学生船舶工程概论

学生船舶工程概论第一页，共六十五页，2022年，8月28日第6章船舶设备和系统

6.1概述船舶动力装置：船上实现能量转化与分配的全部机械、设备和系统的总称。船舶动力装置也称“轮机”，主要由以下几部分组成：（1）推进装置保证船舶以一定航速航行的各种机械设备。主机、传动设备（离合器、减速齿轮箱）、轴系、推进器等。第二页，共六十五页，2022年，8月28日

（2）辅助装置船上供应其他各种能量的设备。船舶电站、辅助锅炉装置、压缩空气装置、制造淡水装置等。（3）动力管路系统为保证动力装置正常工作需要设置的管路系统。燃油、润滑、冷却、压缩空气、进排气、废热利用等管路系统。3.5.1概述第三页，共六十五页，2022年，8月28日

（4）自动控制系统为实现无人机舱所设置的自动控制系统。自动控制和调节系统，自动操纵和集中监测及报警系统等。推进装置是关键。6.1概述第四页，共六十五页，2022年，8月28日6.2船舶动力装置

类型是以主机型式来划分：采用燃料性质燃烧的场合使用工质工作方式分为四类：内燃动力装置蒸汽动力装置联合动力装置核动力装置第五页，共六十五页，2022年，8月28日6.2.1.1内燃动力装置

以内燃机作为船舶主机的推进装置。燃料直接在发动机汽缸内或燃烧室中燃烧将高温高压燃气的热能转化为机械功。分：柴油机和燃气轮机。第六页，共六十五页，2022年，8月28日

1.柴油机动力装置柴油机作主机。它是一种往复内燃机。工作原理：气缸内的燃油燃烧时膨胀与压缩，使活塞作上下往复运动，通过连杆使曲轴产生回转运动，对外做功。

6.2.1.1内燃动力装置第七页，共六十五页，2022年，8月28日

柴油机动力装置的主要特点(1)经济性较高耗油率：大型低速柴油机的最低耗油率在160g/kw·h左右；高速机最低油耗为190～210g/kw.h。热效率：热效率高，一般柴油机的热效率为40~50%，最高的已超过50%。(2)机型多、功率广泛从几十千瓦至数万千瓦，有大、中、小型和高、中、低速之分。可满足各类船舶需要。6.2.1.1内燃动力装置第八页，共六十五页，2022年，8月28日

(3)机动性较好启动时间：几秒～几十秒，很快达到全功率。倒车迅速：几秒就可完成。(4)重量轻、尺寸小、附属设备少。缺点：振动、噪声大（工作原理决定，活塞在气缸作上下往复运动）。为提高舰艇隐蔽性，需设隔音屏和减振装置。柴油机排出废气含有害物质，污染环境。6.2.1.1内燃动力装置第九页，共六十五页，2022年，8月28日

2.柴油机的主要技术参数及速度划分技术参数：功率（kW）、转速（r/min）、耗油率（g/kW·h）、外型尺寸（长×宽×高，mm）、重量（t）等；它们对船的使用及技术经济性能有重要影响。

6.2.1.1内燃动力装置第十页，共六十五页，2022年，8月28日

按转速分为：高、中、低速三种：高速机：转速n>1000r/min，活塞平均速度c>9m/s;中速机：转速n=300~1000r/min，活塞平均速度c=6~9m/s;低速机：转速n<300r/min，活塞平均速度c<6m/s;6.2.1.1内燃动力装置第十一页，共六十五页，2022年，8月28日

高速柴油机优点:重量轻、尺寸小、结构紧凑、占舱容小。缺点：振动噪声大、磨损大、寿命短、维修费用高。多用作小型船舶主机和大、中型船舶的辅机。低速柴油机优点:转速低、磨损小、寿命长、噪音小;能燃劣质重油，耗油率及燃料成本低。缺点：体积大、重量大、占舱容大。一般都用作大型船舶主机。

