第三章 船舶辅助装置与管路系统PPT课件.pptVIP

工程学院海工系 第三章船舶辅助装置与管路系统 引言 船舶动力装置是一个完整的动力机械系统 它除了发动机驱动推进器推进船舶运动的主推进装置外 还需要产生其他所需能量和某些辅助功能的设备 以供船舶航行 作业和生活需要 船舶无论停泊还是航行 电力和热能是不可缺少的 因而船舶辅助装置中首先是供电装置和供热装置 其次 还有与全船生活密切相关的制淡装置 制冷装置及防污染装置等 也起着船舶航行中同样重要的作用 内容概要 3 1船舶供电装置概述3 2船舶供热装置概述3 3船舶制淡装置概述3 4船舶制冷装置与空调概述3 5船舶环保设备概述3 6船舶动力装置的管路系统概述 船舶供电装置概述 船舶电力系统的组成 发电机组 输配电系统 用电设备 发电机组一般由原动机 发电机及传动设备组成 供电装置的组成与分类 该图反映了全船供电分配方式与发电机 主配电板 分配电箱以及用电设备之间的电气联系 船舶供电装置概述 分类 按发电机的原理分 直流 交流 当今国内大型船舶大多采用直流230V或三相400V以及单相交流230V的电制 按船舶电站的用途分 电力推进电站 全船性电站 主电站 应急电站等 电力推进电站功率由推进要求确定 全船电站功率一般从几十千瓦到几百千瓦也有上千千瓦 一般安装与机舱内 应急电站必须能独立运转 按规定安放在艇甲板以上的地方 发电量保证全船重要设备的用电 供电装置的组成与分类 船舶供电装置概述 船舶主电站总功率确定方法 负荷表格法 需要系数法 三类负荷表格法 昼夜航线图法 年度负荷图表法以及概率法 在动力装置方案设计阶段 可以选择同类型船舶的实船负荷和统计数据为依据 技术设计中最常用且较为准确的方法是三类负荷表格法 通过船舶各种运行工况下各用电设备电力负荷列表计算确定 第一类负荷 连续负荷 主机燃油供给泵 第二类负荷 短时或重复短时负荷 输送泵 第三类负荷 偶然短时负荷 机修机械 船舶主电站总功率的确定 船舶供电装置概述 电站负荷表具体编制步骤 需要调查和确定每一个负荷使用情况并由此计算出一运行状态下电站的总负荷 第一步 考虑各种因素 确定全船设备的总有功功率 P总 P01 P02 P0n 1 P0n第二步 考虑同时系数KP总i KiP总i 注 三类负荷分别计算 P总 P总1 P总2 P总3 第三步 考虑电网损失P 1 05P总 船舶主电站总功率的确定 船舶供电装置概述 对于一般运输船舶在考虑机组数量和单机组容量时 必须满足下述基本要求 运行机组 一台或多台并联 的总输出 应能满足当时船舶运行状态的最高电负荷 并且有适当的余量运行机组 一台或多台并联 的一台机组因故失去供电能力时 应有后备机组代替 并能保持原来的总输出功率 1 数量的选择 民用船舶 有2 4台机组组成一个电站 军用舰艇 小艇1个电站 中小艇不少于2个 大型艇3 4个电站 每一电站安装两台机组 2 功率的选择考虑工况 满足最高负荷要求 留有余量 发电机组的选配 船舶供电装置概述 船舶发动机主要形式有 柴油机和蒸气轮机两种 柴油机工作效率高 可以随时启动 不需要锅炉和冷凝器等设备 工作独立性强 柴油机发电机组广泛应用于柴油机船上 而且也用在蒸汽动力装置船舶 但无论哪一类船舶 其应急发电站都用柴油机作为原动机 蒸汽轮机转速均匀 调速特性好 体积小 蒸汽利用率高 在蒸汽动力装置的舰艇上 除了安装蒸汽轮机发电组之外 为了快速备航和提高生命力 