轮机概论论文
轮机概论论文
厦门海洋职业技术学院 吴勇 航海技术
摘要：随着国际贸易的发展和造船技术的不断提高，以及机电设备和装卸机械的日渐改进，当前世界海上运输船正向大型化、专业化和自动化的方向发展，对船员的素质要求也越来越高。目前驾驶员在船上的职责范围在不断扩大，其知识结构也要进行相应调整，使其适应新的船舶管理模式。
关键字：自动化、动力装置、柴油机、
正文：船舶动力在其发展史上，经历了以人力和风力等自然力作为推进手段的漫长岁月， 随着科学技术的进步以及船舶在功能上向着多样化、专业化和完善化的方向发展，增设和完善了各种系统，如船舶电站、起货机械、冷藏和空调装置、淡水系统、压载和消防系统等，扩大了“ 轮机 ”一词所包含的范围，丰富了“ 轮机 ”的内容。简而言之，轮机是为了满足船舶航行、各种作业、人员的生活、人员和财产安全等各种需要所设置的全部系统及其设备的总称。
机舱是船舶的心脏，轮机技术管理是在船公司机务部门指导下由船上轮机部具体负责。因为船舶航行条件的多变性、发生事故后果的严重性、船舶动力装置的复杂性，对船舶动力装置的管理要求极高，所以要求从事船舶动力装置的管理人员，必须有高度的责任心、独立发现问题和解决问题的能力。
一、轮机的组成
一艘现代化船舶实际上已成了一个现代化工业技术成就的集合，是一座可以在水上移动的“ 现代化城市 ”。这座“水上现代化城市”能够自如地在水上航行，有着顽强的生命力，抵御各种复杂多变的外部环境和自身可能产生的危险，适合人员居住和生活，能完成各种特定的作业。而轮机正是产生机械能、热能、电能和其他形式的能以满足船舶这座“ 水上现代化城市 ”需要的能源中心或动力场。
根据系统科学的观点，轮机是一个动力机械类性质的系统工程，不能把轮机理解成在机舱中或甲板上机械设备的简单组合。轮机工程是为满足船舶的各种功能，把各种设备或部件结合进各种系统的系统工程。由此，根据组成船舶轮机的各种系统、机械和设备所起作用的不同，可以将其分为以下几个部分：
1) 主推进装置—推动船舶航行的系统。包括主机及附属系统、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力，使船舶克服阻力以某一航速航行。
2) 辅助装置—产生各种能量供应船舶航行、作业和生活设施的需要。包括供全船使用的船舶电站、辅锅炉、液压泵站和压缩空气系统等。
3) 确保船舶生命力和安全的设备，以保证船舶的抗沉性和安全性。包括舱底水系统、监视及灭火系统等。当船舶货舱或机舱进水或发生火灾时，及时发现并消灭险情，以保证船舶安全。
4) 确保船舶工作能力的设备，包括锚机、舵机、装卸货设备以及满足船舶各种专用功能的设备，这些设备能满足船舶正常的靠离港、装卸货物以及其它用途。
5) 保证船上人员正常生活的设备，包括通风系统、空调系统、照明系统、生活水系统等。这些系统及设备能为船上人员提供舒适的生活条件和工作环境。
6) 能够有效环保地处理船舶产生的各种垃圾的系统，包括油水分离系统、
生活污水处理系统以及焚烧炉等。这些系统及设备能有效地处理船舶生活场所及工作场所所产生的各种污染物，保证船舶不会对大气及海洋产生污染。
船舶轮机的组成情况大体如上所述，但不能一概而论。随着船舶的大小、种类、用途、航线等情况不同将会有所变化。如油轮就没有起货装置，而必须有货油泵和惰性气体系统；经常靠离码头的船舶往往设有侧推器；大型客轮通常设有减摇装置；工程船根据任务不同就更具特色。
二、船舶机舱自动化等级
随着造船工业的发展，船舶机舱的自动化程度越来越高，为了表示船舶机舱的自动化程度，中国船级社(CCS)给不同自动化等级的机舱设立了附加标志：