6.2.1.1内燃动力装置第十二页，共六十五页，2022年，8月28日

中速柴油机介于高低二者之间。一般都用作中型船舶主机。集装箱船、滚装船、客船、渡船等不宜采用尺寸高大的低速柴油机，多采用大功率中速柴油机。6.2.1.1内燃动力装置第十三页，共六十五页，2022年，8月28日

（2）燃气轮机动力装置燃气轮机利用燃料在燃烧室内燃烧产生的高温燃气轮机推动叶轮运转作功。它主要由三部分组成：压缩机、燃烧室和燃气轮机。6.2.1.1内燃动力装置第十四页，共六十五页，2022年，8月28日

燃气轮机自1947年首次由英国装在舰艇以来，性能有了很大提高。优点：单位千瓦重量最轻、体积最小、启动迅速、工况变化容易、工作可靠、生命力强。燃气轮机用于舰艇。在早期是作为加快航行的动力，常与蒸汽动力或柴油机组成联合动力装置。现在随着性能的提高，不但做加速机，而且做巡航机和全工况机。

6.2.1.1内燃动力装置第十五页，共六十五页，2022年，8月28日

缺点：与柴油机比寿命低、需优质燃油、耗油率高，低负荷运转时经济性更差，压缩机容易产生失速和振动，工作时空气流量很大，需庞大的进排气管道，布置困难；它又不能直接倒车，需要另设倒车设备。6.2.1.1内燃动力装置第十六页，共六十五页，2022年，8月28日

在大功率的舰船动力装置中，汽轮机占有一定优势。当功率大于2×104kw时多采用汽轮机。目前用于大型驱逐舰、航空母舰等。优点：单机功率大、工作可靠、振动、噪声、磨损小，寿命长，能燃劣质（重油）等。缺点：热效率较低，约为30~35%，耗油率高，一般为232~313g/kW·h经济性差。附属设备多，体积庞大，启动慢。6.2.1.2蒸汽动力装置第十七页，共六十五页，2022年，8月28日联合动力装置:由两种不同型式的推进装置组成。评价一种动力装置的好坏，主要看：技术性能：单机功率大小、重量尺寸、经济性。战术性能：起动性、加速性、操纵性、可靠性、续航力、振动、噪音、维护保养、防御性。二十世纪六十年代以后燃气轮机迅速发展，以及它具有较多优点，因此与其它动力主机组成各种形式的联合动力装置。

6.2.1.3联合动力装置第十八页，共六十五页，2022年，8月28日

联合动力装置是由两种不同型式的推进装置组成：低速工况（巡航状态）：由一个推进装置单独工作。高速工况（全速状态）：由另一个装置或两个装置共同工作。6.2.1.3联合动力装置第十九页，共六十五页，2022年，8月28日

核动力装置:以原子核的裂变反应所产生的巨大能量通过工质（蒸汽和燃气）推动汽轮机或燃气轮机工作的一种装置。核反应不需要消耗空气，提供了在水下长期航行，提高了潜艇的隐蔽性及水下作战能力。6.2.1.4核动力装置第二十页，共六十五页，2022年，8月28日6.2.2船舶动力装置的传动方式

将主机发出的功率传递给推进器的方式称为传动方式，所采用的设备称为传动设备。减速齿轮箱、倒顺车齿轮箱、离合器、弹性联轴节、可变螺距螺旋桨等。第二十一页，共六十五页，2022年，8月28日

1、直接传动直接传动方式:没有传动设备，直接用轴系将主机输出轴与螺旋桨联接起来。6.2.3船舶动力装置的传动方式第二十二页，共六十五页，2022年，8月28日

2、间接传动在主机与螺旋桨之间，除了传动轴系之外，还设有减速齿轮箱和离合器等装置的传动方式称间接传动方式。6.2.3船舶动力装置的传动方式第二十三页，共六十五页，2022年，8月28日

