船舶动力装置

第一章 绪论

一、 船舶动力装置的含义及组成

船舶动力装置是保证船舶正常航行、作业、停泊及船上人员正常工作和生活所必需的机械设备的综合体。

船舶动力装置的任务是产生各种能量，并实现能量的转化和分配，以利于船舶正常航行和作业。有船舶“心脏”之称。

船舶动力装置也称“轮机”，主要由推进装置、辅助装置、船舶管路系统、船舶甲板机械、机舱的机械设备遥控及自动化组成。

1. 推进装置

推进装置是指发出一定功率、经传动设备和轴系带动螺旋桨，推动船舶并保证一定航速前进的一整套设备。包括：

1) 主机：指推动船舶航行的动力机。

2) 传动设备：包括离合器、减速齿轮箱、联轴器、电力推进专用设备。

3) 船舶轴系：包括传动轴、轴承、密封件。

4) 推进器：能量转化设备。

2. 辅助装置

辅助装置：除供给推进船舶的能量之外，用以产生船舶上需要的其他各种能量的设备。包括：

1) 船舶电站：作用---供给辅助机械及全船所需要的电能。

组成---发电机组、配电板、其他电气设备。

发电机组主要由柴油发电机组、汽轮发电机组、轴带发电机组、余热发电机组。

2) 辅助锅炉装置：作用---民用船舶用它产生低压蒸汽，以满足加热、取暖及其他生活需要。

组成---辅助锅炉及为其服务的燃油、给水、鼓风、送气设备及管路、阀

件等。

3) 船舶管路系统：作用---用来连接各种机械设备，并传递有关工质。

组成---动力管路、船舶系统。

4) 船舶甲板机械：作用---保证船舶航向、停泊及装卸货物所需要的机械设备。

组成---锚泊机械设备（锚机，绞盘）、操舵机械设备（舵机及操纵机械、

执行机构）、起重机械设备（起货机，吊艇机及吊杆）。

5) 机舱的机械设备遥控及自动化：组成---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。

二、船舶动力装置的类型及特点

类型：柴油机动力装置、汽轮机动力装置、燃气轮机动力装置、联合动力装置、核动力装置

三、船舶动力装置的基本特性指标

动力装置的基本特性指标是指技术指标、经济指标和性能指标。

1. 技术指标：标志动力装置的技术性能和结构特征的参数。包括：功率指标、质量指标、

尺寸指标。

2. 经济指标：包括：主机燃料消耗率g e 、动力装置燃料消耗率g ε、推进装置的有效热效

率ηe 、每海里航程的燃料消耗量g n （船舶航行1n mile，装置所消耗的燃料量）。

3. 性能指标：包括：可靠性、机动性、使用寿命、振动噪音以及机舱自动化等。

第二章 船舶轴系

一、推进装置型式及其特点

型式：直接传动推进装置、齿轮传动推进装置、可调螺距螺旋桨（调距桨）推进装置、电力传动推进装置、喷水推进装置、吊舱式电力推进装置。

柴油机：

二、船舶轴系的组成与布置

船舶轴系的基本任务：将发电机的功率传给螺旋桨，同时又将螺旋桨旋转产生的轴向推力通过轴系传给船体，推动船舶前进。

组成：传递主机功率用的传动轴、支承传动轴用的轴承以及其他附件。

布置：轴系位于主机的输出法兰和螺旋桨之间。

第三章 推进系统的传动装置

一、船用齿轮箱

船用齿轮箱主要由倒顺减速齿轮、离合器、弹性联轴器及相应的润滑冷却系统组成。 其主要功能有减速、变速、倒车、离合、减振等。

船用齿轮箱按功能的不同分为减速机组、倒顺减速机组和并车机组。

1. 减速机组

定义：具有减速功能而无倒车功能的机组。

主要用于主机为可正反转的中速柴油机的轴系。

分类：单级减速机组：大多数柴油机动力装置都采用单级减速机组，根据其布置的不同单级减速机组有垂直异心布置和水平异心布置。

两级或多级减速机组：对于用燃气轮机或蒸汽轮机为动力的动力装置，由于主机转速很高，减速比大，单级是不能满足的，必须用两级及多级减速机组。

2. 船用齿轮箱的主要性能参数

标定传递能力：一般以齿轮箱的标定功率和标定转速之比来表示，即P gH /n gH 。它表示齿