也安装柴油发电机组 上述原动机外近代舰船也会采用燃气轮机 不需要锅炉 和柴油机一样可以独立工作 且燃气轮机也比较轻 发电机组的选配 船舶供热装置概述 供热装置是指船舶上产生 供应蒸汽的系统 主要用于加热生活用水 蒸饭 舱室取暖 主机启动暖缸 燃油和滑油加热 驱动涡轮发电机 同时蒸气还可以加热货油及清洗油舱 应用空调 消防 冲洗海底门等 对于汽轮机船还提供主要工质 供热装置的用途和组成 生产蒸气的锅炉称为辅助锅炉 蒸汽分配管2和凝水集合管4是为简化管路便于集中操纵而设定 阻汽器5的作用是只允许凝水通过而不让蒸汽流出 使蒸汽在用汽设备中进行充分放热 凝水柜6的作用主要是回收凝水和起着整个管路中水量调节作用 基本原理 辅助锅炉1产生的蒸汽经过管路阀门及辅助机构等供至各用汽设备3 蒸汽在各用汽设备中放出热量 温度降低变成凝水 其凝水流入凝水柜6 再由泵吸出辅助锅炉内 形成蒸汽 凝水循环 船舶供热装置概述 船舶的大小 种类和航行区域的不同 用汽设备的多少 要求的气压也有可能有所不同 配置的分支线路有简有繁 在大型船舶上所需要的蒸汽量大 故除了设置1 2台辅助锅炉外 尚设有1台废气锅炉 以充分利用大功率柴油机所排出的废气热量 同时有些船舶在靠岸停泊时 利用岸接供汽管由岸上向船供汽 供热装置的用途和组成 船舶供热装置概述 燃油锅炉烟管燃油锅炉 也称火管燃油锅炉 锅炉蓄水量大 较笨重 已日趋淘汰 但蓄热性能好 气压和水位容易保持平稳 易实现自动调节 炉胆传热强度高 外壁水垢容易清除 对水质要求不高 燃 烟 气在管内流动 水在管外被加热 水管燃油锅炉 也称立式水管锅炉 锅炉升汽快 过载能力强 经济性及质量尺寸指标均较烟管锅炉优越 日益得到广泛应用 燃 烟 气在管外流动 水在管内流动被加热 几种典型的辅助锅炉 船舶供热装置概述 船舶在航行时 主机产生大量高温排气 排气一部分热量在废弃锅炉中回收利用 从而提高动力装置热效率 废气锅炉利用柴油机或燃气轮机的排气余热对水进行加热 一般设置在主机排气通道上 几种典型的辅助锅炉 图3 5为柴油机装有废气锅炉时在船上的的布置简图 烟气单向流动 没有燃烧室和炉膛 较燃油锅炉简单得多 b图为广泛采用的废气锅炉结构示意图 立式横烟管废气锅炉采用卧式密集的细烟管 传热效果好 在应用大功率中速柴油机的船 为充分利用柴油机排气废热以及适应多种蒸汽用途和废气透平需要较高压力系统 废气锅炉结构比较复杂 废气锅炉往往采用强制寻哈U呢 不仅采用产生饱和蒸汽的蒸发器 还采用经济器和过热器 而且海域燃油锅炉组成一个整体供汽系统 船舶供热装置概述 燃油 废气混合式锅炉燃油辅助锅炉和废气锅炉在结构上合在一体 以适应船舶在航行和停泊时主机废气的供应量与全船蒸汽的需要量之间的平衡 这种锅炉的废气与燃油既可以单独使用 又可以联合使用 几种典型的辅助锅炉 船舶供热装置概述 选配辅助锅炉时首先要确定其蒸气热参数 压力以及温度 和容量 容量计算应计算出各加热机械设备与藏柜的单项蒸汽需要量 然后考虑各加热机械设备与藏柜的负荷系数 连续使用或间歇使用等有关影响 用表格法按各种船舶工况进行综合计算 全船蒸汽耗量计算及辅助锅炉选配 蒸汽辅机蒸汽耗量计算各种交换器加热所需蒸汽耗量计算各油舱 柜加热所需蒸汽耗量计算各油舱 柜保温所需蒸汽耗量计算生活杂用所需蒸汽耗量计算 废气锅炉的选型 首先要根据船型和排水量 主机型式 功率 耗油率和过量空气系数 主机所用燃油品种和热值 