绪论船舶动力装置

1、第一节第一节 船舶动力装置的组成和类型船舶动力装置的组成和类型一一、船舶动力装置的含义、船舶动力装置的含义 是为了满足船舶航行是为了满足船舶航行、各种作业、各种作业、人员的生活、财产和人员的安全需要所人员的生活、财产和人员的安全需要所设置的全部机械、设备和系统的总称。设置的全部机械、设备和系统的总称。二二、船舶动力装置的组成船舶动力装置的组成 根据根据 组组 成成 船舶动力装置的各种机械、设备和系统的作用船舶动力装置的各种机械、设备和系统的作用不同，不同， 整个动力装置可分为：整个动力装置可分为： 1.推进装置推进装置 推动推动 船船 舶舶 航行的装置。它包括主机、传动设备、轴系和航行的装置。

2、它包括主机、传动设备、轴系和推进器。主机发出动力，通过传动设备及轴系驱动推进器产生推进器。主机发出动力，通过传动设备及轴系驱动推进器产生推力，使船舶克服阻力以某一航速航行。推力，使船舶克服阻力以某一航速航行。2.辅助装置辅助装置 除推进装置以外的其他产生能量的装置。包括船舶电站、除推进装置以外的其他产生能量的装置。包括船舶电站、辅锅炉、液压泵站和压缩空气系统，它们分别产生电能、蒸汽辅锅炉、液压泵站和压缩空气系统，它们分别产生电能、蒸汽热能、液压能和压缩空气供全船使用。热能、液压能和压缩空气供全船使用。3.管路系统管路系统 用用 以输以输 送送 流体的管系。由各种阀件、管路、泵、滤器、流体的管系

3、。由各种阀件、管路、泵、滤器、热交换器等组成。热交换器等组成。 （1）动力系统）动力系统 （2）辅助系统）辅助系统 4.甲板机械甲板机械 为保为保 证证 船船 舶航向、停泊、装卸货物及起落重舶航向、停泊、装卸货物及起落重物所设置的机械设备。包括舵机、锚机、绞缆机、物所设置的机械设备。包括舵机、锚机、绞缆机、起货机、尾门尾跳系统、吊艇机及舷梯升降机等。起货机、尾门尾跳系统、吊艇机及舷梯升降机等。 5.防污染设备防污染设备 用来用来 处处 理理 船上污油水、油泥、生活污水及船上污油水、油泥、生活污水及各种垃圾的设备。其中有油水分离装置、焚烧炉各种垃圾的设备。其中有油水分离装置、焚烧炉及生活污水处理

4、装置等。及生活污水处理装置等。 6.自动化设备自动化设备 为改为改 善善 船船 员工作条件、减轻劳动强度和维员工作条件、减轻劳动强度和维护工作量、提高工作效率以及减少人为操作错误护工作量、提高工作效率以及减少人为操作错误所设置的设备。主要由遥控、自动调节、监视、所设置的设备。主要由遥控、自动调节、监视、报警和打印等设备组成。报警和打印等设备组成。 三、船舶动力装置的类型三、船舶动力装置的类型 船舶动力装置往往按推进装置的类型进行分类。船舶动力装置往往按推进装置的类型进行分类。 1.蒸汽动力装置蒸汽动力装置 蒸汽动力装置有往复式蒸汽机和汽轮机蒸汽动力装置有往复式蒸汽机和汽轮机 2.燃气动力装置燃

5、气动力装置 燃气动力装置有柴油机动力装置和燃气轮机动力装置燃气动力装置有柴油机动力装置和燃气轮机动力装置 3.核动力装置核动力装置 柴油柴油 机机 动动 力装置柴油机不仅是热效率最高的一种热力装置柴油机不仅是热效率最高的一种热机，而且还具有起动迅速、部分负荷运转性能好、安全机，而且还具有起动迅速、部分负荷运转性能好、安全可靠、装置的重量较轻、功率范围大可靠、装置的重量较轻、功率范围大(从几千瓦至数万从几千瓦至数万千瓦千瓦)等一系列优点等一系列优点. 核核 动力动力 装装 置的优点是所用燃料的重量极轻，船舶置的优点是所用燃料的重量极轻，船舶续航力很大。核燃料燃烧不用空气助燃，不需设进、排续航力很

