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1、船舶动力装置原理与设计,主讲：胡义 周瑞平 电话:13638607568 传真:86553482 E-mail: dongzhuang,2009年03月,2018年9月27日星期四,2,主要内容,船船动力装置总论 推进装置设计 船舶后传动设备 船舶管路系统 船舶推进装置的特性与配合 船舶动力装置设计,2018年9月27日星期四,3,第1章 船舶动力装置概论,船舶动力装置的含义及组成 船舶动力装置的类型及特点 船舶动力装置的基本特性指标 对船舶动力装置的要求,2018年9月27日星期四,4,1.1 船舶动力装置的含义及组成,含义,组成：,推进装置 辅助装置 机舱自动化 船舶系统 甲板机械,主
2、发动机 主锅炉 推进器 传动设备,船舶电站 辅助锅炉装置,保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作和生活所必需的机械设备的综合体。,Tips:船舶动力装置是一个很复杂能量综合体,动力管系 船舶管系,锚泊机械 操舵机械 起重机械,2018年9月27日星期四,5,典型的柴油机动力装置能量转换系统,重油,柴油,机械能,热能,电能,余热,燃油加热 滑油加热 制淡装置 舱室取暖 厨房加热,驳动辅机 船舶照明 船舶通讯 机舱自动化,2018年9月27日星期四,6,船舶动力装置的基本类型及特点,2018年9月27日星期四,7,基本类型,柴油机推进动力装置 汽轮机推进动力装置 燃气轮机推进动力装置
3、核动力推进动力装置 联合动力推进动力装置,052级驱逐舰首舰“青岛”号,053H3级导弹护卫舰,型攻击核动力潜艇,2018年9月27日星期四,8,发展历史,火药机的尝试拉开了动力装置的序幕 瓦特蒸汽机的发明 Diesel1895年发明柴油机 1807年，美国人富尔顿将蒸汽机安装在木船上 1887年，汽油机驱动的轮船航行在江河上 1900年英国制成了舰用柴油机 1902年德国首先把柴油机用做商船动力，1904年用于潜艇 1905年瑞士Sulzer厂建成第一台可倒转式二冲程柴油机 1908年俄国制成缸径1m的预燃室式柴油机 1912年丹麦B&W公司制成缸径520mm、转速140r/min、功率14
4、86kW的八缸四冲程柴油机，以双机双轴方式装在7500吨的“雪兰地亚”号远航曼谷成功 随着科学技术的进步，高集成、模块化、数据总线、网络结构、人工智能技术在船舶上的应用,2018年9月27日星期四,9,柴油机推进动力装置的特点,A. 有较高的经济性，耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多； B. 重量轻(单位重量的指标小)； C. 具有良好的机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速； D. 功率范围广。,A. 柴油机尺寸和重量按功率比例增长快； B. 柴油机工作中的噪声、振动较大； C. 中、高速柴油机的运动部件磨损较厉害； D. 柴油机低速稳定性差； E. 柴油机的过载能力相当差。,2018年9月2
5、7日星期四,10,我国船舶大功率柴油机现状,船用低速柴油机技术大功率低速柴油机的机型大都是二冲程、单气门直流 扫气、定压增压、长行程、高压缩比的十字头式机。当前,低速二冲程柴油机的平均有效压力为1.901.95MPa, 最高燃烧压力1515.5MPa,燃油耗率165171g/kWh,单缸功 率达到100000kW,大修期达28000h以上。 船用中速柴油机技术国外大功率中速柴油机绝大部分是四冲程机。缸径为160640mm,转速3751150r/min。平均有效压力为2.43.0MPa,最高燃烧压力1621MPa,最高喷油压力160180MPa,燃油耗率170180g/kWh,单缸功率2010k
6、W,大修期为1800024000h。,2018年9月27日星期四,11,汽轮机推进动力装置,1锅炉 2过热器 3主蒸汽管路 4高压汽轮机 5低压汽轮机 6减速齿轮 7螺旋桨 8冷凝器 9冷却水循环泵 10凝水泵 11给水泵 12给水预热器,2018年9月27日星期四,12,蒸汽轮机推进系统,应用较少（燃油消耗率高） 运输液化天然气的LNG液货船 原因： 在LNG液货船上，液化气以-162的温度下装在隔热舱中运输。尽管高效隔热，但仍然不可避免每天有 0.1-2.5%液化气蒸发。 蒸发的天然气可用作双燃料主锅炉的燃料，生产主涡轮机用的蒸汽，提供几乎全部需要的推进功率。重燃油则用作辅助燃料和船舶的压
7、载货物。,2018年9月27日星期四,13,汽轮机推进动力装置的特点,a. 单机功率大,可达7.5104kw以上 ； b. 转速稳定，无周期性扰动力，机组振动噪声小；c. 工作可靠性高；d. 可使用劣质燃料油，滑油消耗率也很低。,a. 总重量大，尺寸大；b. 燃油消耗率高；c. 机动性差,启动前准备时间约为3035min，紧急须1520min 。,Tips:汽轮机推进装置主要采用的是汽轮机+减速齿轮箱+定距桨的形式；少数采用汽轮机电力传动形式。,2018年9月27日星期四,14,燃气轮机推进动力装置,1-螺旋桨 2-减速齿轮 3-压气机 4-燃烧室 5-燃气轮机 6-联轴器 7-起动电动机,（
8、1）压气机 （2）燃烧室 （3）燃气轮机,2018年9月27日星期四,15,关于燃机,燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分： 1、燃气轮机（透平或动力涡轮）； 2、压气机（空气压缩机）； 3、燃烧室。 其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。,2018年9月27日星期四,16,关于燃机,燃气轮机具有 效率高、 功率大、 体积小、