主机在额定功率时的排气流量和排气气温等因素 由县城的曲线图查出锅炉的蒸汽产量 然后再根据有关计算公式和图表 算出所需要的加热面积 并根据发动机和废气分析资料来核算废气锅炉阻力 最后按各类柴油机功率所编制的废气锅炉系列进行选用 船舶制淡装置概述 为减少舱容 增加载重量 对远洋船舶需要设置制淡装置 其任务是从海水中分离掉各种盐类与杂质 生产出一定数量和规定纯度的淡水 船上普遍采用蒸馏法 即对海水进行加热使其蒸发 所产生的洁净蒸汽再引入冷凝器中 使之冷凝成淡水 盐类和杂质则留在海水中 成为盐水 通过泵排出舷外 船舶制淡装置概述 真空沸腾式制淡装置是一种真空 表明式制淡装置 有蒸发器 冷凝器 预热器三个主要部件 蒸发器 利用柴油机缸套冷却水的热量使海水加热沸腾形成蒸汽 冷凝器 利用海水冷凝蒸发器产生的蒸汽 预热器 预热蒸发器的海水 制淡装置及其系统 沿海及远洋船舶应用较多的真空沸腾式制淡装置及其系统 利用压力大大低于大气压 约93 真空度 时汽化温度为38 66 原理 使海水汽化 饮用水至少储存于两个水柜 可以停用其中一个 以便轮流清除沉淀物 饮用水应用专门水泵和管系 其管路不得和其他系统想通 船舶制淡装置概述 闪发式制淡装置是把海水预先加热至超过相当于闪发室压力的饱和温度后 进入高度真空的闪发室内 短时间内即蒸发为蒸汽 与前一种比较 闪发室内没有传热表面 也叫表面式制淡装置 我国远洋船舶装有尼勒克斯型闪发制淡装置 渔船也制成ZSS 12型闪发式制淡装置 舰船上广泛采用了三级与四级的多级闪发式制淡装置 制淡装置及其系统 制淡装置本体由两个板式热交换器 一个为盐水加热的预热器 另一个为蒸发淡水的冷却器 和一个蒸发 冷凝室 包括闪发室 汽水分离器和喷淋式冷凝器 组成 国外目前多级闪发蒸馏装置使用范围较广 结构和造价较低 安装和维修也较为方便 船舶制淡装置概述 海水淡化是指从海水中获取淡水的技术和过程 通过脱除海水中的大部分盐类 使处理后的海水达到生活和生产用水标准的水处理技术 海水淡化技术可分为两大类 一是蒸馏法 另一类是薄膜法 蒸馏法又可细分为多级闪化法 多效蒸馏法和蒸汽压缩发三种 薄膜法主要有电透析法 逆渗透法和薄膜软化法等 除此之外 还有冷冻法及近几年出现的海水淡化新技术 具体分类见表1所示 制淡装置及其系统 船舶制淡装置概述 制淡系统的选型设计包括三部分 全船淡水消耗量确定 淡水舱容量及制淡装置容量确定 全船淡水消耗量 生活淡水和船舶动力装置用淡水 制淡装置容量 一般不小于全船淡水消耗量 制淡装置淡水产量随着加热工质温度升高和流量增大而增加 随着冷却海水的温度降低和流量增大也相应的增加 全船淡水消耗量经计算确定后 根据有关制淡装置产品规格 选择比计算稍大容量的造水机 制淡装置选型设计 船舶制冷装置与空气调节概述 制冷的概念 从被冷对象 如冷藏室 中带走热量 使其建立 保持一种相对外环境处于低温状态的技术 在船舶上 目前采用机械制冷 根据原理可分为 压缩制冷 吸收式制冷 真空制冷 半导体制冷等 热负荷 每小时从冷藏室中移出的热量 制冷量 每小时能从冷藏室移出的热量 是衡量制冷装置工作能力大小的指标 单位KJ h 制冷的目的 冷藏运输 如防腐 化工原料 储藏食物 如船员和乘客的食品 改善航行中的生活条件 如冷饮 冷气 概述 船舶制冷装置与空气调节概述 压缩蒸发制冷装置 船舶制冷装置与空气调节概述 船舶空调管系 海船特别是远洋船 