AUT-0—推进装置由驾驶室控制站遥控，机器处所包括机舱集中控制室（站）周期无人值班；
MCC—机舱集中控制室（站）有人值班对机电设备进行监控；
BRC—推进装置由驾驶室控制站遥控，机器处所有人值班。
应当需要强调的是，所有具有自动化等级附加标志的入级船舶的安全性，应与机电设备有人直接看管的船舶相同。并应有措施保证当自动化系统失效时，能在机旁对机电设备进行有效的人工操作。
由于现代控制系统的完善和控制设备的可靠工作，机舱可以在较长时间内无须有人值班。这种在一定时间内无人值班的机舱，称无人机舱。中国船级社(CCS)无人机舱的附加标志为AUT－0，英国劳氏船级社(LR)的附加标志为UMS(Unattended Machinery Spaces)。目前新造远洋船舶基本都采用了无人机舱，为了在机舱设备无人照看期间确保机舱设备和船舶的安全，无人机舱的船舶必须具备以下基本功能：
1) 能在驾驶室和集控室对主机进行遥控；
2) 辅助机械设备能在集控室进行遥控，其中有些设备还要能进行自动
切换；
3) 机械设备的运行参数能够自动控制；
4) 对主机和辅助机械运行参数进行集中监测、记录、报警及故障保护；
5) 能够提供应急电力，包括自动起动备用发电机，自动实现同步并车、
负载转移及解列，自动起动应急发电机向基本设备供电和提供应急照明等。
6) 能够进行机舱及全船火警探测和自动灭火。
在具有上述全部功能或主要功能的基础上，根据设备的可靠程度，可以实行8h、16h或24h无人机舱。在实行无人机舱的船舶上，轮机长房间和轮机员房间都设有对主要运行参数的故障报警和故障显示的装置。轮机员除了定期到机舱巡视检查外，不需要到机舱值班。只要把转换开关转到值班轮机员房间，值班轮机员在房间内就可以监视机舱内各种机械设备的运行情况。如果发生故障或出现不正常现象，由值班轮机员下机舱进行必要的处理。
三、船舶柴油机动力装置
由于柴油机经济性好，安全可靠，目前绝大多数商用船舶采用这种柴油机动力装置。常见柴油机有二冲程和四冲程柴油机两种。
1.3.1 四冲程柴油机工作原理
(一) 柴油机的基本工作过程
在柴油机中要完成的两次能量转换，首先是燃烧。燃烧就要使柴油在有充分空气的条件下进入柴油机燃烧。另外，柴油机不是点燃的，而是在高温下自己发火燃烧的。所以柴油机中的空气还要达到足够高的温度，而高温的空气是通过使
空气压缩得到的，因此柴油机也称为压燃式内燃机。
(二) 工作原理
柴油燃烧后将放出大量热量，使燃气的温度和压力剧增，同时也就具有了很强的膨胀做功能力。通常把这种有了做功能力的高温燃气物质称为工质。工质在柴油机中膨胀，通过推动活塞做功，最终膨胀结束失去做功能力，成为废气。为了新鲜空气能够再次进入柴油机中，而使柴油机恢复做功能力，就要将废气排出。
因此，柴油机要使柴油在其中燃烧做功，并能够连续不断地工作下去，就需要有进气、压缩、燃烧、膨胀、排气五个过程。这五个过程既为柴油机的一个基本工作循环。
1) 第一冲程———进气冲程
2) 第二冲程———压缩冲程
3) 第三冲程———膨胀冲程
4) 第四冲程———排气冲程
经过上述四个冲程，柴油机完成了一个工作循环。当活塞继续运动时，又一个新的循环开始了。
四冲程柴油机的每一个工作循环是要曲轴转两转来完成的。在每个工作循环中只有第三个冲程是作功的。在这个冲程当中，完成了燃油从化学能转变为热能，又从热能转变为机械能的两次能量转换。其他三个冲程都是为这个工作冲程服务的，而且都需要供给能量以保证活塞的正常运行。。
1.3.2二冲程柴油机的工作原理
