《船舶动力系统》课件1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,船舶动力系统,教材 ：,船舶动力系统,上海交通大学出版社，徐筱欣,课时：,51,（包括,2,次实验课）,16,周,分数：,30%,平时,+70%,考试,考试形式：闭卷笔试,陈峻,jun_ch1225,课程目的,为非动力（轮机）类专业设置,介绍 船舶动力系统的组成,介绍各系统的主要设备（结构、原理、性能）,课程特点：,杂，内容多,不难,与实际装置结合,内容,绪论（书第,1,章）,船舶柴油机（第,2,章）,船舶推进轴系及传动设备（第,7,章）,船舶蒸汽轮机（第,3,章）,船舶燃气轮机（第,4,章）,第一章,绪论,船舶动力装置：,保证舰船的正常航行、安全、正常作业、停泊，保证人员正常工作、生活与安全的全部机械设备和系统的综合体,船舶动力装置的,主要任务,：,发出一定功率,，,产生各种能量,，,实现能量转化和分配,，,以利船舶正常航行和作业,船舶动力装置的组成：,主推进装置：产生推进力,主机、传动设备、推进轴系、推进器,船舶主推进装置示意图,1-,遥控操纵台；,2-,主机；,3-,传动设备（离合器、齿轮箱）,4-,轴系；,5-,推进器（螺旋桨）,辅助装置：产生其它动力,船舶电站。供给辅助机械及全船所需要的电能,由发电机组、配电板及其他电气设备等组成,辅助锅炉装置。民用船舶产生低压蒸汽，以满足加热、取暖及其他生活需要,由辅助锅炉及为其服务的燃油、给水、鼓风、送汽设备及管路、阀件等组成,制冷装置和空调系统,全船系统：保证船舶生命力和安全，船员旅客正常生活所需的设备和系统,消防、用水、救生、安全,机舱自动化系统：,机舱的机械设备遥控及自动化，包括对主、辅机和有关机械设备等的远距离控制、调节、检测和报警系统等,甲板机械：,保证船舶航向、停泊、装卸货物所需的机械设备,锚泊机械设备，包括锚机、绞盘等,操舵机械设备，包括舵机及操纵机械、执行机构等,起重机械设备，如起货机，吊艇机及吊杆等设备,船舶动力系统的类型及特点,蒸汽轮机动力装置,工作原理,锅炉产生的蒸汽,推动蒸汽轮机作功,齿轮减速机组,螺旋桨（发电机）,组成,蒸汽锅炉,蒸汽轮机,凝汽器,1,锅炉；,2,蒸汽过热器；,3,空气预热器；,4,高压汽轮机；,5,低压汽轮机；,6,主冷凝器；,7,凝水泵；,8,给水预热器；,9,给水泵；,10,减速齿轮；,11,螺旋浆；,12,循环水泵,特点,单机功率大，目前船用蒸汽轮机组功率达到,2510,4,kw,陆用机组达到,6010,4,1010,5,kw,劳损部件少、工作可靠、寿命长（可达,110,5,h,以上）,运转平稳可靠、振动噪声小（蒸汽轮机是回转机械，没有往复运动部件）,可使用劣质燃料,滑油消耗率很低，仅,0.1,0.5 g/ (kW h),柴油机的滑油消耗率为,3,10 g/ (kW h),热效率较低，燃油消耗率高，热经济性低，在全速时要比柴油机装置的油耗高,1.5,2,倍，部分工况时要高,2.5,3,倍,设备多，整个装置重量尺寸大,机动性较差。启动前的准备时间（锅炉从生火到产生蒸汽）大约要,30,35min,；从一种工况过渡到另一种工况的时间比柴油机装置长,2,3,倍,燃气轮机动力装置,工作原理,燃料在燃烧室内燃烧,燃气推动叶轮做功,多级减速齿轮机组,螺旋桨（发电机）,组成,压气机：压缩空气进入燃烧室,燃烧室：燃料燃烧，形成燃气,燃气轮机 ：高温高压燃气推动叶轮转动，机械能输出,优点,机组质量尺寸指标小：,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,机动性好：从冷态启动至全负荷时间，一般为,l,2min,，大功率复杂线路的燃气轮机装置只需,3,5min,缺点,工作可靠性较差，寿命短,如，燃气初温在,750,以上的燃气轮机，寿命仅,500,10,3,h,价格昂贵,由于燃气的高温，叶片材料需用合金钢。