由于航区 季节及气象条件的变化 船员和旅客不断呼出二氧化碳 以及机械设备运转产生的热量和水蒸气等 为了改善劳动和生活条件 现代船舶上常对船员和旅客的住舱 公共活动场所以及驾驶台 海图室 报务室等位于船舶上层建筑的公共场所都采用空气调节措施 空气调节是指空气先经过处理 使其成为湿度和温度合适的洁净空气 然后再送入舱室 从而在舱室中创造出与外界气候条件不同的 人工气候 船舶制冷装置与空气调节概述 船舶空调管系 目前船上应用的空调机组分三类 集中式空调机组 船员居室较集中 通常将空气经1 3个中央空调集中处理后再送至各舱室 如货船 分组集中式空调机组 房间较多 且各类舱室调节要求不同 通常把邻近 调节要求相同相似的房间进行分组 如客船 独立式空调机 对某个房间进行调节时用的小型空调器 船舶环保设备概述 油水分离器 根据IMO规定 凡400GT以上任何船舶 均应安装符合标准的油水分离器或过滤系统 该系统设置有警报装置 在排放时不符合要求 将发出警报 根据船舶油污水的来源 其含油量和污水数量亦不尽相同 船用油水分离器可以分为舱底水油水分离器和油船用压载水和洗舱水油水分离器 含油污水处理途径主要可以分为船上和港口 或者说船舶自身处理和外部处理两类 船舶处理方法为静置分离法和设置专用压载水舱 船舶环保设备概述 油水分离器 静置分离法 是将油船的压载水和洗舱水等油污水集中在1 2个舱内 经过一段时间静置后 油液逐渐上浮集中在水面 待其含油量降低至大约50 10 6时 就可以直接排入外海中 而浮于水面的污油则留在舱内 到达装油港装载同品种货油时 就可以直接装油 或者将残留污油静妥善处理后 送入锅炉燃烧 这种方法存在局限性 分离效果常受机器振动和风浪摇摆的影响 当在较高温度和压力条件下油粒乳化和微粒化程度较高时 静置分离的效果更差 近年来采用多级污油舱和油水分离器与之配合 可以使排水的油分浓度保持在30 10 6 船舶环保设备概述 油水分离器 设置专用压载水舱 虽占去一部分舱容 但缩短了停泊时间 从而获得补偿 是目前被认为是大中型油船较现实的压载水防污办法之一 能从根本上避免含油的压载水 但在大风浪是 其压载量难以满足油船适航性的要求 所以需要和其他防污染措施相配合 才能发挥其效能 对于大颗粒的油滴在重力作用下沉淀分层较为迅速 可用沉淀分离法 对于油粒直径小而相对密度大于0 9时 虽然含油浓度往往达不到要求 为加强分离 必须将油污水加热或用专门机械装置使水中油粒巨型化 经沉淀处理后 分离出大量油污后再用其他器械将细小油滴加以分离 即二次分离 船舶环保设备概述 油水分离器 船舶环保设备概述 油水分离器 船舶环保设备概述 生活污水处理装置 船舶对水域环境的污染除了含油污水外 还有大量的生活污水和垃圾 例如厨房 洗澡间 洗衣间以及厕所等 这些非油污染物 必须进行适当的处理 以保证指标 生化耗氧量 悬浮固体量 大肠杆菌 合理 对于浴室 厨房等污水 可仅清除垃圾等固体物 并在灭菌之后排出舷外 粪便污水则需要重点处理 处理的方法主要有 在船内设置粪便柜 待靠泊时由路上设备回收 或航运至非限制海域排放 船上设置处理装置 将粪便分离净化和消毒处理后排出或将污物通过焚烧炉焚化 粪便柜加强肋放在柜外侧 以便冲洗内部 柜内壁涂敷沥青 环氧树脂或采用玻璃钢材料 结构简单 价格低廉 但往往因为柜容积大而不受欢迎 同时未经处理的污水长期存放也不卫生 使用药品杀菌除臭又将增加费用 