船舶动力装置原理第1章

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1、船舶动力装置原理,2012年03月,2019年1月17日星期四,2,主要内容,船船动力装置总论 船舶主推进装置与主机选型 主推进装置的配合特性 船舶轴系与后传动设备 船舶管路系统与辅助装置 船舶动力装置设计综述,2019年1月17日星期四,3,讲授方法及考试,课堂讲授与自学相结合 理论讲授与实际操作相结合 讲与练相结合 大作业与考试相结合 平时20%，考试80%；有创新者可加分；,2019年1月17日星期四,4,第1章 船舶动力装置总论,船舶动力装置的含义及组成 船舶动力装置的类型及特点 船舶动力装置技术经济性能指标 船舶动力装置的设计原则要求及主要内容,2019年1月17日星期四,5,1.1

2、 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,2019年1月17日星期四,6,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,2019年1月17日星期四,7,1.2 船舶动力装置的基本类型及特

3、点,2019年1月17日星期四,8,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 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,2019年1月17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

4、； E. 柴油机的过载能力相当差。,2019年1月17日星期四,10,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,2019年1月17日星期四,11,汽轮机推进动力装置的特点,单机功率大； 转速稳定，无周期性扰动力，机组振动噪声小； 工作可靠性高； 可使用劣质燃料油，滑油消耗率也很低。,总重量大，尺寸大； 燃油消耗率高； 机动性差。,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。,2019年1月17日星期四,12,燃气轮机

5、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,（1）压气机 （2）燃烧室 （3）燃气轮机,2019年1月17日星期四,13,轻型燃气轮机 General Electric LM2500 Gas Turbine,2019年1月17日星期四,14,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）

6、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。,2019年1月17日星期四,15,关于燃机,燃气轮机具有 效率高 功率大 体积小 投资省 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。,

7、2019年1月17日星期四,16,深圳号导弹驱逐舰,全长153米，宽16.5米，标准排水量5000吨，满载排水量6600吨，双轴驱动，最大航速超过30节 主 机：CODOG，48600 马力。,2019年1月17日星期四,17,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. 独立性较强，生命力好； e. 振动小，噪声小。,a. 主机不能反转； 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。,LM2500,2019年1月17日星期四,18,核动力装置（nuclear

8、 power plant）,核动力的装置定义 利用原子核反应堆内核燃料的裂变反应产生热能并转变为动力的装置。 核动力装置结构 核反应堆、产生动力的系统和设备（如核蒸汽供应系统和核电站汽轮机）， 以及为保证设备正常运行、人员健康和安全所需要的系 统和设备。 核动力装置的主要推进方式 核反应堆-蒸汽轮机 核反应堆-电机,2019年1月17日星期四,19,核电站的工作原理,中子打入铀235的原于核以后，原子核就变得不稳定，会分裂成两个较小质量的新原子核，这是核的裂变反应，放出的能量叫裂变能；产生巨大能量的同时，还会放出23个中子和其它射线。 这些中子再打入别的铀235核，引起新的核裂变，新的裂变又产

9、生新的中子和裂变能，如此不断持续下去，就形成了链式反应. 压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开，它是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反应堆，冷却剂把核燃料放出的热能带出反应堆，并进入蒸汽发生器，通过数以千计的传热管，把热量传给管外的二回路水，使水沸腾产生蒸汽；冷却剂流经蒸汽发生器后，再由主泵送入反应堆，这样来回循环，不断地把反应堆中的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽，推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽在冷凝器中凝结成水，再由凝结给水泵送入加热器，重新加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。,2019年1月17日星期四,20,核能推

10、进系统的简单原理,乏,2019年1月17日星期四,21,核能推进系统的简单原理,2019年1月17日星期四,22,船舶核动力装置的优点,1）核动力装置使核潜艇能在水下长期连续航行：核动力装置以核能为能源，核裂变时不需要空气，因此核潜艇能在水下长期连续航行，其隐蔽性远远超过常规动力潜艇。 2）续航力不受限制：核反应堆一次装料，可运行几年甚至几十年，如美国建造的“弗吉尼亚”级潜艇上使用的S9G反应堆，其寿命可达33年。从而使核潜艇具有“无限”的续航力。 3）功率大： 现在已运行的舰艇动力反应堆，单堆功率在30300兆瓦（MW）之间，有的核动力舰艇（如航空母舰）装有多个反应堆，强大的动力使得这些庞然

11、大物能以2050节的高航速航行。,2019年1月17日星期四,23,核动力推进动力装置的缺点,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,2019年1月17日星期四,24,核动力装置的应用概况,美国舰艇核动力生产公司主要是西屋公司和通用电气公司。 西屋公司设计和建造的是SW系列，包括一座陆上模式堆S1W，及S2W、S3W、S4W、S5W、S5Wa、S5W-、S6W等装艇堆。 通用电气公司设计和建造的是SG系列，包括S1G、S3G（双堆）、S5G、S7G、S8G六座陆上模式堆和S2G、S4G、S5G、S6

