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1、 第八章 船舶动力装置与电气设备 1船舶动力装置 船舶动力装置也称“轮机”。 船舶动力装置包括：推进装置主机经减速装置、传动轴 系以驱动推进器（螺旋桨是主要的型式）；为推进装置的运 行服务的辅助机械设备和系统，如燃油泵、滑油泵、冷却水 水泵、加热器、过滤器、冷却器等；船舶电站（发电机、配 电板等），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；其他辅助机械和设备，如锅炉、压气机(和空气瓶)、船 舶各系统的泵、起重机械设备、维修机床等（它们并不全是 为主机服务的）。通常把主机（及锅炉）以外的机械统称为 辅机。为保证船舶正常营运而设置的动力设
2、备。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。 一、主动力装置 在船上，把产生推进动力的原动机称为主机。为船舶提供 推进动力的主机及其附属设备，是全船的心脏。主动力装置 以主机类型命名。目前，主机主要有蒸汽机、汽轮机、柴油 机、燃气轮机和核动力装置等五类。现代运输船舶的主机以 柴油机为主，在数量上占绝对优势。蒸汽机曾经在船舶发展 史上起过重要作用，但目前几乎全被淘汰。汽轮机在大功率 船上长期占有优势，但也日益为柴油机所取代。燃气轮机用 于大吨位、高航速的商船及大、中型水面舰艇中；核动力装 置主要用于大、中型潜艇、破冰船及航空母舰。 在大、中型水面舰艇中，目前正向着联合动力
3、装置的方向 发展，即以柴油机或小型燃汽轮机作巡航机，大功率的燃汽 轮机作加速机，以提高舰艇的经济性和机动性。 近年来，动力装置向实现机舱自动化和远距离操纵发展， 以改善劳动条件，提高工作效率。 、汽轮机动力装置 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
4、 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180190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。 蒸汽从锅炉进入汽轮机膨胀作功，将蒸汽的热能转变为机械 能，经齿轮减速器和轴系驱动螺旋桨。蒸汽在汽轮机中膨胀 作功后排入凝汽器，被舷外水冷却而凝结成水，由凝水泵送 入给水预热器和除氧器中，再由锅炉
5、给水泵将给水经给水预 热器送回锅炉,重新在锅炉中受热蒸发成蒸汽,从而形成一个 闭合循环。为了提高循环效率，从汽轮机中抽出部分作过功 的蒸汽加热锅炉给水，即实现回热循环。民用船舶的汽轮机 动力装置均采用这种循环，给水预热级数已多至5级。军舰 经常在低负荷下运行,为简化设备和提高操纵性，一般仅用辅 机的二次蒸汽加热给水，而且预热级数也大大减少。 汽轮机动力装置一般采用水管锅炉，它比火管锅炉轻巧， 可使用较高的蒸汽参数，而且蒸发量大，能适应汽轮机的要 求，但对给水品质要求较高。为了除去溶于给水中的氧气和 减少锅炉的腐蚀，设有专门的除氧器。 在民用船舶中，除发电机和给水泵用辅助汽轮机驱动外， 其余辅机
6、大都用电动机驱动。而在军舰中，辅机一般由汽轮 机驱动。 汽轮机是高速旋转机械,为了保证螺旋桨的效率,通常采用齿 轮传动或电力传动。齿轮传动效率高、质量小、造价便宜， 但汽轮机要装设倒车，以获得倒航能力。大多数汽轮机船舶 采用这种传动。汽轮机电力传动一般只用于要求操纵性较好 的船舶。 汽轮机动力装置的特点是单机功率大，振动和噪声小，维 修费用低，但热效率较柴油机装置低，且设备多，主要用于 大型军舰、大型客船和油船上。采用再热循环和沸腾炉以降 低燃料消耗率，使用煤或混合燃料等，是汽轮机动力装置的 发展方向（见船用汽轮机）。 、柴油机动力装置 20世纪初，柴油机开始用于运输船舶。第一艘远洋柴油机船