6、大。核燃料燃烧不用空气助燃，不需设进、排气系统。但造价高，核分裂反应释放出大量放射性物质气系统。但造价高，核分裂反应释放出大量放射性物质需要严加防护，操纵、管理、检查系统复杂，在商船上需要严加防护，操纵、管理、检查系统复杂，在商船上应用甚少。应用甚少。 四、对船舶动力装置的要求四、对船舶动力装置的要求 1.可靠性可靠性 2.经济性经济性 3.机动性机动性 （1）启航时间）启航时间 （2）加速时间）加速时间 （3）换向时间和可能的起动次数）换向时间和可能的起动次数 （4）倒航时间）倒航时间 （5）发动机的最低稳定转速和转速限制区）发动机的最低稳定转速和转速限制区域域 4.续航力续航力第二节第二节

7、 船舶推进装置的传动方式船舶推进装置的传动方式 一、直接传动一、直接传动 直接传动是主机动力直接通过轴系传给螺旋桨的传动方式。直接传动是主机动力直接通过轴系传给螺旋桨的传动方式。 主要优点是：主要优点是： （1）结构简单，维护管理方便。）结构简单，维护管理方便。 （2）经济性好，传动损失少，传动效率高。主机大型低速柴油）经济性好，传动损失少，传动效率高。主机大型低速柴油机。螺旋桨转速较低，推进效率较高。机。螺旋桨转速较低，推进效率较高。 （3）工作可靠，寿命长。普遍应用于大、中功率的民用船上。）工作可靠，寿命长。普遍应用于大、中功率的民用船上。 缺点是：整个动力装置的重量尺寸大，要求主机有可反

8、转性缺点是：整个动力装置的重量尺寸大，要求主机有可反转性能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机最低稳定转速的限制。最低稳定转速的限制。二、间接传动二、间接传动 间接传动是主机和螺旋桨之间的动力传递除经过轴系间接传动是主机和螺旋桨之间的动力传递除经过轴系外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）的外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）的一种传动方式。一种传动方式。 主要优点是：主要优点是： （1）主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制。）主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制。 （2）轴系布置比较自由。主机

9、曲轴和螺旋桨轴可以同心）轴系布置比较自由。主机曲轴和螺旋桨轴可以同心布置也可以不同心布置布置也可以不同心布置 。 （3）在带有倒顺车离合器的装置中，主机不用换向，使）在带有倒顺车离合器的装置中，主机不用换向，使主机结构简单，工作可靠，管理方便，机动性提高。主机结构简单，工作可靠，管理方便，机动性提高。 （4）有利于多机并车运行及设置轴带发电机。）有利于多机并车运行及设置轴带发电机。 主要缺点是轴系结构复杂，传动效率较低。主要缺点是轴系结构复杂，传动效率较低。 多用于中小型船舶及大功率中速柴油机。多用于中小型船舶及大功率中速柴油机。三、三、Z型传动型传动 Z型传动装置又称悬挂式螺旋桨装置。型传动

10、装置又称悬挂式螺旋桨装置。 它有以下优点：它有以下优点： （1）操纵性能好。）操纵性能好。 特别是采用两台主机时，而每台分别带特别是采用两台主机时，而每台分别带 动一个动一个Z型传动装置时，可以使船舶原地回转、横向移型传动装置时，可以使船舶原地回转、横向移 动、快速进退以及微速航行等。动、快速进退以及微速航行等。 （2）可以省掉航、尾柱和尾轴管等结构，使船尾形状简）可以省掉航、尾柱和尾轴管等结构，使船尾形状简 单，船体阻力减少。单，船体阻力减少。 （3）可用重量轻）可用重量轻、体积小的中、高速柴油机，而不需要单体积小的中、高速柴油机，而不需要单 独的减速齿轮装置，主机不需要换向机构独的减速齿轮

