船舶动力装置课件

1、新型船舶动力装置新型船舶动力装置 吊舱推进吊舱推进 燃气轮机推进燃气轮机推进 AIPAIP推进推进 表面桨表面桨 船舶推进装置船舶推进装置 螺旋桨推进螺旋桨推进 早期船舶推进早期船舶推进 现代船舶推进现代船舶推进 电力推进电力推进 超导磁流体推进超导磁流体推进 喷水推进喷水推进 船舶推进装置是船舶上提供推力的工具，船舶推进装置是船舶上提供推力的工具， 它的作用是将船舶动力装置提供的动力转它的作用是将船舶动力装置提供的动力转 换成推力，推进船舶换成推力，推进船舶 推进器按作用方式可分为主动式和反应式推进器按作用方式可分为主动式和反应式 两类。靠人力或风力驱船前进的纤、帆等两类。靠人力或风力驱船前

2、进的纤、帆等 为主动式，桨、橹、明轮、喷水推进器、为主动式，桨、橹、明轮、喷水推进器、 螺旋桨等为反应式螺旋桨等为反应式 船舶推进装置船舶推进装置 早期船舶推进动力主要依靠人力、畜力和早期船舶推进动力主要依靠人力、畜力和 风力风力( (即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆) ) 等。等。 早期船舶推进早期船舶推进 唐代李皋发明了唐代李皋发明了“桨轮船桨轮船”。他在船的舷。他在船的舷 侧或艉部装上带有桨叶的桨轮侧或艉部装上带有桨叶的桨轮, ,靠人力踩动靠人力踩动 桨轮轴桨轮轴, ,使轮周上的桨叶拨水推动船体前进使轮周上的桨叶拨水推动船体前进 。因为这种船的桨轮下。因为这种

3、船的桨轮下 半部浸入水中半部浸入水中, ,上半部露上半部露 出水面出水面, ,由于其侧之推进由于其侧之推进 轮极似车轮，故后来又称轮极似车轮，故后来又称 之为车轮舟或车船。所以之为车轮舟或车船。所以 称为称为“明轮船明轮船”或或“轮船轮船” 到到1919世纪世纪6060年代，用螺旋桨作推进器的轮年代，用螺旋桨作推进器的轮 船已经将装着明轮的蒸汽船淘汰掉。但船已经将装着明轮的蒸汽船淘汰掉。但“ 轮船轮船”这个名字因为称呼上的通俗和习惯这个名字因为称呼上的通俗和习惯 ，用螺旋桨推进的船仍称为，用螺旋桨推进的船仍称为“轮船轮船”，并，并 沿袭至今沿袭至今 现代运输船舶绝大多数大多采用的是反应现代运输

4、船舶绝大多数大多采用的是反应 式推进器。按照原理不同，有燃气轮机推式推进器。按照原理不同，有燃气轮机推 进，螺旋桨推进、喷水推进、电力推进、进，螺旋桨推进、喷水推进、电力推进、 吊舱推进、表面桨推进、超导磁流体推进、吊舱推进、表面桨推进、超导磁流体推进、 AIP AIP 等等 现代船舶推进现代船舶推进 （Gas turbine Gas turbine ） 燃气轮机是以连续流燃气轮机是以连续流 动的气体为工质、把动的气体为工质、把 热能转换为机械功的热能转换为机械功的 旋转式动力机械，包旋转式动力机械，包 括压气机、加热工质括压气机、加热工质 的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅的设备（如燃烧

5、室）、透平、控制系统和辅 助设备等助设备等 燃气轮机推进燃气轮机推进 走马灯是燃气轮机的雏形。我走马灯是燃气轮机的雏形。我 国在国在11 11 世纪就有走马灯的记载，世纪就有走马灯的记载， 它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上 升热气推动顶部风车及其转轴上升热气推动顶部风车及其转轴上 的纸人马一起旋转。的纸人马一起旋转。1515世纪末，世纪末， 意大利人列奥纳多意大利人列奥纳多达芬奇设计达芬奇设计 的烟气转动装置，其原理与走马的烟气转动装置，其原理与走马 灯相同灯相同 现代燃气轮机发动机主要现代燃气轮机发动机主要 由压气机、燃烧室和透平由压气机、燃烧室和透平 三大部件组成。

