fā)生的停航時(shí)間來考核。機(jī)動性：指裝置中的各種機(jī)器設(shè)備，改變工況時(shí)的工作性能。如：起動準(zhǔn)備時(shí)間、換向時(shí)間、低速航行，停車時(shí)間等等。振動和噪聲的控制：振動對設(shè)備的損害，噪聲影響輪機(jī)人員的身體健康。主機(jī)遙控和機(jī)艙自動化：這兩者是改善船員勞動條件和提高船舶生產(chǎn)能力的重要措施，也是衡量一艘船現(xiàn)代化程度的標(biāo)志。動力性和配合性能：指柴油機(jī)動力的發(fā)揮和利用情況及與螺旋槳的配合性能。 對船舶動力裝置的要求⒈機(jī)電設(shè)備安全可靠⒉提高船舶動力裝置的經(jīng)濟(jì)性：采用低質(zhì)廉價(jià)燃料等等⒊具有一定的續(xù)航力⒋具有良好的操縱性⒌主、輔機(jī)選型合理⒍其它⑴在不同工況下機(jī)槳配合要得當(dāng)；⑵具有相應(yīng)的主機(jī)遙控和機(jī)艙自動化的設(shè)施；⑶船舶的建造成本要低；⑷重量、尺寸要緊湊，機(jī)艙的面積和容積飽和度要合理；⑸檢測與維修管理應(yīng)方便；⑹所選用的各種機(jī)械設(shè)備及有關(guān)計(jì)算應(yīng)滿足船舶建造規(guī)范的要求。 ㈣船舶動力裝置設(shè)計(jì)動力裝置設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)。分為初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)和完工文件編制四個(gè)階段。邏輯過程如下：⑴建立目標(biāo)：為某船設(shè)計(jì)的船舶動力裝置，其燃料費(fèi)與初投資均較低，性能可靠優(yōu)良，符合設(shè)計(jì)任務(wù)書要求。⑵決定約束條件：既航速、航區(qū)、續(xù)航力、油種及船舶主尺寸的約束。⑶明確政策與制訂計(jì)劃：即明確國家規(guī)定的船舶入級與建造規(guī)范、防污染公約及其它有關(guān)法令、標(biāo)準(zhǔn)等，并在此基礎(chǔ)上制定工作計(jì)劃。⑷了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：對船舶動力裝置在可靠性、經(jīng)濟(jì)性及機(jī)動性等方面和船東的具體設(shè)計(jì)要求必須了解清楚。⑸方案選擇：對船舶動力裝置主機(jī)選型、傳動型式、軸系設(shè)計(jì)、電站配置、管系設(shè)備設(shè)計(jì)與機(jī)艙布置等進(jìn)行不同方案的論證、權(quán)衡與選擇比較。⑹最優(yōu)方案確定：從各技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)，參照船東要求，對各個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)選、最終確定最優(yōu)方案。⑺詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算：對整個(gè)選擇的最優(yōu)方案，進(jìn)行各部分內(nèi)容的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算。⑻分析評估：對整個(gè)設(shè)計(jì)從性能及各種指標(biāo)方面予以評估。如果滿意，就可投入力量進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，并且最終完成設(shè)計(jì)。 ㈥船舶動力裝置安裝⒈生產(chǎn)過程船舶的制造的生產(chǎn)過程包括原材料的運(yùn)輸、保管和生產(chǎn)準(zhǔn)備；毛坯制造；零件的機(jī)械加工和熱處理；部件的裝配和機(jī)械的總裝、檢驗(yàn)和試車；成品的油漆；船體分段和總段的裝配；機(jī)械、設(shè)備、管路電氣等裝船和船體涂裝等。