3、电力传动电力传动:发电装置和推进装置两大部分组成。6.2.3船舶动力装置的传动方式第二十四页，共六十五页，2022年，8月28日

4、Z型传动Z型传动分为功率传递和螺旋桨绕竖轴的回转两部分。6.2.3船舶动力装置的传动方式第二十五页，共六十五页，2022年，8月28日

5、挂机为了减小尺寸、重量，适应小型快艇，采用舷外挂机装置。

6.2.3船舶动力装置的传动方式第二十六页，共六十五页，2022年，8月28日

6、可调桨传动可调螺距的螺旋桨简称可调桨。结构特点：桨叶和桨毂分开制成，可调桨多用于多种航行工况的船舶，以及机动性、操纵性要求高或需超低速航行的船舶。6.2.3船舶动力装置的传动方式第二十七页，共六十五页，2022年，8月28日6.2.4船舶轴系

1、轴系的任务及组成轴系：由主机的曲轴输出法兰至螺旋桨之间，包括传递主机功率的传动轴（推力轴、中间轴、尾轴、联轴器）、支承传动轴用的轴承（中间轴承、推力轴承、尾轴承）以及其他附件的总称。轴系的主要任务：将主机的功率传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨产生的推力传递给船舶。第二十八页，共六十五页，2022年，8月28日

2、推力轴及推力轴承推力轴及推力轴承的任务就是把螺旋桨产生的推力传递给船舶。推力轴承有滑动式与滚动式。大中型船舶，一般均采用滑动式推力轴承。滚动式推力轴承在一些小型船舶或快艇。6.2.4船舶轴系第二十九页，共六十五页，2022年，8月28日

3、尾轴管装置尾轴管装置一般包括：尾轴管、尾轴轴承、前后密封装置及润滑冷却系统等。尾轴管装置按其润滑分：油润滑和水润滑之分。6.2.4船舶轴系第三十页，共六十五页，2022年，8月28日6.2.5船舶动力管路系统船舶动力管路系统：在船舶动力装置中，专门用来输送液体（或气体），为保证船舶动力装置正常工作设置的设备、管路、检测仪表等。第三十一页，共六十五页，2022年，8月28日

1、燃油管系燃油管系的基本任务：供应主机、辅机、辅锅炉足够的清洁燃油。(1)燃油的注入、储存及驳运燃油由两舷甲板注入口注入并贮存于燃油舱(柜)中。注入一般利用岸上的油泵，或自带的驳运泵来完成。(2)燃油的清理和净化。清理和净化的方法有：过滤、沉淀和离心分离。(3)燃油的供给。(4)燃油的测量。6.2.5船舶动力管路系统第三十二页，共六十五页，2022年，8月28日

2、润滑管系润滑管系任务：保证供给各种运动件摩擦表面以适量的润滑油，以形成油膜、避免各机件间产生干摩擦。3、冷却管系冷却管系的任务：对这些机械设备供给足够的冷却液(水、油），使它们冷却并维持在一定的温度范围内正常工作。冷却管系根据其工作特点分:开式循环与闭式循环。开式循环目前应用较少。闭式循环广泛应用于各类船舶中。6.2.5船舶动力管路系统第三十三页，共六十五页，2022年，8月28日

4、压缩空气管系压缩空气管系：压缩机、分离器、储气瓶、各种阀件及管路组成。6.2.5船舶动力管路系统第三十四页，共六十五页，2022年，8月28日6.2.6机舱辅助机械

机舱辅助机械按其工作性质的不同分:(1)船用泵：如各种水泵、油泵等；(2)气体输送机械：如空气压缩机、通风机等；(3)完成特定任务的装置：如制冷装置、制淡装置、船舶辅机锅炉等。第三十五页，共六十五页，2022年，8月28日6.2.7船舶柴油机动力装置的节能

1、提高传动推进系统的效率采用低传速大直径的螺旋桨。2、尽量降低对船舶电站的功率需求量。适当减少（如制冷空调装置、各种泵、压缩机、甲板机械等）设备对电站功率的需求量。3、余热利用柴油机用的燃料所放出的热量中，40%左右的热量转变为有效功，排气带走的热量23~40%，冷却水带走的热量20~33%。一般船上，都安装废气锅炉，用废气的热量把水加热成蒸汽或热水。冷却水的余热可加热海水制造淡水或作为生活用热水等。第三十六页，共六十五页，2022年，8月28日