6、当它正常三大部件组成。当它正常 工作时，工质顺序经过吸工作时，工质顺序经过吸 气压缩、燃烧加热、膨胀气压缩、燃烧加热、膨胀 做功以及排气放热等四个做功以及排气放热等四个 工作过程而完成一个由热工作过程而完成一个由热 变功的转化的热力循环变功的转化的热力循环 燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮 机。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部机。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（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。生成压缩空气混

7、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，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，乏气排入大气中推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中 或再加利用或再加利用 舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为 主机的全燃化动力装置。它自五十年代末主机的全燃化动力装置。它自五十年代末 期起，尤其是六十年代中期以来，已得到期起，尤其是六十年代中期以来，已得到 了极其广泛的应用。功率总数日益增长，了极其广泛的应用。功率总数日益增长， 装舰使用范围日益扩大，已由快艇发展到装舰使用范围日益扩大，已由快艇发展到 了护卫舰、导弹驱逐了护卫舰、导弹

8、驱逐 舰、巡洋舰和直升机舰、巡洋舰和直升机 航空母舰等，可谓是航空母舰等，可谓是 舍我其谁舍我其谁 燃气轮机作为军舰动力的优势燃气轮机作为军舰动力的优势 在军舰动力方案选择上，燃机轮机的主要在军舰动力方案选择上，燃机轮机的主要 竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机，竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机， 但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系 统性能要求更为吻合，燃气轮机成为了各统性能要求更为吻合，燃气轮机成为了各 国军舰动力系统发展的唯一选择。老牌海国军舰动力系统发展的唯一选择。老牌海 军强国如美国海军、英国海军、日本海上军强国如美国海军、英国海军、日本海上 自

9、卫队的主力水面作战舰只早已完成动力自卫队的主力水面作战舰只早已完成动力 燃气轮机化。燃气轮机化。 竞争激烈的船用燃气轮机竞争激烈的船用燃气轮机 在世界范围内，船用燃气轮机装置的市场在世界范围内，船用燃气轮机装置的市场 一直主要由一直主要由GEGE和罗和罗罗这两大公罗这两大公 司所统治司所统治 ，但是目前则受到了来自各方的挑战。，但是目前则受到了来自各方的挑战。 - MFT-8MFT-8燃气轮机燃气轮机 - TF40TF40系列燃气轮机系列燃气轮机 - SolarSolar燃气轮机燃气轮机 （propellerpropeller） 是现代船舶的主要推进工具是现代船舶的主要推进工具, ,现在大多数

10、船现在大多数船 舶是用螺旋桨来推进的舶是用螺旋桨来推进的 按照桨叶多少，螺旋桨有按照桨叶多少，螺旋桨有2 2、3 3或或4 4个桨叶个桨叶, , 甚至更多。一般桨叶越多吸收功率越大甚至更多。一般桨叶越多吸收功率越大 按照构造不同，螺旋桨分为定距和变距螺按照构造不同，螺旋桨分为定距和变距螺 旋桨两大类。旋桨两大类。 定距螺旋桨，螺距是固定不定距螺旋桨，螺距是固定不 变的。变的。 变距螺旋桨，通过螺旋桨变距机构变距螺旋桨，通过螺旋桨变距机构 调节螺距调节螺距 螺旋桨推进螺旋桨推进 在普通螺旋桨的基础上，为了改善性能，在普通螺旋桨的基础上，为了改善性能， 更好地适应各种航行条件和充分利用主机更好地适

11、应各种航行条件和充分利用主机 功率，发展了多特种螺旋桨，如导管螺旋功率，发展了多特种螺旋桨，如导管螺旋 桨、串列螺旋桨、对转螺旋桨、直叶推进桨、串列螺旋桨、对转螺旋桨、直叶推进 器等器等 串列螺旋桨串列螺旋桨 导管螺旋桨导管螺旋桨 对转螺旋桨对转螺旋桨 槽道螺旋桨槽道螺旋桨 （podded propulsorspodded propulsors） 目前，在船舶电力推进系统中，应用最为目前，在船舶电力推进系统中，应用最为 广泛的推进器是吊舱式推进器。吊舱式电广泛的推进器是吊舱式推进器。吊舱式电 力推进装置的结构是将电机放在一个吊舱力推进装置的结构是将电机放在一个吊舱 内，定距螺旋桨直接连接在电机