结构紧凑，对加工工艺要求高,舱内布置困难,燃气轮机工作时空气流量很大，一般为,16,23kg/ (kW h)【,柴油机约为,5kg/(kW h),，汽轮机约为,0.5kg/ (kW h)】,进、排汽管道尺寸较大。,甲板上有较大的管道通过切口，影响船体强度,柴油机动力装置：,应用最为广泛，柴油机船占总数的,98,，装船功率占造船总功率的,90,以上,优点,经济性较高，油耗低，中、低速机可烧劣质燃料；,高速柴油机耗油率,0.16-0.18 kg/ (kW h),，中速柴油机,0.125-0.170 kg/ (kW h),，低速机,0.126-0.140 kg/(kW h),一般汽轮机装置耗油率为,0.18-0.35 kg/ (kW h),燃气轮机装置耗油率,0.24-0.40 kg/ (kW h),机动性良好，操作简单，倒车方便。主机从冷态启动到全负荷,10min,；,中高速机组质量轻，辅助设备少,缺点,单机功率低，低速机,410,4,kW,，中速机为,210,4,kW,，高速机,810,3,kw,大中型水面舰船上使用受限；,振动噪声大,中高速机的寿命较低，高速强载柴油机的整机寿命仅,1000,2000h,低速时稳定性较差，影响低速航行,过载能力差，,110%,额定功率运行不超过,1,小时,最大功率船用柴油机，瓦锡兰,RT-flex96C,，,14,缸，,RT-flex,共轨技术。持续输出最大功率,80080,千瓦，转速,102,转,/,分。长,27.3,米，高,13.5,米，整机重,2300,吨，适用于新一代大型集装箱船,联合动力装置,产生背景,全航速时要求功率大、航速快、机动性能好，只占,2%,总航行时间,巡航时要求经济性高，,功率,= 14,全功率，占,80%,总航行时间,矛盾，,国外,50,年代开始发展联合动力装,降低,20,装置质量，续航力能提高,25,联合动力装置：,用一种形式的动力装置完成巡航航行，满足经济性要求；用另一种形式的动力装置（或两者共同）完成全航速航行，满足大功率要求,三种联合动力装置,汽轮机,+,燃气轮机：功率较大的轻型舰艇，不多用,燃气轮机,+,燃气轮机：功率大，重量尺寸小，经济性好，广泛应用于各国驱逐舰,柴油机,+,燃气轮机：经济性好，功率范围大，重量尺寸小，广泛应用于各国护卫舰等；在某些大型军舰上也有（如泰国轻型航母）,缺点：,不同的燃料、备件储备较复杂；,共同使用主减速器，结构复杂；,机组不同类型，布置难度增加,核动力装置,工作原理：,原子核裂变,产生巨大热能,加热工质（蒸汽或燃气）,推动汽轮机或燃气轮机工作,现有的核动力舰艇或核电站，几乎全部采用压力水型的反应堆,核反应堆,1,反应堆芯,2,控制箱,3,蒸器发生器,5,（热交换器）,高压汽轮机,6,低汽轮机,7,辅汽轮机,8,主冷凝器,9,辅冷凝器,10,主给水泵,11,减速器,12,螺旋桨,13,稳压筒,14,Pressurized Water Reactor (PWR),能量传递,功率控制,控制棒插入反应堆的深度和速度,改变堆芯内的中子数目,输出功率,核反应,压力水,（第一回路）,热交换器,水,蒸汽,汽轮机,螺旋桨,辅,汽轮机,发电机,（第二回路）,Boiling Water Reactor (BWR),优点,消耗极少的燃料、释放出巨大的能量，可保证船舶以极较高的航速航行极远的距离，如,1.110,4,kw,核动力装置工作一昼夜仅消耗核燃料,15,18g.,能发出极大的功率,不消耗空气而获得热能,不需要进、排气装置,潜艇，能长期隐蔽在深水中，不易被敌舰发现,大大提高了潜艇的战斗力,水面舰艇不需要进、排气口，没有烟囱，减少甲板开口，能减少敌人观察器材和热反应器材的发现，避免红外线自导武器命中的危险性,缺点,核动力装置的重量尺寸较大。