鉴于有的网友对舰艇动力装置有些疑问和一些看法,我写了下面关于舰艇动力装置的一些东西,我没写得太详细,有关的详细内容各位可以找相关书籍或资料来看主要的目的还是让大家对舰艇动力系统有个初步的认识鉴于本人水平有限,有的内容可能会有错漏,还望各位高手指正本文中的一些数据是民用船舶的数据,同时有的数据可能已经不太跟得上科技的发展 早期的船舶使用的是往复式蒸汽机,带动一个有桨叶的大转轮(明轮)推进,这种推进装置也就是“轮机”和“轮船”的由来目前舰船主要使用的动力装置有以下几种:一.一. 汽轮机:汽轮机:汽轮机是一种外燃机,靠锅炉产生高压蒸汽推动汽轮作功人类早期使用的船舶动力装置就是这玩意汽轮机作为船舶动力装置有一定的优势:1、单位重量尺寸指标优越,由于汽轮机工作过程的连续性有利于采用高速工质和高转速工作轮,因此单机功率远比活塞式发动机大现代舰用汽轮机的单机功率已达 7.5×104kW 以上,若不受推进器尺寸的影响,象陆用电站汽轮机一样可以做成 60 万~100 万 kW 的巨型动力装置,这可是很可观的2、汽轮机叶轮转速稳定,无周期性扰动力,因此机组振动力小、噪声小3、磨损部件少,工作可靠性大,使用期限可高达 105h 以上。
4、可使用劣质燃料油,滑油消耗率也很低,仅 0.1~0.5g/(kW·h),而柴油机的滑油消耗率为 3~10g/(kW·h)从以上看来,用蒸汽动力似乎不错,但是汽轮机有几个致命伤:1、装置的总重量大、尺寸大,而且要配置主锅炉,以及为其服务的辅助机械和设备,占去了船体许多空间和排水量作为“寸土寸金”的船舶空间来说,巨大的动力装置是不可能的,尤其是军用船舶,更要求动力装置小型化2、燃油消耗大,装置效率差,额定经济性仅为柴油机的1/1.5~1/2,在部分工况下,甚至为 1/2.5~1/3,在相同的燃料贮备下续航力降低这也是为什么一般使用蒸汽动力的舰船都是一些吨位大的家伙3、机动性差,起动前准备时间约为 30~35min,紧急情况下,缩短暖机过程后也要 15~20min在舰艇上为保证立即起锚的要求,就以暖机状态停泊,从而增加了停泊时的燃料消耗另外,从一个工况变换到另一个工况的过渡时间也较柴油机装置长 2~3 倍以上几点致命伤使得蒸汽动力已不再是船舶动力的主要类型,民用和军用的船舶都基本不再使用汽轮机做为主机,更主要的是有更优越的其它类型的动力装置出现了若不是核能的出现,现在的航母可能都还得使用蒸汽动力。
目前我国使用蒸气动力的典型是 051、051b 和“现代”167 舰的蒸汽动力装置由中船重工七院 703 所负责设计研制蒸气动力相较而言自动化程度较低,且战损处理十分困难,为什么一艘 98 年下水的新型驱逐舰还使用蒸气动力?我个人的看法是蒸气动力是成熟的技术,我国在这方面也有较多的技术积累,而对于 167 目前的公认看法都认为其是一艘试验舰对于试验性质的舰艇用一种成熟、经济的动力装置比用新型的动力装置合算得多,而且 167 舰的试验更多的是其它方面,所以采用蒸气主动力也不失为一种保险方法曾有说法 167 是动力试验舰,但从其主动力为蒸气动力来看这种说法站不主脚要知道早在052 上用的就是柴燃联合动力另外提一句,从上面已经可以知道,蒸汽动力用的燃料是油:重油、渣油或劣质燃料油使用油的锅炉的排气远比使用煤的锅炉的排气干净现代船用的蒸汽动力已经不可能再使用煤作为燃料就算是用煤,也不会出现工人往锅炉里拼命加煤的情景,一般用的都是高压锅炉,你想加煤还轮不到你加煤都是用磨料机磨成煤粉,然后用高压空气喷入炉膛燃烧或煤粉和水、添加剂混合成水煤浆再燃烧这种做法可以提高效率,相对来说排气也比老式的清洁二.二. 柴油机:柴油机:柴油机动力装置具有较优良的性能,目前在船舶动力装置中占绝对的统治地位。