船舶的生產(chǎn)過程由許多工廠協(xié)作分工完成。麻雀雖小，五臟俱全在這里不適用（產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本都難以保證）。船舶的生產(chǎn)過程又可分為若干車間的生產(chǎn)過程。某一車間所用的原材料（或半成品）可能是另一車間的成品，而它的成品又可能是其它車間的原材料（或半成品）。 ⒉安裝工藝過程機(jī)械設(shè)備總裝基座準(zhǔn)備吊運(yùn)定位主從動件校中試運(yùn)轉(zhuǎn)配緊固和定位螺栓基座鉆鉸孔主從動件連接配墊片驗(yàn)收 ⑴機(jī)爐艙內(nèi)完成大部分安裝工作，艙室擁擠，作業(yè)環(huán)境惡劣，只能采用小型機(jī)械化設(shè)備和工具，因此安裝工作的效率和質(zhì)量低劣。而且即使是采用高效率的機(jī)械化設(shè)備也不可能徹底改變安裝的生產(chǎn)效率；⑵舾裝件的種類繁多，作業(yè)程序復(fù)雜；⑶各工種同時(shí)施工進(jìn)行混合作業(yè)，既不安全又相互干擾；⑷工作場地分散，工序劃分不明確，容易造成錯亂及返工等情況面影響舾裝周期。船舶動力裝置的安裝在船舶建造中占有很大的比重。一般認(rèn)為，民用船舶約占船舶建造總勞動量的30%左右；艦艇約占40%～45%，所以改進(jìn)安裝工藝，對縮短船舶建造周期，提高安裝質(zhì)量、減輕勞動強(qiáng)度具有重大意義。⒊船舶動力裝置安裝工程的特點(diǎn) ⒋船舶動力裝置安裝工藝學(xué)指包括主機(jī)、輔機(jī)、軸系、設(shè)備和管路系統(tǒng)等整個(gè)動力裝置的部件及有關(guān)舾裝件在內(nèi)的全部安裝工程；采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)方法進(jìn)行安裝和調(diào)試，以達(dá)到提高生產(chǎn)率、降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、縮短造船周期為目的這樣一門綜合性的應(yīng)用科學(xué)。 ⒌輪機(jī)安裝工藝流程的制訂輪機(jī)安裝工藝流程取決于生產(chǎn)規(guī)模，安裝過程的勞動量和安裝件的結(jié)構(gòu)、重量等因素而定，一般是屬于自由移動式安裝，即安裝件從一個(gè)存放地點(diǎn)，吊運(yùn)到按機(jī)艙布置圖要求應(yīng)到位的坐標(biāo)位置上，并給予校中、連接、配墊、鉆鉸孔、緊固和驗(yàn)收等安裝順序，在每一安裝區(qū)域，均配備有專用工裝設(shè)備和量卡具等。根據(jù)被安裝件的安裝順序，不斷地將所需要的安裝件運(yùn)送到相應(yīng)的安裝位置，并使其定位和安裝完畢。這種安裝方式稱為船舶動力裝置安裝工藝流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖。流程圖能把所有力量都組織起來，像劃船一樣有節(jié)奏地加以使用，對工程的進(jìn)展能定量地、形象地進(jìn)行指揮，起著組織、協(xié)調(diào)、控制的作用?？傊诹鞒虉D上能比較直觀地看出各工序的主要或次要地位，它既能搶出速度又能相互配合，是目前指揮生產(chǎn)行之有效的措施。 ⒍編寫輪機(jī)安裝工藝規(guī)程的步驟分析研究安裝件的總裝圖，驗(yàn)收技術(shù)條件和零部件明細(xì)表；確定安裝的組織形式，即首制產(chǎn)品還是批量船，由此派生出相適應(yīng)的組織形式；確定各安裝件的科學(xué)排列順序；選擇和制作安裝工藝過程中所要用到的工裝設(shè)備和工、量，卡具；確定安裝質(zhì)量檢驗(yàn)的方法和標(biāo)準(zhǔn)；確定工人等級及工時(shí)定額；確定被安裝件位移時(shí)的吊運(yùn)方法；確定安裝操作指導(dǎo)卡；擬訂試驗(yàn)大綱。