11、装置，主机不需要换向机构 。 （4）由于这种传动装置是垂直悬挂在船尾，可由船尾部甲）由于这种传动装置是垂直悬挂在船尾，可由船尾部甲 板开口处吊装，检修不用进坞板开口处吊装，检修不用进坞 。 但传递功率受到一定的限制，仅适用于小型船舶，如港作船但传递功率受到一定的限制，仅适用于小型船舶，如港作船等。等。四、电力传动四、电力传动 电力传动是主机驱动主发电机，将发出的电供到主配电板，再由主配电电力传动是主机驱动主发电机，将发出的电供到主配电板，再由主配电板供电给主电动机，从而驱动螺旋运转的传动方式。板供电给主电动机，从而驱动螺旋运转的传动方式。 优点是：优点是： （1）主机和螺旋桨之间没有机械联系）

12、主机和螺旋桨之间没有机械联系 ； （2）主机转速不受螺旋桨转速的限制，可选用中、高速柴油机，并可在柴）主机转速不受螺旋桨转速的限制，可选用中、高速柴油机，并可在柴油机油机恒定转速下恒定转速下调节电动机转速，使螺旋桨转速得到均匀、大范围的调节；调节电动机转速，使螺旋桨转速得到均匀、大范围的调节； （3）螺旋桨反转是靠）螺旋桨反转是靠改变主电动机（直流）电流方向改变主电动机（直流）电流方向来完成的，倒车功率来完成的，倒车功率大，操纵容易，反转迅速，船舶机动性能提高；大，操纵容易，反转迅速，船舶机动性能提高； （4）主电动机对外界负荷的变化适应性好，甚至可以短时间堵转。）主电动机对外界负荷的变化适应

13、性好，甚至可以短时间堵转。 （5）优化机舱优化机舱 机械噪声下降，振动减少，工作区整洁，减少废气排放，机舱内空气机械噪声下降，振动减少，工作区整洁，减少废气排放，机舱内空气新鲜，环境质量得到改善。新鲜，环境质量得到改善。 （6）维护减轻维护减轻 实现自动化监控，能很快发现问题，排除故障，可进行有针对性的适实现自动化监控，能很快发现问题，排除故障，可进行有针对性的适情和适时维护，情和适时维护， 提高了适航性提高了适航性、减轻了工作量。减轻了工作量。 （7）实现自控实现自控 有利于计算机网络管理，有助于实现系统的自动控制，全面提升船舶有利于计算机网络管理，有助于实现系统的自动控制，全面提升船舶信息

14、化、智能化、自动化水准。信息化、智能化、自动化水准。 其缺点是：其缺点是： （1）需要经过机械能变电能、电能变机）需要经过机械能变电能、电能变机械能两次能量转换，传动效率低；械能两次能量转换，传动效率低； （2）增加了主发电机及主电动机，使动）增加了主发电机及主电动机，使动力装置总的重量和尺寸都增加，造价和维力装置总的重量和尺寸都增加，造价和维护费用提高。护费用提高。 （3）对维护人员的技术要求，特别是对维护人员的技术要求，特别是电气工程技术水平的要求较高电气工程技术水平的要求较高。图 片图 片实实 例例实实 例例电力推进电力推进-中国海监中国海监8383号号 中国海监中国海监83号号 200

15、5年年8月月13日，我国首条自行设计，配备全日，我国首条自行设计，配备全电力推进电力推进Azipod系统的科学考察船成功交船系统的科学考察船成功交船 第一条完全由国内自主设计，采用第一条完全由国内自主设计，采用紧凑式吊舱紧凑式吊舱电力推进装置电力推进装置及及I级动力定位系统的级动力定位系统的3000吨级吨级科学考察船科学考察船 与常规推进相比，它能带来与常规推进相比，它能带来10到到15的燃油的燃油节约，另外它还有噪音少、震动小、操作灵活节约，另外它还有噪音少、震动小、操作灵活的优点的优点 采用SSP（海豚）推进器 2002年年12月月18日日, ,我国我国新型半潜船新型半潜船 ，具有世界，具