轮箱工作能力的大小。同一型号的齿轮箱由于减速比的不同，传递能力也不同。 标定输入转速：是齿轮箱输入轴所允许的最大转速。

输入轴、输出轴的转向：输入轴的转向主要考虑主机的转向。输出轴的转向必须考虑匹配螺旋桨的转向。

减速比：齿轮箱输入轴转速n 1与输出轴转速n 2之比，用i 表示i=n 1/n 2。

二、船用摩擦离合器

摩擦离合器是船舶推进装置的重要部件之一，它是利用摩擦面之间的摩擦力矩将动力从主动轴传到从动轴。

摩擦离合器的作用除传递动力外，还要在适当的时候使主动轴与从动轴接合或脱开，利于主机空载启动；多机并车时，通过它使部分机组工作；对非反转柴油机实现倒车或双速传动；微速航行。

分类：按摩擦面---干式、半干式和湿式摩擦离合器

按工作面---盘式、片式、圆柱形和圆锥形

三、联轴器

联轴器有弹性联轴器和刚性联轴器之分，刚性联轴器主要只起联结作用，要求有足够的强度和刚度。船舶轴系所用的联轴器基本是弹性联轴器。

1. 弹性联轴器的作用与类型

作用---缓冲；调频避振、减振的调频避振作用；降低对校中要求。

类型---橡胶高弹性联轴器、金属高弹性联轴器。

第四章 船舶动力管路系统

船舶动力管路系统是整个船舶管路系统中专门为动力装置服务的部分，它的任务是保证动力装置本身正常的工作，使船舶能够正常航行。船舶动力管路系统主要包括燃油管理系统、滑油管路系统、冷却管路系统、压缩空气管路系统和排气管路系统。

一、燃油管路系统

基本任务：提供主机、辅机及辅锅炉所需的一定品质的燃油。

燃油管路系统由注入、存放、调驳、净化（沉淀、过滤、分离）、供给，对燃油重油的加热等部分组成。

燃油管路设备在设计中主要根据主机、辅机及辅锅炉在一定续航率下的燃油消耗量来确定各油舱的容积；主机、辅机，辅锅炉日用油柜的容积及沉淀油柜、污油柜的容积。

二、滑油管路系统

任务：为动力装置中的所有机械设备提供一定压力和适量的润滑油，在运动表面形成油膜，避免干摩擦。

滑油除润滑外，还有冷却、清洁、密封、防锈和减振等作用。

滑油管路由滑油贮存舱（柜）、滑油循环柜、滑油泵、净化设备及滑油冷却器等组成。 润滑系统主要是保证对主机、辅机、压缩机传动机构及轴承等的润滑。

小型柴油机的润滑通常采用飞溅润滑，大、中型柴油机采用压力润滑与飞溅润滑相结合。 柴油机的滑油管路系统一般由三部分组成：

1. 循环润滑系统---用来润滑发动机的主轴承、十字头、凸轮轴等传动部件，使用一般的机

油。

2. 气缸润滑系统---用来润滑活塞和气缸，气缸里温度较高，使用粘度较高的气缸油。

3. 增压器润滑系统---用来润滑增压器轴承等部件，增压器转速很高，为降低摩擦，使用粘

度较低的透平油。

同燃油管路系统一样，滑油管路系统也具有滑油的贮存、供应、调拨、清理等功能。 为保证到达摩擦表面的滑油有一定的压力，通常由两种方式：

一是利用油泵直接把滑油送到滑油总管。

二是油泵先将滑油打入高于发动机5m~8m的重力油柜中，发动机工作时利用滑油的重力使它流到摩擦表面。

采用重力油柜的优点：

1. 滑油压力均衡不变；

2. 滑油泵发生故障时，油箱中的存油还能维持几分钟，操作人员有时间采取紧急措施；

3. 发动机启动前，滑油就可以先送到需润滑的部位，有利于启动，发动机停车后，滑油系

统还可以继续供油一段时间，以冷却轴承等部件。

三、冷却管路系统

任务：将动力装置中的许多机械设备在正常运行时发出的热量带走，保证机械设备的正常可靠运行。

冷却管路系统可分为开式冷却管路系统和闭式冷却管路系统。

开式冷却管路系统：就是利用舷外水（包括海水、河水、湖水，统称海水）直接对主、辅机等进行冷却。海水冷却后排出舷外。

特点：结构简单、维护方便、水源丰富。但由于水质差、杂质多，容易在管路中造成堵塞；海水还会腐蚀金属壁，并在冷却空间沉积水垢后，降低传热效果，损坏机件。多数应用于内河船舶或小型船舶。