4、降低柴油机本身的耗油率提高最高燃烧压力；提高喷油压力；改善燃油喷射系统；优化增压系统等。5、燃用劣质燃油降低燃料的费用。6、轴带发电机轴带发电机：发电机直接由主柴油机驱动。燃料费用降低，也节省一台柴油机发电机组。6.2.7船舶柴油机动力装置的节能第三十七页，共六十五页，2022年，8月28日6.2.8船用动力装置自动化

船舶自动化包括机舱自动化、舾装自动化和航行导航自动化。

第三十八页，共六十五页，2022年，8月28日6.3船舶电气系统

6.3.1概述从电源开始，经过对电能的控制、检测、分配、传输，一直到所有使用电能的用户装置，组成了一个完整的枝杈形的电气网络，这个电气网络称为船舶电气系统。船舶电气系统总的可分为三大部分：船舶电站、船舶电力网和电气负载。第三十九页，共六十五页，2022年，8月28日

按照在系统中电气装置的作用和负载性质，通常可分为如下装置和系统：船舶电力系统；船舶机械电力拖动系统；船舶电力推进系统；船舶照明系统；船舶内部通信、联络系统；船舶导航系统；船舶无线电通信系统；船舶自动装置；特种装置。6.3.1概述第四十页，共六十五页，2022年，8月28日6.3.2船舶电气系统

船舶电力系统主要包括船舶电站和船舶电力网两大部分，即包括了从产生电能等电源装置，到对电能进行控制、检测、分配、传输，以及向负载供电的整个系统。1、船舶电力系统的基本参数船舶电力系统的基本参数，决定着船上主要用电设备的品种和规格，这些参数主要包括电制、电压、频率及配电系统。第四十一页，共六十五页，2022年，8月28日

（1）电制目前，几乎所有大、中型船舶都采用交流电制，仅某些特种船舶（如部分渔船）和工程船因作业机械的调速要求高仍采用直流电制，或采用交直流混合电制（即少数调速要求高的作业机械采用直流供应，对一般机械和照明系统采用交流供应）。

6.3.2船舶电气系统第四十二页，共六十五页，2022年，8月28日

（2）电压我国船舶电气设备的额定电压为直流28V、115V和230V三种，交流115V、230V（仅适用于单相交流电流设备）以及400V三种（不包括特殊用途电源）。目前，为适用国际市场需求，船舶交流设备电压定为450V。（3）频率交流船舶电力系统的额定频率国内为50Hz；为国外建造的一般选用60Hz。6.3.2船舶电气系统第四十三页，共六十五页，2022年，8月28日

（4）配电系统船舶配电系统可根据直流、交流单相、交流三相等电制，采用双线绝缘系统，或采用船体作回路的单线系统等。2、船舶电力系统的组成和设备船舶电站和船舶电力网是船舶电力系统的主要组成部分。

6.3.2船舶电气系统第四十四页，共六十五页，2022年，8月28日

2、船舶电力系统的组成和设备船舶电站和船舶电力网是船舶电力系统的主要组成部分。船舶电站是由原动机、发电机以及由开关电器、保护装置、测量仪表控制设备等构成的配电板组成。船舶电力网包括各分配电力装置和电力网络。6.3.2船舶电气系统第四十五页，共六十五页，2022年，8月28日

(1)船舶电站1）发电机a）主发电机b）应急发电机2）蓄电池组3）主配电板6.3.2船舶电气系统第四十六页，共六十五页，2022年，8月28日

电站机组发出的电能通过电缆传送到配电板上。它集中地装置一切电路所必须的开关、保护电器、测量仪表、信号指示器和调节电路。主配电板(总配电板):对电能进行接受、控制、测量、分配,并带有电气保护装置的设备。6.3.2船舶电气系统第四十七页，共六十五页，2022年，8月28日

主配电板一般可由以下几部分组成：发电机控制屏；发电机并车屏；馈电屏；组合启动屏。6.3.2船舶电气系统第四十八页，共六十五页，2022年，8月28日

(2)船舶电力网船舶电力网：电能从主配电板（及应急停泊配电板）通过电缆的传输，经过中间的分配电装置，送给各电气用户，形成的电力网络。1）主电网船舶主电网：由主发电机通过主配电板供应电的网络。6.3.2船舶电气系统第四十九页，共六十五页，2022年，8月28日