12、轴上，可内，定距螺旋桨直接连接在电机轴上，可 360360度旋转，在任何方向上产生推力，不需度旋转，在任何方向上产生推力，不需 要舵和侧推器。集推进和操舵装置于一体，要舵和侧推器。集推进和操舵装置于一体， 能够增加船舶设计、建造和使用的灵活性能够增加船舶设计、建造和使用的灵活性 吊舱推进吊舱推进 整个吊舱位于船体外侧浸泡在海水中直接整个吊舱位于船体外侧浸泡在海水中直接 向外散热，从而整个推进器不需要额外冷向外散热，从而整个推进器不需要额外冷 却。这种设计有利于减轻船体自身重量、却。这种设计有利于减轻船体自身重量、 节省空间，并且能够降低噪声和振动，使节省空间，并且能够降低噪声和振动，使 得机动

13、性能更加良好，同时，还为推进器得机动性能更加良好，同时，还为推进器 的制造、维护和检修提供了方便的制造、维护和检修提供了方便 （electric propulsion electric propulsion ） 一直以来，船舶推进方式是船舶科技工作一直以来，船舶推进方式是船舶科技工作 者们研究的一个重要领域。传统的船舶推者们研究的一个重要领域。传统的船舶推 进方式是利用原动机直接推进。而船舶电进方式是利用原动机直接推进。而船舶电 力推进则是一种由原动机带动发电机发电，力推进则是一种由原动机带动发电机发电， 经变频器把满足要求的电流送到推进电动经变频器把满足要求的电流送到推进电动 机，从而驱动螺

14、旋桨的推进方式机，从而驱动螺旋桨的推进方式 电力推进电力推进 它具有体积重量小、布置灵活、安全可靠它具有体积重量小、布置灵活、安全可靠 性好、自动化程度高、环保效果好等特点，性好、自动化程度高、环保效果好等特点， 深受各国造船业的青睐。事实上，深受各国造船业的青睐。事实上， 舰艇电舰艇电 力推进的应用历史悠久，二战时期曾流行力推进的应用历史悠久，二战时期曾流行 一时。当时，美海军建造了数百艘电力推一时。当时，美海军建造了数百艘电力推 进战舰。当时采用电力推进的主要原因是进战舰。当时采用电力推进的主要原因是 齿轮装置制造量不足。由于技术水平的限齿轮装置制造量不足。由于技术水平的限 制，系统大而笨

15、、效率低、成本高制，系统大而笨、效率低、成本高 自自2020世纪世纪8080年代以来，随着电力半导体技年代以来，随着电力半导体技 术、交流调速理论和微机控制技术的迅速术、交流调速理论和微机控制技术的迅速 发展，船舶电力推进系统在机动性、可靠发展，船舶电力推进系统在机动性、可靠 性、运行效率和推进功率等方面都有了突性、运行效率和推进功率等方面都有了突 破性的进展破性的进展 舰艇电力推进系统一般由以下几部分组成：舰艇电力推进系统一般由以下几部分组成： 螺旋桨螺旋桨 电动机电动机 发电机发电机 原动机原动机 控制调节设备控制调节设备 （Surface propellerSurface propell

16、er） 表面桨就是船只在航行时水线正好穿过其表面桨就是船只在航行时水线正好穿过其 桨毂的螺旋桨。传统的螺旋桨与桨轴都浸桨毂的螺旋桨。传统的螺旋桨与桨轴都浸 没在水中。而表面桨只有螺旋桨的桨叶浸没在水中。而表面桨只有螺旋桨的桨叶浸 入水中。桨轴及其支架都在水面上，它们入水中。桨轴及其支架都在水面上，它们 不再产生附加阻力，而且改善了流经螺旋不再产生附加阻力，而且改善了流经螺旋 桨的水流，螺旋桨的工作效率大大提高桨的水流，螺旋桨的工作效率大大提高 表面桨表面桨 表面桨具有以下特性：表面桨具有以下特性： - - 可垂直调整的螺旋桨轴可垂直调整的螺旋桨轴 - - 可靠的推进操作性可靠的推进操作性 -