我们已经知道，柴油机的一个工作循环有五个过程。二冲程柴油机就是要把这五个过程在两个冲程内完成。这五个过程中，燃烧和膨胀做功的冲程必不可少。压缩以满足燃油自行发火燃烧的过程也非有不可。而进气和排气是燃烧和做功的辅助过程，只要能在很短的时间内进行完成，就可在两个冲程内完成一个工作循环。
1. 换气——压缩冲程
2. 膨胀——换气冲程
由上可以看出，二冲程柴油机和四冲程柴油机相比，一个工作循环只有两个冲程，既曲轴只转一转。因此在结构尺寸和转速相同的情况下，二冲程柴油机比四冲程柴油机的功率要大一倍。但由于换气等因素的影响，使活塞有效行程减少，实际功率一般为四冲程柴油机的1.6~1.8倍。
1.3.3 柴油机的增压
1.增压的基本概念
所谓增压，就是提高柴油机气缸进气空气的压力，使空气密度增加，从而增加进入气缸的空气量。进气量的增加就可以相应增加喷入气缸的燃油量，也就使得在气缸结构尺寸、转速等条件不变的情况下，提高柴油机功率。根据增压器利用的能量不同，增压有三种形式：
1) 机械增压：即直接用柴油机驱动。方式有用活塞下部空间作压气机
工作腔、由活塞驱动专门压气机或由曲轴驱动压气机，但都增加柴油机功率消耗。
2) 废气增压：利用柴油机排出的废气驱动涡轮机，由涡轮机带动压气
机在增压。可以回收部分废气能量，提高经济性。
3) 复合增压：是上两种方式的结合。
2. 增压器的喘振
（1）喘振的现象
增压器的喘振是指当压器的压气机在工作时，由于工况的偏离造成气流产生强烈脉动，并有气体倒流，从而引起压气机工作不稳定，导致压气机振动，并发出异常声响的现象。喘振是压气机的一个固有特性。
从根本上说，增压器的喘振是由于压气机的实际流量小于该转速下引起喘振的限制流量，造成气流与叶片的强烈撞击与脱离。
（2）喘振的原因
1）气流通道堵塞
2）增压器和柴油机的运行失配
3）环境温度变化
4）各缸负荷严重不均
1.4 船舶柴油机类型及系统简介
1.4.1 柴油机的主要类型
柴油机根据分类方法不同，有多种多样。如按工作循环分类，有四冲程和二冲程柴油机；按进气方式分，有增压和非增压柴油机；按结构形式分，有筒状活塞和十字头式柴油机；按曲轴转速分，有高速、中速和低速柴油机；按气缸排列方式分，有直列和V型柴油机等形式；按转向分，有左旋和右旋柴油机；还有可逆转和不可逆转柴油机等。
1.筒状活塞和十字头式柴油机
2.高速、中速和低速柴油机
1.4.2 柴油机的工作系统
柴油机的工作系统主要是指柴油机冷却、柴油机润滑、燃油的供给这三个系统。
1.4.3 柴油机的冷却系统
对柴油机冷却系统来说，除选择合适的冷却液体外，还要保证连续的冷却水量和恰当的冷却水温度。根据需要，船舶柴油机通常有三种冷却系统，既淡水冷却系统、海水冷却系统和中央冷却系统。
1. 海水冷却系统
海水冷却系统属于直接冷却方式，都采用开式冷却，既海水泵从船舷外吸入海水，冷却完机械设备后直接排出舷外。这种冷却系统，主要用舷外海水来冷却滑油、淡水、扫气空气和其他机械。
2.淡水冷却系统
海船的淡水冷却系统属于间接冷却方式，都采用闭式循环。淡水用于主要冷却柴油机的气缸、气缸盖、活塞，还有的系统也用来冷却废气涡轮增压器和喷油器。
淡水冷却系统设有高置膨胀水柜，其作用有：
1）使冷却系统中的淡水受热后有膨胀余地；
2）向系统补水；
3）使冷却水泵有正吸高保证泵的吸入；
4）排出系统空气；
5）投放化学药剂对冷却水进行处理
1.4.4 柴油机的润滑系统
柴油机的润滑系统是非常重要的系统，主要包括柴油机轴承和气缸的润滑（有的系统还设有凸轮轴润滑）以及对润滑油的冷却和净化。
1. 润滑油的作用
润滑油在柴油机工作中除了起到润滑作用外，还有冷却、清洁、密封、防腐蚀和降低噪音等作用。
1.4.5 柴油机的燃油系统