16、有世界半潜船半潜船“全能冠军全能冠军”和和“亚洲第一船亚洲第一船”美誉的美誉的泰安口轮泰安口轮投入营运，填补了我国造船史上的一投入营运，填补了我国造船史上的一项空白。项空白。20032003年年8 8月，泰安口轮的姊妹船月，泰安口轮的姊妹船康康盛口轮盛口轮强势加盟中远航运，又极大地增强了中强势加盟中远航运，又极大地增强了中远航运挑战超极限运输的能力。具有远航运挑战超极限运输的能力。具有5 5个吊舱个吊舱推进器推进器 两条船可以合在一起，装货能力达两条船可以合在一起，装货能力达3 3万吨，下万吨，下潜达到潜达到9 9米米 SSP推进器SSP 推推 进进 器器推进器图例泰安口轮船船 舶舶 领领 域

17、域 的的 应应 用用 COSCO”泰安口泰安口“轮简介：轮简介： “泰安口泰安口”半潜船载重量半潜船载重量18000吨，总长吨，总长156米，可以装载海洋钻井米，可以装载海洋钻井平台。船尾左舷和右舷安装了平台。船尾左舷和右舷安装了SIEMENS公司和公司和SCHOTTEL公司联合生公司联合生产的吊舱式电力推进系统（产的吊舱式电力推进系统（Siemens Schottel Propeller，简称简称SSP），），其螺旋桨可以其螺旋桨可以360度回转，船舶在航行时可以在极小的范围内灵活运动。度回转，船舶在航行时可以在极小的范围内灵活运动。 电网由三个层次组成：一是电网由三个层次组成：一是6.6K

18、V的中压主系统，二是的中压主系统，二是450V的辅助的辅助低压系统，三是低压系统，三是450V的应急系统。的应急系统。 电源：电源：3台台5200KVA，720r/min，60Hz的主发电机组，柴油机为的主发电机组，柴油机为Warslia 9L32，可以单独或者并联向中压电网供电。，可以单独或者并联向中压电网供电。 负载：船尾左右舷各一台吊舱式电力推进器负载：船尾左右舷各一台吊舱式电力推进器SSP的的4.7MW永磁同永磁同步电动机及为其变频调速服务的变压器、晶闸管装置；左右舷各一台侧步电动机及为其变频调速服务的变压器、晶闸管装置；左右舷各一台侧推器的推器的800KW电动机及为其变频调速服务的变

19、压器、晶闸管装置；和电动机及为其变频调速服务的变压器、晶闸管装置；和可以为可以为450V的辅助低压系统供电的的辅助低压系统供电的2台台900KV、将电压从、将电压从6.6KV转变为转变为450V的旋转变流器。的旋转变流器。 根据船舶不同运行状态时，对功率的不同需要，提供经济可靠的根据船舶不同运行状态时，对功率的不同需要，提供经济可靠的供电，供电，“泰安口泰安口”半潜式电力推进船电力系统可以提供航行模式、机动半潜式电力推进船电力系统可以提供航行模式、机动操纵模式、港内停泊模式、装载货物模式等多种运行模式。操纵模式、港内停泊模式、装载货物模式等多种运行模式。实用船舶电力推进图片 “亲潮亲潮”级潜艇