此外还得支付港方费用 船舶环保设备概述 焚烧炉 对于船舶机舱中的废油以及船上的垃圾等固体废物 按国际规定的处理方法有两种 船上设置废油舱等加以储存 再由岸上设施处理 在船上装备焚烧炉焚化处理 一般来说设置焚烧炉费初投资较岸上处理大 但经常性费用却很小 而且在有些港口也没有岸上设施 所以目前新造远洋船舶一般都装有焚烧炉 焚烧炉具有安全 点火容易 体积小 环境适应性好和耗能少等特点 但应避免焚烧炉膛中的烟气不得进入机舱 排烟应无烟灰和气味 以免对周围空气造成污染 其容量应该满足一天所集聚的废油和垃圾 船舶动力装置管路系统 在船舶动力装置中 管路系统 泛指专门用途而输送流体的成套管路设备 是保证船舶动力装置可靠正常地工作以及船舶安全航行而设置的辅助机械 设备 检测仪表和管路的总称 简称管系 按不同用途 管系分为 动力管系和船舶管系 动力管系的任务是专门为动力装置本身的正常工作提供必要的技术条件 特别是保证推进装置的正常工作 包括燃油管系 滑油管系 冷却管系 压缩空气管系发动机进排气管系等 船舶管系任务是保证船舶安全 改进船员工作条件和生活条件 实现船舶某些作业 包括通风管系 压载管系 舱底水管系 消防管系 制冷与空调管系 积水与疏水管系 液压管系日用水管系 蒸汽管系等 如果说主发动机是船舶心脏 则管路就是船舶血管 它联系主机 辅机及全船各机械设备物流和能源系统 因此动力装置能否正常可靠的工作 除了决定于装置的主要设备的技术性能外 管路系统的性能也起着同样重要的作用 合理的选择和确定管路系统的机械设备形式 容量和数量以及确定连接于机械设备之间的管路布置和管路上阀件形式 数量和位置都是十分重要的 船舶动力装置管路系统概述 燃油管系 燃油管系的基本任务是保证主机 辅机 锅炉所需要的燃油供应 燃油管系的基本组成随动力装置形式和所用燃料品种的不同而有区别 内河小船动力装置简单 船舶航程短 燃油管系简单 远洋船舶因长期航行于海洋中 在安全可靠 经济性方面有较高的要求 因而设备较多 管理比较复杂 低速机和较大功率的中速机为了提高经济性 普遍采用重油为燃料 为了降低重油粘度 必须加热后才能供发动机使用 因而 燃油系统一般可分为两个大类 即不加热的和加热的燃油管系 船舶动力装置管路系统概述 燃油管系 不需要加热的燃油管系 燃油注入和储藏燃油的调拨燃油的清理燃油的供应 船舶动力装置管路系统概述 燃油管系 需要加热的燃油管系现代低 中速船舶柴油机动力装置一般都使用重燃油 因其价格低廉 可降低运输成本 但由于粘度大 硫分 灰分 水分及机械杂质多 因此在系统中 必须采取一系列的技术处理 使之符合柴油机燃油的要求 其中最重要的是必须进行预热和净化 以降低粘度并出去水分和杂质 船舶动力装置管路系统概述 滑油管系 滑油管系的任务是保证供给机舱中设备运动部件摩擦表面上以适量的润滑油 以形成油膜 避免各种计件间产生干摩擦 且润滑油除了减少摩擦阻力和磨耗外 还起着冷却 洗涤 气密 除锈和减震等作用 柴油机的润滑油管系实际上由机内和机外两部分 机内的滑油管系随着柴油机一起配套供应 机外的滑油系统多为压力式滑油管系 它是靠滑油泵或重力油柜将滑油以一定的压力强行压入各摩擦部位 现代绝大部分柴油机均采用这种润滑方法 一般组成 循环润滑系统 用来润滑发动机主轴承 十字头 凸轮轴等传动部件 气缸润滑系统 用来润滑活塞和气缸 增压器润滑系统 用来润滑增压器轴承等部件 滑油管系的职能范围同燃油管系 