7、是1912年丹麦建造的“锡兰迪亚”号，主机为两台四冲程八缸 柴油机，共1250马力，每分钟140转,直接驱动两个螺旋桨。 1914年柴油机船占全世界船舶总吨位0.5，到1940年上升为 20以上。 柴油机动力装置的最大优点是热效率高，燃料消耗明显 地低于蒸汽机动力装置。长期以来，柴油机动力装置有一系 列改进，主要有：20年代出现以机械喷油取代用压缩空气 喷油的方法；同一时期试制成废气涡轮增压器，提高了柴 油机的功率和性能；30年代开始燃烧重质柴油，降低了燃 料费用。早期柴油机的功率不大。第一次世界大战时期用于 商船的最大柴油机功率仅4000马力，第二次世界大战前,单机 功率达到20000马力。
8、现在低速柴油机单机功率已达50000马 力以上。 柴油机动力装置 以柴油机为主机的动力装置。它具有热效 率高、启动快、操纵方便、可直接倒车、结构紧凑等特点 ，是船舶上用得最多的一种动力装置。它的缺点是零部件 磨损较快，维修费用高，振动噪声大。 柴油机可分为低速、中速和高速3种。 。远洋和沿海的货船、油船大多采用低速柴油机直接传动方 式。新研制的长行程低速柴油机，行程约为缸径的3倍，耗油 率在163克（千瓦时）以下，热效率高于50。由于转速 降低，推进效率得到进一步的提高。但其质量、尺寸较大， 柴油机干重约为2165千克千瓦，适用于吃水深的大型船 舶。中速柴油机常通过齿轮传动或电力传动减速后驱动
9、螺旋 桨，也有用调距桨进行变工况和正倒车的。中速柴油机操纵 简单，效率较高，质量、尺寸小。其中，以大功率中速柴油 机发展较快，单缸功率达1215千瓦，单机功率达21870千瓦, 采用齿轮减速后,具有推进效率高的优点,且能燃用劣质燃料。 不宜采用尺寸过大的低速柴油机的船舶，如滚装船、渡船、 中小型军舰和联合装置的巡航机组，可采用大功率中速柴油 机。高速柴油机燃用中质或轻质柴油，耗油量大，燃料成本 高，使用寿命短，噪声大，但质量和尺寸均小，多用于舰艇 和小型内河浅水船舶。高速柴油机利用离合器和倒顺车齿轮 减速器实现倒车。 中小型军舰、渡船和海洋救助拖轮等，要求有较大的推进 功率，而机舱的容积和装置
10、的质量大小又受到限制，因此常 通过减速齿轮和离合器等将尺寸、质量较小的两台或多台中 速柴油机的功率合并到一根螺旋桨轴上组成大功率的多机并 车推进装置。低负荷时，可脱开部分柴油机而使其余柴油机 接近于全负荷运行。多机并车装置能提高船舶低速航行的经 济性和装置的可靠性。 进一步提高热效率，采用劣质燃料或混合燃料，采用机带 或轴带发电机和辅机,减少辅机所需的功率等,是柴油机动力 装置的发展方向。现代船用柴油机大部分为低速机,转速约每 分钟100转，可直接驱动螺旋桨。80年代初，出现了长冲程 和超长冲程的低速机,每分钟转速降到70转以下,使螺旋桨发 挥最佳效率。但低速机外形尺寸和重量大。近年来，第二次
11、 世界大战后出现的大功率的中速机被逐渐应用于船上。它将 气缸排列成V字形,采用减速齿轮，既大大减轻了机身重量， 又有利于提高螺旋桨效率。中速机由于机身短小，可以减少 机舱的面积和高度，因此特别适用于尾机舱船和机舱位于甲 板下的滚装船和载驳船等。 、燃气轮机动力装置 燃气轮机动力装置在50年代开始用于船舶。目前主要用于 军用舰艇。燃气轮机同柴油机和汽轮机比较，单机功率大、 体积小、重量轻、加速性能好，能随时起动并很快发出最大 功率。燃气轮机在高温、高压下工作，对燃油质量要求很高 ，热效率也比柴油机低得多，因此在民用运输船舶上应用不 多。仅在某些气垫船上用于驱动空气螺旋桨。 燃气轮机动力装置 以燃