17、- 灵敏的操作性灵敏的操作性 - - 浅水区的航行能力浅水区的航行能力 （magneto hydrodynamic propulsion magneto hydrodynamic propulsion plantplant） 船舶磁流体推进是利用海水中的电流与磁船舶磁流体推进是利用海水中的电流与磁 场间的相互作用力使海水运动而产生的一场间的相互作用力使海水运动而产生的一 种推进方法。船舶磁流体推进具有高效、种推进方法。船舶磁流体推进具有高效、 振动小、噪声低、操纵灵活、布置方便等振动小、噪声低、操纵灵活、布置方便等 特点。特点。 超导磁流体推进超导磁流体推进 磁流体推进是一项综合性很强的高新技

18、术，磁流体推进是一项综合性很强的高新技术， 目前许多造船大国纷纷对此技术进行了详目前许多造船大国纷纷对此技术进行了详 细研究，并预测此种推进方式将是本世纪细研究，并预测此种推进方式将是本世纪 最有希望的船舶推进方式之一最有希望的船舶推进方式之一 （Air-Independent PropulsionAir-Independent Propulsion） AIPAIP推进，是指可使潜艇在无需浮出水面或推进，是指可使潜艇在无需浮出水面或 使用呼吸管获取空气中的氧气的条件下使使用呼吸管获取空气中的氧气的条件下使 轮机保持运转以驱动潜艇的技术轮机保持运转以驱动潜艇的技术 与核动力潜艇相比，常规动力潜艇

19、机动灵与核动力潜艇相比，常规动力潜艇机动灵 活、噪音小、造价低，但它有一个致命的活、噪音小、造价低，但它有一个致命的 弱点：不能在水下作长时间的航行，必须弱点：不能在水下作长时间的航行，必须 经常上浮至海面经常上浮至海面“呼吸呼吸” AIPAIP推进推进 不依赖空气推进技术通常可以将潜艇的自不依赖空气推进技术通常可以将潜艇的自 持力增大约持力增大约1 1倍以上，但造价高昂且稳定性倍以上，但造价高昂且稳定性 仍然受到怀疑。虽然不依赖空气推进技术仍然受到怀疑。虽然不依赖空气推进技术 通常是在传统的柴电动力基础上进行升级，通常是在传统的柴电动力基础上进行升级， 但现阶段仍然有很大难度，目前只被少数但

20、现阶段仍然有很大难度，目前只被少数 国家掌握。目前，已明确拥有该项技术的国家掌握。目前，已明确拥有该项技术的 只有俄罗斯、德国、瑞典、法国、西班牙只有俄罗斯、德国、瑞典、法国、西班牙 和日本。和日本。 （water jet propellerwater jet propeller） 喷水推进器由水泵、吸水管道、喷水管道喷水推进器由水泵、吸水管道、喷水管道 等部件所组成等部件所组成, ,利用水泵作动力，将水从船利用水泵作动力，将水从船 底孔吸入，经舷部管子，依靠船尾的水泵底孔吸入，经舷部管子，依靠船尾的水泵 喷出高压高速水流的反作用力来推进船舶，喷出高压高速水流的反作用力来推进船舶， 并通过调向

21、阀门的阀轴转动改变出水方向并通过调向阀门的阀轴转动改变出水方向 来实现对船舶的操纵（前进、转向和倒退）来实现对船舶的操纵（前进、转向和倒退） 喷水推进喷水推进 乌贼素有乌贼素有”海中火箭海中火箭”之称它在逃跑或之称它在逃跑或 追捕食物时追捕食物时, , 最快速度可达每秒最快速度可达每秒 米米, , 连奥林匹克运动会上的百米短跑冠军也望连奥林匹克运动会上的百米短跑冠军也望 尘莫及尘莫及 人们根据乌贼喷水推进人们根据乌贼喷水推进 方式方式, , 设计制造出了喷水设计制造出了喷水 推进装置推进装置 喷水推进装置的基本结构喷水推进装置的基本结构 包含有吸水装置、输水装置和喷水装置。包含有吸水装置、输水