2）应急电网应急电网：由应急发电机或应急蓄电池供应的电网。3）正常照明电网照明电网通常联接到主配电板汇流排上的变压器副边，供电给各照明分配电箱，再供电给照明灯具。机舱中的照明须交叉分布，并至少有两个独立供电线路，以保证在一路有故障时仍保持有50%的照明。外部照明线路能在驾驶室集中控制。

6.3.2船舶电气系统第五十页，共六十五页，2022年，8月28日

4）专用电网它包括各种住行、通讯、无线电、充电等设备中各种不同电压、不同频率的电网。船舶电力网的基本要求是生命力强、经济性好、安装及使用维修方便。船舶电力网的布置可分为分馈制（辐射式）、干线制和混合制三种。目前绝大部分都是采用分馈制。由主配电板直接供电或通过各分电箱再供电给用电设备。

6.3.2船舶电气系统第五十一页，共六十五页，2022年，8月28日

3、船舶电力系统的保护（1）发电机的保护（a）发电机过载保护（b）发电机的外部短路保护（c）发电机的欠压保护（d）发电机的逆功率保护（2）对电网的保护6.3.2船舶电气系统第五十二页，共六十五页，2022年，8月28日6.3.3船舶机械电力拖动系统

船舶机械电力拖动系统：由电动机、中间传动机构和电动机的控制设备所组成的，用来拖动各类船舶辅助机械进行工作，以满足船舶正常航行和船员日常工作与生活的需要。第五十三页，共六十五页，2022年，8月28日

一、电力拖动系统的形式和特点最常见用于船舶的电力拖动系统有三种方式。（1）它是电动机通过联轴装置或者直接与工作机械连接，如各种泵及通风机等；（2）它是通过中间传动机构或通过减速装置与工作机械相连，如锚机、绞盘等；（3）它是电动机带动油泵、再由油泵通过液压传动机械，如电动液压舵机、起重机等。6.3.3船舶机械电力拖动系统第五十四页，共六十五页，2022年，8月28日

2、电力拖动系统分类通常，船舶机械电力拖动系统按被拖动的机械的种类分类。船舶机械一般分为舱室辅助机械和甲板机械两大类。（1）舱室辅助机械按其服务的对象可以分为两种：a、为船舶动力装置服务的机械。它保证向船舶动力装置（主机、辅机、锅炉等）提供足够的燃料、滑油、助燃空气、冷却水和压缩空气等。6.3.3船舶机械电力拖动系统第五十五页，共六十五页，2022年，8月28日

b、为船舶各系统服务的辅助机械。它保证船舶的航行安全、工作正常和生活需要，如消防、排水、压载、空调、冷藏、饮用水、卫生用水供应等。（2）甲板机械甲板机械一般都安装在露天甲板上，按各自的用途可分为：锚机、舵机、系缆绞盘、起货机、吊艇机、绞车等。6.3.3船舶机械电力拖动系统第五十六页，共六十五页，2022年，8月28日6.3.4船舶电力推进系统

船舶电力推进:采用电动机驱动螺旋桨推船运行的一种推进方式。1、电力推进的特点船舶电力推进系统通常由原动机、发电机、推进电动机、控制设备和螺旋桨等组成。从电气的概念划分,可分为直流电力推进、交流电力推进及交直流电力推进三类。第五十七页，共六十五页，2022年，8月28日

（1）电力推进的主要优点（a）对发电机及其电动机可很方便地实现远距离的电气控制（起动、停止、调速等）。（b）选择不同的功率、不同种类的发电机、电动机及其附属设备，可组成各种形式的主电路结构。（c）原动机不必反转，依靠电动机反转实现船舶的进退。6.3.4船舶电力推进系统第五十八页，共六十五页，2022年，8月28日

（d）用高速原动机直接驱动发电机，供给电动机。（e）合理选择推进电动机的组合方式，可最大限度地发挥原动机的功