储藏 供应 调拨 清理等 但滑油的功能与燃油不同 它除了一部分随着燃油然掉及因变质而更换等消耗以外 其余绝大部分通过必要的清理净化以后 仍然可以使用 故其消耗极小 仅是燃油的百分之几 因此滑油管系的贮藏及输送设备较燃油管系简单 而供应和清理的要求较高 船舶动力装置管路系统概述 滑油管系 滑油的供应方式 利用压力油泵直接把滑油压入发动机内的滑油压力总管到达各摩擦面 设备机构简单 利用重力柜内油的静压头保证摩擦面上的滑油压力 滑油压力均衡不变 船舶动力装置管路系统概述 滑油管系 滑油的清理方式 循环管系中的滑油在长期不断的循环工作中其油质逐渐下降而变污 一般采用轮换清洗和平行清理两种方法 轮换清理 把油脂下降的污滑油 定期从油池中移到机外进行清理平行清理 发动机一边工作一边不断从循环油柜中抽出一部分滑油 经过滑油分离机将固体杂质和水分清除掉又回到循环油柜中 滑油平行清理法 船舶动力装置管路系统概述 滑油管系 轮换清理和平行清理都能在航行中不停发动机情况下连续处理 所以在船舶上均有应用 后者能使滑油经常保持稳定品质 而前者在开始和进行轮换是品质不完全相同 其次前者需要有较大的污油沉淀柜 以处理污油 目前大型船舶上 普遍采用平行情理法 而功率小的船上或发电辅机上较多使用轮换清理法 船舶动力装置管路系统概述 冷却管系 动力机械设备在正常运转过程中不断地发出热量 这些热量必须及时散发掉 否则发热件的温度将连续上升以致超过容许界限而损坏 冷却管系的主要使命就是解决散热问题 提高动力装置的工作可靠性 而所有需要冷却的机械设备中 主机是最主要的设备 主机冷却方法有三种 开式循环 直接舷外水直接冷却管系闭式循环 淡水冷却管系中心冷却管系 船舶动力装置管路系统概述 冷却管系 开式循环 直接舷外水直接冷却管系 这种形式比较简单 但舷外水所含泥沙 污物较多 易使过滤器 冷却器堵塞 特殊是海水中所含有的盐分 对计件腐蚀很严重 而所沉淀的污垢会降低热传导效率 从而影响发动机运转 温度要求控制在55 多数用于内河小型船舶 船舶动力装置管路系统概述 冷却管系 闭式循环 淡水冷却管系 淡水冷却管系是由舷外水间接冷却淡水 发动机内部并不直接接触舷外水 从而避免了上述舷外水对发动机的不良影响 且有利于采用高的冷却水温来满足现代柴油机对冷却系统的要求 有利于提高热效率 同时还有利于缩短暖机时间 提高机动性 船舶动力装置管路系统概述 冷却管系 上述两种冷却管系均是以舷外海水流经各冷却器来冷却缸套的循环淡水 润滑油和增大空气等最后排出舷外 此系统称为柴油机动力装置常规冷却系统 虽然船上采用海水冷却时最方便 船舶周围有取之不尽的海水 然而由于海水有腐蚀性 特别是近年来海洋污染程度日趋严重 致使冷却管系中的海水滤器 冷却器 阀门和管路等遭到腐蚀 影响机器设备正常运行 且需频繁地进行清洗和维修 造成船舶营运成本增加 正因为常规冷却管系存在上诉缺点 所以20世纪60年代后期出现改进型的冷却管系 即中心冷却管系 船舶动力装置管路系统概述 冷却管系 中心冷却管系 主 辅机滑油 凸轮轴滑油 增压空气冷却器及其辅助冷却器均采用淡水作为循环的冷却介质 循环淡水中的热量通过低温中心冷却器传给海水并排出舷外 主 辅机及其他辅助设备附带的冷却器均采用淡水冷却 因此各冷却器的传热面能经常保持清洁和良好的传热效果 同时可使海水管路大大缩短 它仅仅对中央淡水冷却器进行冷却 受海水腐蚀的设备和管路也相应减少