四、压缩空气管路系统

压缩空气管路系统由压缩机、分离器、空气瓶、阀门组件及管路组成。

五、排气管路系统

1. 排气管路的作用与型式

作用---将主、辅柴油机及辅锅炉的废气排到机舱外的大气中去，使机舱保持良好的环境；此外，还要考虑降低排气噪声、余热利用和满足特殊要求（熄灭废气中的火星）。

柴油机的排气型式---水上排气、水下排气。水下排气主要用在军用船上。

柴油机的排气是由各气缸汇集于排气总管，然后经过废气涡轮增压器、补偿装置、废气锅炉或消声器排入大气。

2. 排气管路的主要型式

1) 柴油机的废气直接由排气管经消声器排至大气。这种型式用于没有废气锅炉的中、

小型柴油机。

2) 在消声器和柴油机集气管之间装设热膨胀补偿器。补偿排气管路因受热而引起的管

子变形。

3) 管路上装有废气锅炉，柴油机增压器出来的废气经膨胀接头到废气锅炉，再排至大

气。锅炉设置旁通管路，由换向阀控制废气的流向与流量，以便在清洗锅炉或不需要蒸汽时将废气导入大气。旁通管路上装有消声器。

4) 在型式3）中，旁通管路不装消声器。这种型式广泛用于大中型船舶柴油主机。

5) 在型式3）中，用燃油混合式锅炉替代废气锅炉，利用废气调节阀控制锅炉蒸汽产

量。

以上各种型式的排气管路均通过烟囱向上排出废气。对某些不设机舱棚的船舶，也可沿船尾或朝左、右舷排气。

第五章 船舶管路系统

舱底水的来源：

1、主机、辅机、设备及管路接头因密封不良渗透的油、水。

2、尾管密封渗透的油、水。

3、从舵机舱向轴隧泄放的舱底水。

4、从空压机、空气瓶泄放的冷凝水，蒸汽分配阀箱和蒸汽管路的泄放谁。

5、空调管路、风管的冷凝水以及钢质舱壁及管壁的冷凝水。

6、清洗滤器、设备零件等的冲洗水。

7、在水线附近的舱室和甲板的疏排水。

8、扑灭火灾时的消防水、甲板冲洗水。

9、对有特殊的舱室在紧急情况下的注入水等。

船舶在航行、装卸和停泊时都要保持它的稳性。压载水管路系统的功用就是对压载水注入或排出水，以达到船舶的船体纵、横向平衡，保持适当的稳心高度，以及减轻船体的振动等。 全船的压载水系统有支管式、总管式、环形总管式、管隧式和半管隧式。

管路系统的布置：（？59）

压载水管理的布置及压载舱吸口的数目都应满足规范的要求，即在正常营运条件下的正浮或倾斜位置均能排除和注入个压载水舱的压载水。压载水管的布置，必须避免船外的水或压载舱内的水进入货舱、机舱及其他舱室。满足压载水管不得通过饮水舱等规范的要求。在船首尖舱的压载水管穿过船首部防撞舱壁时，应设可在舱壁甲板以上启闭的截止阀，以便船首部撞破时立即关闭该阀，防止海水进入压载管路系统。

横倾平衡系统：横倾平衡水舱一般设在中部，但从接管考虑，最好尽量靠近机舱。在左倾时将水从左舱泵至右舱，右倾时则相反。

横倾平衡系统的控制方式：遥控四通阀控制；由4个遥控阀控制；双向泵控制等。（P60） 常见的消防系统有：干冰灭火系统，二氧化碳灭火系统，卤代烷灭火系统以及泡沫灭火系统。对于油船还设有惰性气体系统。

水消防系统通常由消防泵、应急消防泵、消火栓、消防水带、水枪以及相互连接的管子等部分所组成。

消防水带、水枪装于消防带箱内。消防带箱应装在消防阀附近。此外，还应配制消防国际通用接头。

二氧化碳的施放管一般都是以集束管的形式布置，然后依次通往各被保护室。但不能通过居住室，以及常有人活动的公共舱室。

蒸汽灭火管路采用集中布置型式。设计管路时，管路不得通过油舱、水舱，更严禁通过任何装载易燃、易爆物品的舱室。

主机是能量发生器，螺旋桨为能量转换器，船体为能量的消耗者，螺旋桨将主机输出的扭矩转换为客服船体运动阻力仪推进船舶运动的推力。当船舶不带减速齿轮箱并按等直线航行时，主机与螺旋桨的关系是桨的转速应等于主机的转速，桨所需要的转矩等于主机所供给的转矩；船体与螺旋桨之间的关系就是桨的进速等于经修正伴流后的船速，桨的有效推力等于船体所受的阻力。