22、装置和喷水装置。 吸水装置位于舰船的首部，含有吸水口、吸水装置位于舰船的首部，含有吸水口、 吸水口防护罩、吸水口开关等。吸水口开吸水口防护罩、吸水口开关等。吸水口开 设在舰船的首部，吸水口防护罩罩住吸水设在舰船的首部，吸水口防护罩罩住吸水 口的开口部分，联接在舰船的壳体上，吸口的开口部分，联接在舰船的壳体上，吸 水口开关的进水端联接吸水口的收口端，水口开关的进水端联接吸水口的收口端， 其出水端与输水装置中的输水管的前端相其出水端与输水装置中的输水管的前端相 联，增压泵的出水端与增压输水管的前端联，增压泵的出水端与增压输水管的前端 相联。相联。 输水装置中的增压泵可为一个或多个，视输水装置中的增

23、压泵可为一个或多个，视 舰船的长度、大小和增压的实际需要配置，舰船的长度、大小和增压的实际需要配置， 若为多个，则从第一级到最后一级依次串若为多个，则从第一级到最后一级依次串 联（一个增压泵为一级增压，多个增压泵联（一个增压泵为一级增压，多个增压泵 则为多级增压）。则为多级增压）。 喷水装置位于舰船的尾部，含有喷水机、喷水装置位于舰船的尾部，含有喷水机、 调向阀门、正向喷头及开关、逆向喷头及调向阀门、正向喷头及开关、逆向喷头及 开关。喷水机的进水端与增压输水管的出开关。喷水机的进水端与增压输水管的出 水端相联，其出水端与调向阀门的进水相水端相联，其出水端与调向阀门的进水相 联，调向阀门的两个出

24、水端分别与正向喷联，调向阀门的两个出水端分别与正向喷 头开关的进水端相联。正向喷头的出水端头开关的进水端相联。正向喷头的出水端 伸出舰船尾部正面壳体，逆向喷头的出水伸出舰船尾部正面壳体，逆向喷头的出水 端伸出舰船尾部侧面壳体端伸出舰船尾部侧面壳体 喷水推进的特点喷水推进的特点 (1) (1) 在限制直径情况下，喷水推进的效率在限制直径情况下，喷水推进的效率 可以比普通浆为高这是因为，泵的叶轮可以比普通浆为高这是因为，泵的叶轮 可承受比普通桨高的负荷。可承受比普通桨高的负荷。 (2) (2) 可在空泡很低的情况下正常工作因可在空泡很低的情况下正常工作因 为泵有较高的抗汽蚀性能。为泵有较高的抗汽蚀

25、性能。 (3) (3) 振动小。因为泵的叶轮似在导管中工振动小。因为泵的叶轮似在导管中工 作，流动均匀，激振力小。作，流动均匀，激振力小。 喷水推进的特点喷水推进的特点 (4) (4) 倒车和回转时主机转向不变，倒车回倒车和回转时主机转向不变，倒车回 转较灵活，倒车施力较普通浆为大转较灵活，倒车施力较普通浆为大 (5) (5) 喷水推进系统采用后，减少了船体上喷水推进系统采用后，减少了船体上 的附件，如尾轴和轴架等，有利于减少阻的附件，如尾轴和轴架等，有利于减少阻 力高速艇尤其如此。力高速艇尤其如此。 (6) (6) 由于喷水装置能在多工况下较好地发由于喷水装置能在多工况下较好地发 挥主机功率

26、，因此在多工况船舶上采用也挥主机功率，因此在多工况船舶上采用也 比较有利。比较有利。 喷水推进的缺点喷水推进的缺点 (1) (1) 在吃水不限制的情况下，与普通桨相在吃水不限制的情况下，与普通桨相 比，喷水推进效率较低，故一般在常规船比，喷水推进效率较低，故一般在常规船 上不采用。上不采用。 (2) (2) 喷水推进系统结构工艺上较复杂喷水推进系统结构工艺上较复杂 ( ( 特特 别是导流片和倒车装置别是导流片和倒车装置 ) ) ，建造成本高，建造成本高， 检修也较困难。检修也较困难。 (3) (3) 喷水管道内因水的重量作用使船舶排喷水管道内因水的重量作用使船舶排 水量增加水量增加 (4) (4) 在卵石多的浅水航道中采用时，泵的在卵石多的浅水航道中采用时，泵的 叶轮易被打坏叶轮易被打坏 喷水推进的应用喷水推进的应用 喷水推进较适用于内河拖轮、浅水自航船喷水推进较适用于内河拖轮、浅水自航船