12、气轮机为主机的动力装置。它具有 质量小、尺寸小、启动快、加速性好、运行维护简便等优点 ，因而在舰艇上得到广泛应用。从小型的气垫船到大型军舰 ，都有用燃气轮机作为主机的。燃气轮机装置的缺点是耗油 率大，需要很大的进排气管道，热效率低于柴油机装置，因 而适用范围有限。船用燃气轮机有航空派生型和工业型两种 。前者较轻巧，设备简单，但须燃用轻质燃料，通常为舰艇 使用。后者寿命较长，可燃用重柴油，一般用于民用船舶上 。 燃气轮机一般不能反转，故须采用可逆转齿轮减速器、可 逆转液力耦合器、电力传动装置或调距桨实现倒车。 燃气轮机的热效率低于柴油机，而且对燃油品质要求较高， 因而在民用船舶上尚未普及。为了提
13、高动力装置的经济性， 工业发达国家已着手研究燃气轮机排气的余热利用。其原理 是将燃气轮机的高温排气送入废气锅炉，产生蒸汽推动汽轮 机作功，汽轮机与燃气轮机共同驱动螺旋桨，称为燃-蒸联合 循环装置(COGAS)。这种装置把燃气轮机排气温度高与汽轮 机进汽温度低的特点结合起来，使装置热效率达40以上， 是效率较高的一种动力装置。 燃气轮机动力装置的发展方向是提高单机功率、热效率和 使用寿命，改善低负荷性能，使用低质液体燃料、燃气和天 然气。 、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
14、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。 核动力装置 利用原子核的裂变能通过工作介质(蒸汽或燃气) 推动汽轮机或燃气轮机以带动螺旋桨的一种动力装置。已获 得实用的唯一装置是压水堆 -汽轮机推进装置。以铀 235为 主的核燃料在压水堆内进行裂变并放出大量热能。压力较高 的冷却水在反应堆与蒸汽发生器之间进行循环，一方面使反 应堆冷却，同时在蒸汽发生器中将热量传给水，产生蒸汽
15、供 给汽轮机作功。核动力装置的特点是核燃料的消耗很少，续 航力很大，这对远航军舰和破冰船是很有利的。长期航行的 可能，同时大大提高潜艇的隐蔽性和水下作战能力。 它的缺点是必须备有质量和尺寸较大的防护屏装置和一整套 安全防护设施，而且造价昂贵，操纵管理技术复杂，换料和 核废物处理等都很麻烦，所以主要是在潜艇和大型水面舰上 应用，而在民用船舶中尚难以推广。 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。目前这些民用核动力船都已改装为常规动力 装置船。 5、动力装置性能要
16、求 为推进船舶和供应船上所需的各种能量，要求船舶动力装置 可靠性高、机动性和操纵性好、燃料消耗费用低、振动小、 噪声低。对于军舰，还要求耐冲击和有核防护。 可靠性 动力装置应在规定的航行环境(如风浪盐雾、冰区) 和航行状态(如规定风浪下的摇摆、纵倾、横倾等) 下安全可 靠的运行，这是船舶最重要的性能要求。为此， 对动力装置的设计、制造、安装和试验均有专门的船舶建造 规范和章程予以规定。可靠性还取决于正确的操纵管理和设 备的配置。对重要辅助设备的配置需要考虑到有部分损坏时 不致影响动力装置的正常运行。 机动性 包括启动、加速、换向、倒车持续能力和低速稳定 工作能力等性能。机动性对于军舰和经常变负荷、变工况的 船舶(如拖船、破冰船、渔船和救助船等)尤为重要。各种动