特性反应船、主机（实际上指的是柴油机推进装置）和桨的主要技术经济指标（功率、扭矩、主机的燃油耗油率和排气温度等）随其转速和航速的变化关系，这些关系有它们三者各自的特性所决定，即船的特性，主机的特性，桨的特性所决定。

船的特性可用随航速变化的阻力特性来表示，桨的特性受桨的结构和水动力因素的影响，常用推力和扭矩来表示；主机的特性主要用柴油机的供油量

平均有效压力、轴的输出扭矩及功率等随转速的变化关系表示，并受到推进装置的组成和型式的影响。

特性曲线是把船、机、桨三者随转速和航速变化的一些技术经济参数，分别或集中地在地图上用曲线表示出来。

在某一工作条件下，船、机、桨三者的转速与能量均相等的点称为配合点，也称平衡点。 推进装置的工况：1、以转速n （或航速v s ）为变量的工况 2、以负荷p e （或轴的扭矩

M p ）为变量的工况 3、、以n （或v s ）与、以p e （或轴的M p ）同为变量的工况

变工况是船、机、桨在非设计工况下工作的一切运行工况的统称。

变工况统称发生的情况：1、船舶航行条件的变化 2、激动操纵引起的变化 3、船、机、桨本身的性能变化

船舶机舱规划与设备布置应满足的前提：

1、 机舱布置必须保证整个动力装置能够可靠而持续工作；保证船舶在各种海况和工况下安

全航行。

2、 机舱布置应根据各设备的自身功能，考虑个设备间合理的相对位置，既满足个设备相互

间的功能联系要求，又发挥出自身的功能。

3、 应充分考虑各种安全措施，满足入级规范及有关法规、规则各项要求。尤其要考虑轮机

人员的安全。

4、 尽可能缩小机舱所赞空间，以增加船舶的装载容积和减少造船成本。

5、 机舱布置应使船员对个设备的操作管理、检查修理方便，合理考虑人员通道和各设备的

维修空间。

6、 机舱在机舱左右两侧的机械设备质量，应尽量保持平衡，以免影响船舶的倾斜，同时，

为增加船舶稳性，布置时应使重心尽可能降低。

机舱位置包括前后舱壁位置、机舱棚位置、重大零部件吊运口位置、出入口及脱线通道位置。 机舱长度既影响船舶技术经济指标，又涉及到个设备能否合理可行的进行布置，因此必须谨慎校核。应以主机的尺寸、轴系的拆装、主机前部的其他设备所需的空间，发电机组布置的位置等方面对机舱长度进行判断是否可行。

机舱高度主要对主机吊缸高度是否足够，主机和辅机的排气管及机舱通风管是否能合理布置达到预期要求进行校核。

机舱双层高度是否过高而英气主机吊缸及机舱分层。如有影响则应与总体专业协商并作调整。

燃油深舱位置：注意然偶深舱是否过度占有机舱的空间，对设备及管路系统布置是否有障碍性影响。

机舱段型线：须对机舱段型线进行校核，是否对布置带来不可逾越的困难，必要时需局部修改尾部型线或采取其他措施。

主机组：尾部应注意中间轴的拆装、尾轴的抽出空间，按型线及船体构架校核两侧的通道宽度。

发电机组：应校核吊缸要求、排气管布置、发电机的通风口以及船体结构的关系。 锅炉及废弃锅炉:要注意排烟管道的布置，对废弃锅炉则须注意与主机排气管的配合。 海水门：

其他设备：

集控室一般布置在机舱的左舷；分油机及相关设备，以及供油单元布置在用钢质围壁的分油室内；机修室、备件室及电工室应为钢质围壁室。

滑油、燃油及淡水舱不能相邻。双层底内液舱的划分须注意隔离外，尚应校核如空位置是否恰当，空气管及测量管的布置是否有困难。

通道布置应注意从机舱口道底层花钢板的通道是否通顺，通向各层平台的各设备处是否方便。

船舶倾斜角的规定是横倾15°、横摇22、5°、纵倾5°及纵摇7、5°

机、炉舱至少应各有一个通向干舷甲板或舱壁甲板的出入口，；两个出入口的布置应尽可能相互远离。并出入方便。

出入口应有通向机、炉舱花钢板的钢梯，梯子与花钢板的倾角应不大于60°