柴油机的优点:1、经济性较高,耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多,高速机比中、低速机耗油多这一优点使柴油机船的续航力大大提高,换句话说,一定续航力下所需之燃油贮备量较少2、重量轻,柴油机动力装置中除主机和传动机组外,不需要主锅炉、燃烧器以及工质输送管道等,所以辅助机械设备相应较少,布置简单,因此单位重量指标较小3、具有良好的机动性,操作简单,启动方便,正倒车迅速,一般正常启动到全负荷只需 10~30min,紧急时需 3~10min虽然比燃气轮机装置差些,但它不需要像燃气轮机装置那样一套复杂的启动和倒车设备柴油机装置停车只需 2~5min,主机本身停机只需几秒钟即可柴油机装置也有缺点:1、由于柴油机的尺寸和重量按功率比例增长快,因此单机组功率受到限制,一般来说低速机的功率比中、高速机的功率大这使得柴油机动力装置无法在大功率舰船上使用2、柴油机工作中的噪声、振动较大这是一个重要问题作为舰艇不希望动力源会有大的振动,同时震动大的话也使问题出现的机率增大3、中高速柴油机的运动部件磨损较厉害,高速强载柴油机的整机寿命仅1000~2000h4、柴油机在低转速时稳定性差,因此不能有较小的最低稳定转速,影响船舶的低速航行性能。
5、柴油机的过载能力也较差,在超负荷 10%时,一般仅能运行 1h一般来说军用柴油机的性能比民用要好053 和 054 用的都是柴油动力053 是全柴动力,054 很可能也还是全柴动力,毕竟若使用柴燃联合的话尽管性能会好一点,但成本会增加作为中国来说,在护卫舰上用柴燃联合动力有点太“豪华”了054 的柴油主机据说是法国进口,但黄埔曾很确定的说 526 的主机是国产的,估计是引进了技术525 和 526 用的主机很可能一个是原装货,一个是国产版本三.三. 燃气轮机动力装置:燃气轮机动力装置:近几十年发展起来的新型发动机,基本原理与气轮机相同,只是功的工质方面有所不同最主要一点,汽轮机是外燃机,而燃气轮机是内燃机燃气轮机动力装置能够较好的满足军用舰艇对动力装置提出的高速、高机动性和极低的单位重量之战术、技术要求,故其在现代军用舰艇上的应用较多相反,由于经济性和其它一些因素,民用船舶基本不使用燃气轮机动力(一些高速和特种船舶除外)其优点:1、单位功率的装置尺寸小加速用燃气轮机装置的单位重量可达0.65~1.3kg/kW,全工况用燃气轮机装置为 2~4kg/kW机组功率也较大,复杂线路的燃气轮机(有中间冷却、中间加热和回热措施)机组功率可达 6×104kW。
2、良好的机动性,从冷态启动至全负荷时间,一般为 1~2min,大功率复杂线路的燃气轮机装置只需 3~5min这对军用舰艇来说是一个极大的优势3、燃料消耗率虽不及柴油机,但在低负荷时的经济性的恶化比汽轮机影响小燃气轮机装置尚有下列缺点:1、主机没有反转,必须设置专门的倒车设备2、必须借助于启动马达或其他启动机械启动3、由于燃气的高温,叶片材料用的合金钢昂贵,工作可靠性差,寿命短,如燃气初温在 750℃以上的燃气轮机,寿命仅 500~1000h4、由于燃气轮机工作时空气流量很大,因此进、排气管道尺寸较大,舱内布置困难,甲板上较大的管道通过切口,影响船体强度四.联合动力装置.联合动力装置对于军用舰艇来说,从提高战斗力地观点要求尽可能提高航速和机动性能舰艇在全速航行时要求动力装置发足全功率,但它在舰艇航行时间中所占比例极小,一般不超过 1%为此它要花费足够的排水量安置全功率的机械设备重量而舰艇的巡航时间极长,要求有良好的经济性以提高续航力为解决全速时的大功率和巡航时的经济性,就出现了两类发动机联合工作的联合动力装置目前有三种联合动力装置:汽轮机+加速燃气轮机(COSOG 或 COSAG),柴油机+加速燃气轮机(CODOG 或 CODAG),燃气轮机+加速燃气轮机(COGAG 或COGOG)。