屏蔽系统质量大,操纵管理检查系较复杂,价格昂贵,船舶动力系统性能的评价指标,一般分成三类,技术指标：,总指标,功率指标、质量指标、尺寸指标,经济指标：,燃料在动力装置中的热转换率,燃料消耗率、每海里航程燃油耗量、装置热效率、运行和维护经济性,性能指标：,机动性、可靠性、制动性、自动化程度、振动控制性能,技术指标,功率指标：,表示船舶做功能力,为保证船舶具有一定航速，要求推进装置提供足够功率，动力装置的功率按照最大航速确定，并考虑功率储备（一般大,10%,）,船舶推进系统的各部位功率 ：,指示功率,P,i,有效功率,P,e,轴功率,P,s,螺旋桨收到功率,P,p,螺旋桨,推功率,P,T,阻力功率,P,R,（船舶有效功率）,主机额定有效功率,排水量,质量指标,动力装置的几种质量,干重,G,y,：,所有机器、器具和管系的质量,湿重,G,y,：,干重,+,机器、器具、管系内部装满工质和消耗物品,总重,G,y,”,：,湿重,+,消耗物品的贮存量,在一定的排水量下，要求动力装置的质量轻一些,湿重,主机额定功率,各类舰船的质量指标相差很大,如驱逐舰的,=10-15 kg/kW,，客货轮,=70-150kg/kW,湿重,排水量,尺寸指标：用,机舱的尺寸表示，机舱应能合理布置动力装置，且方便管理、维修,机舱的绝对尺寸,机舱总长度,机舱总占有面积,机舱总占有容积,相对尺寸指标,机舱相对长度,机舱面积饱和度,机舱容积饱和度,各类舰船的尺寸指标差距很大,以面积饱和度为例，导弹快艇高达,400 kW/ m,2,，客货船,15,40 kW/ m,2,反映,动力装置的热能转换率（,燃料消耗率，装置总热效率，每浬航程燃料耗量等）,动力装置燃料消耗率,全船热能设备,每小时燃料消耗总量,经济指标,动力装置有效热效率,全船热能设备每小时燃料消耗总量,燃料低发热值,指标,1,、,2,表征动力装置在,设计工况,下的燃料和热的经济性；,but,船舶经常在,部分工况,下航行，需要评定非设计工况下的经济性,每海里装置燃油消耗量,每海里航程的燃料消耗量,g,e,g,m,和随航速变化关系曲线,经济航速,在不受货期约束时，按经济航速可以降低货运成本,注意：,船舶的最大盈利航速，还需要考虑船的折旧费，客货的周转量、运输成本及利润等因素,最大盈利航速,经济航速,性能指标,机动性：变工况时的工作性能，如启航加速机动性、紧急倒车机动性等,可靠性：维持正常工作的期限，,or,两次大修间的时间,自动化程度,噪声振动控制性,动力系统的设计要求,安全可靠，重要设备有备用机组、应急机组,提高经济性,降低燃料消耗：燃料费用占运行开支,30%-40%,废热利用：排气、冷却水带走,50%,热量,动力装置设计内容,主推进装置设计,辅助功能装置设计,管路系统设计,机舱布置设计,船舶动力装置的设计步骤,方案设计：根据设计任务书的要求，经过详尽分析比较，提出最合理的、原则性的动力装置方案,方案设计完成后，提供：发动机型号、传动形式及主要设备、总布置图及有关计算书,技术设计：根据方案设计所确定的主要技术措施、选型和布置方案，提出详尽的计算书、说明书、设备明细表、总布置图,施工设计：提供全部指导施工、组织施工的图纸和技术及管理文件,