柴油机燃用的柴油通常有轻柴油、重柴油和低质燃料油。
燃油系统主要包括燃油的加装、储存、驳运、净化、加热这些环节。
1. 燃油的供给、净化和雾化系统
燃油在使用前必须经过预热和净化处理，以降低粘度和除去其中水分及杂质。
2.燃油系统的维护管理
（1）轮机长应根据船舶现存燃油数量和牌号，航次需要，提出加油数量和规格，在与船长协商后向公司提出加油申请。
（2）具体加油舱和加油量，轮机长应与大副商量以满足船舶吃水的要求。同时应注意不同牌号的燃油一般不能加装在同一油舱内并且燃油加装不能超过舱容的85%。
（3）有些船舶主机在正常航行时使用重油，机动航行时使用轻柴油。这就需要在离港和进港时更换燃油。一般在进港机动航行前1小时和离港正常航行后进行换油操作。
1.4.6 柴油机的操纵系统
操纵系统是将起动、换向、调速等各装置联结成一个整体并可以集中控制柴油机运行的机构。
1. 对操纵系统的要求：
（1） 能迅速而准确地执行起动、换向、变速和超速保护等动作，并满足船舶规范的相应要求。
（2） 有必要的连锁装置，以免误操作和事故。
（3） 有必要的监视仪表和安全与报警装置。
（4） 操纵系统中的零部件必须灵活可靠，不易损坏。
（5） 操作、调节方便，维护简单。
（6） 便于实现遥控和自动控制
四、柴油机的运行管理
(一)备车：供电准备、冷却水系统准备、润滑油系统准备、燃油系统准
备、压缩空气系统准备
(二)转车
(三)冲车
(四)试车
五、 船舶柴油机的应急处理
1. 应急停车
当主机在运转中遇到下列情况时应立即停车：
柴油机继续运转将导致机损或危及人身安全；扫气箱着火，曲柄箱爆炸；润滑油、燃油管系暴烈，大量油类外泄，导致污染及危及柴油机安全运行。
2. 紧急刹车
航行中，如遇驾驶台要求紧急刹车，轮机员应立即执行。所谓紧急刹车就是首先立即停车并换向，利用反向起动对主机制动，直至使主机倒车运转。
3. 应急管理
1) 封缸运行
2) 停增压器运行
六、对船舶动力装置的要求
各种船舶动力装置虽存在着类型、传动方式及航区等条件的不同，但对一些基本性能却有着共同的要求。
1. 可靠性：可靠性对船舶动力装置来说具有特别重要的意义。船舶航行中，可能长期离开陆地，若影响航行的重要部件发生故障，在复杂航行环境和严峻的气象条件下，有可能导致海损和严重的海洋污染。可靠性不足还会降低营运效益。
2．经济性：船舶在营运中，动力装置的运行及维护费用占船舶总费用的比例很大，现在已超过50％，为提高船舶的营运效益，使船东能获得最大的经济效益，必须尽量提高动力装置的经济性。
3．机动性：船舶机动性指的是改变船舶运动状态的灵敏性，它是船舶安全航行的重要保证。船舶启航、变速、倒航和回转性能是船舶机动性的主要体现。
4．重量和尺度：动力装置的重量和尺度直接影响船舶载货量和货舱容积，因此为了提高船舶的经济效益，应力求减少动力装置的重量和尺度。
5．续航力：续航力是指船舶不需要补充任何物资（燃油、滑油、淡水等）所能航行的最大距离或最长时间。它是根据船舶的用途和航区确定的。为了满足船舶续航力的要求，船上必须设有足够大小的油、水舱柜。
除了以上要求外，还要求动力装置便于维护管理，有一定的自动化程度，振动轻、噪音小，同时必须能满足造国家和国际相关海事机构制定的规则和规范。
七、通过对轮机概论的学习，更加进一步得了解了轮机的工作，增加了轮机管理及热工基本知识；船舶柴油机动力装置；船舶推进装置；船舶辅助设备；船舶甲板机械；船舶通用系统；船舶电器设备各方面的知识。更好的提高航行的安全性，不过轮机概论只是纯理论的，要对轮机更好地了解应该增加一些实践课，提高实践和创新能力。
轮机概论