12、G、S8G、S9G等装艇堆。 美国舰艇核反应堆，无论是SW系列还是SG系列都采用板状燃料元件。,2019年1月17日星期四,25,核动力装置的应用概况,俄罗斯/前苏联舰艇核反应堆的发展按时间大致可分为四代 : 第一代为20世纪50年代至60年代中期，研制船用压水堆核动力装置，建造了BM-A型陆上模式堆，反应堆为双流程，热功率为75MW，轴功率1.75万马力，采用盘管式管外直流蒸汽发生器 第二代为20世纪60年代至70年代末研制，为紧凑式分散布置，热功率为177MW，轴功率4万马力，反应堆改为单流程 第三代核动力装置为20世纪80年代初至90年代末期研制，是第二代的改进完善，初步实现了通用化、模

13、块化设计，增加了可*性和可维修性。反应堆仍为紧凑布置，热功率为177190MW，轴功率为44.5万马力，采用了列管式直流蒸汽发生器。 20世纪90年代至21世纪初研制、建造的“北德文斯克“级攻击型核潜艇上使用的反应堆仍为紧凑布置压水堆，采用了直管式高效直流蒸汽发生器。,2019年1月17日星期四,26,核动力装置的应用概况,英国舰艇核动力装置的发展 : 英国于1958年在购买的美国S5W潜艇压水堆的基础上，设计建造了陆上模式堆PWR-1。通过PWR-1模式堆，成功地研制了A、B、Z三种型号的堆芯，分别装备于“勇士”级、“快速”级和“特拉法尔加”级攻击型核潜艇和“决心”级弹道导弹核潜艇。 法国舰

14、艇核动力的发展 : 法国1960年开始建造PAT陆上模式堆。PAT型分散布置压水堆通过蒸汽透平、减速齿轮带动螺旋桨，轴功率为1.6万马力。新研制的K-15型自然循环一体化压水堆，单堆功率为150MW，轴功率为4.1万马力。该堆已装备“凯旋“级弹道导弹核潜艇和“戴高乐“号核动力航母。 1971年开始建造攻击型核潜艇上使用的CAP型陆上模式堆，燃料元件采用棒状。1983年开始服役的“红宝石“级攻击型核潜艇装备了CAS-48一体化压水堆，热功率为48MW，轴功率为9500马力，燃料元件采用板状 .,2019年1月17日星期四,27,核动力装置技术的发展趋势,1)提高核安全可靠性。 核动力装置的安全性

15、有待提高，各国核潜艇已发生过136起严重事故，其中13起沉没事故；反应堆的自然循环能力尚不够理想等提高核反应堆的安全性是各国发展的重 点，技术困难主要有以下几个方面： （1）提高反应堆的固有安全性。 （2）提高反应堆的自然循环能力。目标是在额定功率下，可在全船断电、冷却剂断流等情况下，保证堆芯的安全，并可在停堆后依然循环导出堆芯余热。 （3）应用非能动安全系统，彻底解决安全系统只能依靠艇上电力才能投入使用的问题，使核动力装置在各种事故条件下，不需人为操作，能自动保证反应堆的安全。 （4）提高反应堆的自动控制水平，减少误操作。 2)增长堆芯寿命 增长寿命堆芯的关键是设计长寿命燃料元件，研制耐腐蚀

16、、耐辐照材料。国外潜艇普遍采用高浓铀、锆包壳、片状和板状元件；燃料元件采用稠密栅布置；精心设计元件结构等措施。美国研制的S9G反应堆的寿命已达33年。,2019年1月17日星期四,28,核动力装置技术的发展趋势,3)减振降噪 核潜艇辐射噪声主要有机械噪声、螺旋桨噪声水动力噪声。从核动力装置本身降低噪声，主要是降低机械噪声。主要措施有： （1）采用自然循环压水堆。 （2）采用活筏式整体减振装置。 （3）采用合理的隔声减振和吸声结构。 （4）降低管路产生的噪声。 （5）降低齿轮噪声。 4)二回路采用双机单缸。 双机单缸是指二回路系统推进主汽轮机由两立的单缸汽轮机并联所组成，配有两台主冷凝器等辅助设备，两台汽轮机可并联运行，也可单独运行，简称为双机方案。二回路采用双机方案的优点是： （1）提高二回路系统的生命力.两台汽轮机并联或独立运行，一台出现故障时，系统仍能运转。 （2）提高二回路的机动性。两台汽轮机