20、级潜艇 CRP推进器 在同一轴线方向上有两个转向相反的螺在同一轴线方向上有两个转向相反的螺旋桨旋桨 一个在舵的位置，为主螺旋桨一个在舵的位置，为主螺旋桨 另一个利用主螺旋桨离开的水流来驱动另一个利用主螺旋桨离开的水流来驱动 可以提高可以提高15%的效率的效率CRP实际应用图片应应 用用第三节第三节 传动轴系传动轴系一、传动轴系的组成一、传动轴系的组成 从曲轴动力输出端法兰到螺旋桨间的轴及其从曲轴动力输出端法兰到螺旋桨间的轴及其轴承称为传动轴系，简称轴系。轴承称为传动轴系，简称轴系。轴系的组成轴系的组成(1) 传动轴传动轴 包括推力轴包括推力轴 、中间轴和尾轴。中间轴和尾轴。(2) 轴承轴承 推

21、力轴承（有的柴油机推力轴承设在柴推力轴承（有的柴油机推力轴承设在柴油机机座内）、中间轴承和尾轴承。油机机座内）、中间轴承和尾轴承。(3) 传递设备传递设备 主要有联轴器、减速器、离合器等。主要有联轴器、减速器、离合器等。(4) 轴系附件轴系附件 主要是润滑、冷却、密封设备等。主要是润滑、冷却、密封设备等。 二、传动轴系的结构二、传动轴系的结构 1. 中间轴、推力轴、中间轴承和推力轴承中间轴、推力轴、中间轴承和推力轴承 2. 尾轴尾轴 3. 尾轴管装置尾轴管装置 1. 中间轴、推力轴、中间轴承和推力轴承中间轴、推力轴、中间轴承和推力轴承 1) 中间轴和推力轴中间轴和推力轴 中间轴和推力轴中间轴和

22、推力轴(推力轴承置于减速齿轮箱及主机曲推力轴承置于减速齿轮箱及主机曲轴箱中时无推力轴轴箱中时无推力轴)的两端都是整锻法兰的两端都是整锻法兰 。推力轴上有。推力轴上有推力环和甩油环，而中间轴上没有。推力环和甩油环，而中间轴上没有。 2) 中间轴承中间轴承 中间轴承是为了减少轴系挠度而设置的支撑点，它中间轴承是为了减少轴系挠度而设置的支撑点，它承受着中间轴的重量以及因轴系变形和各种形式的运动承受着中间轴的重量以及因轴系变形和各种形式的运动造成的附加径向负荷。造成的附加径向负荷。 中间轴承按摩擦形式不同可分为滚动式和滑动式两中间轴承按摩擦形式不同可分为滚动式和滑动式两大类大类 。 3) 推力轴承推力

23、轴承 螺旋桨产生的推力螺旋桨产生的推力(或拉力或拉力)通过尾轴、中间轴和推通过尾轴、中间轴和推力轴作用到推力轴承上，并通过推力轴承传给船体。力轴作用到推力轴承上，并通过推力轴承传给船体。 推力轴承的作用是：传递推推力轴承的作用是：传递推(拉拉)力；为传动轴系轴向力；为传动轴系轴向定位；在曲轴和推力轴直接连接的情况下，推力轴承也定位；在曲轴和推力轴直接连接的情况下，推力轴承也给曲轴轴向定位。给曲轴轴向定位。 推力轴承是在液体动推力轴承是在液体动力润滑下工作的，如图力润滑下工作的，如图所示。在工作中推力块所示。在工作中推力块2绕支持刃偏转一个小绕支持刃偏转一个小角度，使推力块与推力角度，使推力块与

24、推力环环3的工作面间形成楔的工作面间形成楔形空间，滑油被转动的形空间，滑油被转动的推力环带入楔形空间，推力环带入楔形空间，从而产生动力油压。推从而产生动力油压。推力环的推力通过楔形油力环的推力通过楔形油膜传递到推力块上，再膜传递到推力块上，再通过支持刃传递到调节通过支持刃传递到调节圈圈1上。上。 2. 尾轴尾轴 尾轴是穿过尾轴管伸出船尾的轴。在单尾轴是穿过尾轴管伸出船尾的轴。在单轴系船上它是轴系中最末一段轴，首端与轴系船上它是轴系中最末一段轴，首端与最后一个中间轴法兰相连，尾端锥体部分最后一个中间轴法兰相连，尾端锥体部分安装螺旋桨，这种尾轴也称为螺旋桨轴。安装螺旋桨，这种尾轴也称为螺旋桨轴。