1)汽轮机动力装置带燃气轮机加速装置:这种装置由于汽轮机装置的一系列优点,与燃气装置联合后,能适应于功率较大的轻型舰艇,蒸汽装置保证在 80%全速以下航行所需的功率(即全功率约 50%左右),以使经济及重量尺寸指标为最有利2)全工况燃气轮机装置带加速燃气轮机装置:这类装置中,巡航燃气轮机装置可以采用复式线路(带中间冷却器及回热)工作的开式燃气轮机或按闭式循环工作的燃气轮机前者具有蒸—燃联合装置大部分的优点,燃料消耗和重量尺寸都可减少,后者在巡航时能保证较高的热效率,部分负荷时性能良好一般用于大型舰艇3)柴油机与燃气轮机联合:这类装置中,柴油机作巡航机,与燃气轮机二者都通过离合器与主减速器相联,采用道顺离合器或调距桨实现倒车这类装置常被小型舰艇使用,它的常用功率一般小于全功率的50%,全功率仅占整个服役时间的 1%左右这类联合装置的优点:1、重量尺寸小,一定排水量下可提高航速或增加配置功率2、操纵方便,备车迅速,紧急情况下可将燃气轮机立即启动,用调距桨或倒顺离合器实现倒车3、自巡航到全速工况加速迅速,可立即发出全功率4、两个机组共同使用一个减速器,具有多机组并车的可靠性5、管理与检修费用较低。
但是两机型联合也有不足之处:1、必须配合适用不同机种的燃料及相应的管路及贮备设备,不同燃料的贮备比例会影响舰艇的战术性能2、共同使用一个主减速器,小齿轮数目多,结构复杂3、两种不同类型机组在减速器周围布置上有一定难度052、052b 是我国联合动力的典型052 使用二台美制 LM2500 燃气轮机,持续功率 55000 马力;二台国产化的 MTU20V956TB92 柴油机,持续功率8840 马力LM500、LM2500、LM2500+是目前舰用燃气动力的代表052b 据说用的是原版的乌克兰 DN80 燃气轮机,但由于进口的核心机叶片制造工艺实在太差,我国重新使用国产叶片对原形机进行了换装在美国进行制裁后,我国想使用 LM2500 作为舰艇动力装置的可能性已经为零,而 DN80 作为最合适也是现实的动力装置成为我国新一代水面舰艇的不二选择DA80 重 16 吨,转速 3000-3600rpm、功率26700 kW 、长 6.4 米、宽 2.5 米、高 2.7 米,热效率 36.5%,性能不俗而 DN80 的国产化版本 GT25000 已经实现核心机国产化052b 的柴油机仍然是国产化 MTU 20V956TB92。
五.下面主要说说柴油机的问题.下面主要说说柴油机的问题柴油机和汽油机都是内燃式热机两者的区别从结构上来说不是很大,最主要的区别就是柴油机没有点火装置汽油机使用挥发性好的汽油做燃料,采用外部混合法(汽油与空气在汽缸外部进气管中的汽化器进行混合)形成可燃混合气缸内燃烧为电点火式(电火花塞点火)这种工作特点使汽油机不能采用高压缩比,因而限制了汽油机的经济性不能大幅度提高,作为船舶来说,动力装置的经济性是一个重要的考虑内容而且,由于燃料的原因,汽油机也不允许作为船用发动机使用,因为汽油的火灾危险性大(挥发性强)柴油机可以使用劣质燃料油做燃料,这是一个重要优势柴油机使用内部混合法(燃油与空气的混合发生在汽缸内部)形成可燃混合气,缸内燃烧采用压缩式(靠缸内空气压缩形成的高温自行发火)这种工作特点使柴油机在热机领域内具有最高的热效率(已达 55%左右)功率大范围广同时燃料的挥发性差使得柴油机在船用动力中取得了绝对位置所以,汽油机基本不会作为船舶主机使用(辅机也不太可能)柴油机分为二冲程和四冲程,简单的来说,二冲程效率高、功率大、工作可靠、寿命长、可使用劣质燃油以及转速低主要是中、低速机,优势较大四冲程机的稳步发展从 20 世纪 50 年代开始,工作可靠性、使用寿命、经济性及对劣质燃油的适应性方面基本上达到了与低速机相近的水平。
四冲程机主要是中、高速机,除用作主机外较多用于船上的辅机(发电机)一般认为二冲程机的燃烧效果没有四冲程机好关于柴油机的烟气在正常情况下,柴油机的排气受燃烧品质的影响柴油机的排气主要成分是二氧化碳(CO2)、水蒸汽、过量空气、残余氮(N2)(以上成分对生物无直接危害 )、CO、氮氧化物(N。