9、投资省、 运行成本低 寿命周期较长等优点。 主要用于发电、交通和工业动力。 燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机， 轻型燃气轮机为航空发动机的转型，如LM6000PC和FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。 重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26和PG6561B等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。,2018年9月27日星期四,17,轻型燃气轮机,2018年9月27日星期四,18,重型燃气轮机,连接发电机 进气道主轴固定支架 轴颈轴承 压气机叶片 压气机模块 燃气轮机固定支架 叶轮
10、叶轮贯穿螺栓 进气道定位 水平缸封,燃烧室防护罩 逆流燃烧室 燃料注入系统 燃烧室（火焰筒） 燃烧室冷却部件 喷嘴构造 一级涡轮固定构造 动力涡轮构造 排气扩散构造 排气烟气探测器,2018年9月27日星期四,19,深圳号导弹驱逐舰,2018年9月27日星期四,20,燃气轮机推进动力装置的特点,a. 单位功率的重量尺寸小； b. 启动加速性能好； c. 重量轻，体积小； d. 振动小，噪声小。,a. 主机没有反转性,配备换向系统或调距桨； b. 必须借助启动机械启动； c. 叶片材料昂贵，工作可靠性较差，寿命短； d. 进排气管道尺寸大，舱内布置困难。 e.生产厂家主要为两家国外公司(英国的r
11、olls2royce 公司和美国的通用电气公司) 低负荷下耗油率高,LM2500,2018年9月27日星期四,21,核动力推进动力装置,1核反应堆 2反应堆芯 3控制棒 4冷却循环泵 5蒸汽发生器 6高压汽轮机 7低压汽轮机 8辅汽轮机 9主冷凝器 10辅冷凝器 11主给水泵 12减速器 13螺旋桨 14稳压筒,2018年9月27日星期四,22,核动力推进动力装置,2018年9月27日星期四,23,核动力推进动力装置,2018年9月27日星期四,24,核动力推进动力装置的特点,a. 极少的燃料释放巨大的能量如1.1106kw之核动力装置工作一昼夜仅消耗核燃料15-18g ； b. 功率大； c
12、. 无需空气。,a. 装置大； b. 操纵管理检查系统比较复杂； c. 装置造价昂贵。,俄罗斯阿库拉Akula(鲨鱼)级战略核潜艇,4型攻击核动力潜艇,2018年9月27日星期四,25,联合动力推进动力装置,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）,尼米兹级航空母舰,（美）“林肯”号1,2018年9月27日星期四,26,联合动力推进动力装置的特点,a. 重量尺寸小； b. 操纵方便，备车迅速； c. 自巡航到全速工况加速迅速； d. 具有多机组并车的可靠性； e. 管理与检修费较低。,a. 必须配
13、备不同燃料及相应的管路及贮存设备； b. 主减速器的小齿轮数目多，结构复杂； c. 在减速器周围布置有难度。,（英）“无敌”号,意-加里博迪号,2018年9月27日星期四,27,LNG船推进系统,传统采用锅炉汽轮机装置日本建造的LNG多采用之，两台锅炉配一台汽轮机 。沪东中华造船(集团)承建的我国首制二艘LNG船的主动力装置就是采用锅炉汽轮机装置。该船为薄膜型、舱容147 200 m3、设计航速195节 二冲程低速柴油机 卡塔尔最新一代14艘最大的容量为265 000 m3的Qmax级LNG船每艘将由两台MAN B &W7S70ME-C电子控制的二冲程低速柴油机驱动,每台发动机在转速91 r/
14、min下的额定输出功率为21 770 kW(单缸3 110 kW)。再液化技术为大型LNG船安装高效大功率的二冲程低速柴油机铺平了道路。与汽轮机装置比较,采用上述发动机推进的LNG船每年可节省200万到500万美元。,2018年9月27日星期四,28,LNG船推进系统,双燃料柴油机迄今第一艘由燃用BOG的Waertsilae 50DF双燃料柴油机电力系统(DFDE)驱动的LNG船75 000 m3的Gaz de France Energy已于2004年末投入营运。图2为驱动该船的DFDE系统。,双燃料柴油机的主要特点是:采用燃油和天然气(BOG)两种燃料,功率较大,体积小,重量轻,占LNG船舱
15、内空间小,有害排放物少。双燃料柴油机通常用于驱动容量不超过155 000 m3的LNG船,2018年9月27日星期四,29,LNG船推进系统,COGES系统 对于在230 000265 000 m3载货量范围的大型LNG船,CO-GES(燃气轮机和汽轮机联合的综合电力推进系统)是极具吸引力的。在COGES系统中,燃气轮机的排气排入余热锅炉。余热锅炉产生的蒸汽驱动汽轮机做功。燃蒸联合循环中的燃气轮机和汽轮机驱动发电机。发电机生产的电力驱动推进用电动机并向船舶总电网供电,燃蒸联合循环的效率约为45%50%。在使用低压蒸汽时,COGES系统的能量利用率高达80%。COGES系统具有燃料灵活性,可以燃用重燃油、蒸发气或两者的结合。,2018年9月27日星期四,30,LNG船推进系统,比较 锅炉汽轮机装置：功率大、可靠性高、使用寿命长、初投资费用和运行维护费用低。燃料效率只达到30%左右，,即使应用再热循环并提高蒸汽初参数,其效率也仅达到约345%柴油机装置：低速机接近48%，初投资费用高、运行维护费用高、寿命较低等。尺寸重量要比燃气轮机装置大得多燃气轮机热效率已达到40%、重量尺寸明显小于锅炉汽轮机装置和柴油机装置、机动性好、自动化程度高，可实现无人机舱运行,CO-GES装置的总运费率比双燃料柴油机低10%。它的缺点是使用寿命明显低于锅炉汽轮机装置,运行维护费用也比较高。,