25、螺旋桨与尾轴间采用锥面结合、键连接螺旋桨与尾轴间采用锥面结合、键连接和螺母紧固，螺柱上螺母的旋紧方向与螺和螺母紧固，螺柱上螺母的旋紧方向与螺旋桨的正转方向相反。近年来，液压无键旋桨的正转方向相反。近年来，液压无键连接也越来越多地用在螺旋桨和尾轴的连连接也越来越多地用在螺旋桨和尾轴的连接上。接上。3. 尾轴管装置尾轴管装置 尾轴管装置由尾轴管尾轴管装置由尾轴管(也称尾管也称尾管)、尾轴承、密封装置、尾轴承、密封装置、润滑和冷却系统组成。润滑和冷却系统组成。 尾轴管尾轴管 尾轴管将船舶的尾尖舱和尾轴分开，内部装设尾轴承以支承尾尾轴管将船舶的尾尖舱和尾轴分开，内部装设尾轴承以支承尾轴和螺旋桨，还装设

26、尾轴密封装置。轴和螺旋桨，还装设尾轴密封装置。尾轴承尾轴承 尾轴承分水润滑和油润滑两大类型。尾轴承分水润滑和油润滑两大类型。 水润滑的尾轴承材料有铁梨木、桦木层压板、橡胶等。水润滑的尾轴承材料有铁梨木、桦木层压板、橡胶等。 油润滑的尾轴承有白合金滑动轴承和滚动轴承。油润滑的尾轴承有白合金滑动轴承和滚动轴承。 应用最广的是铁梨木轴承和白合金轴承。应用最广的是铁梨木轴承和白合金轴承。 3) 尾轴密封装置尾轴密封装置 密封装置分为首密封装置和尾密封装置两种。密封装置分为首密封装置和尾密封装置两种。 对于油润滑尾轴承，其首密封装置是用来阻止滑油漏入机舱内，而尾对于油润滑尾轴承，其首密封装置是用来阻止滑

27、油漏入机舱内，而尾密封装置既阻油外漏，又阻水内漏。密封装置既阻油外漏，又阻水内漏。 对于水润滑尾轴承，仅设首密封装置，用来控制尾轴承的冷却水量。对于水润滑尾轴承，仅设首密封装置，用来控制尾轴承的冷却水量。 对密封装置的要求是：对密封装置的要求是： 工作可靠，耐磨性能好，消耗的摩擦功小，工作可靠，耐磨性能好，消耗的摩擦功小，散热性好。另外，还要求密封元件有很好的跟散热性好。另外，还要求密封元件有很好的跟踪性，使其能在尾轴下沉、跳动、轴向窜动及踪性，使其能在尾轴下沉、跳动、轴向窜动及偏心转动时仍保持较好的密封性能。偏心转动时仍保持较好的密封性能。 尾轴密封装置主要有填料函型密封装置和尾轴密封装置主要有填料函型密封装置和辛泼莱克司辛泼莱克司(Simplex)型密封装置。型密封装置。 填料函型填料函型水润滑的尾轴承密封。水润滑的尾轴承密封。 辛泼莱克司型辛泼莱克司型油润滑的尾轴承密封，不油润滑的尾轴承密封，不论是首密封还是尾密封。论是首密封还是尾密封。 4) 尾轴管装置的润滑和冷却尾轴管装置的润滑和冷却 (1) 水润滑尾轴管水润滑尾轴管 在水润滑的尾轴管中在水润滑的尾轴管中(如铁梨木如铁梨木)， 尾轴承尾轴承中留有轴承间隙和开有纵向槽道，且这种尾轴中留有轴承间隙和开有纵向槽道，且这种尾轴管又不设尾密封装置，因此尾轴和尾轴承之间管又不设尾密封装置，因此尾轴和尾