船舶概论第六章

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⑵水管锅炉 水管锅炉结构见图6-5。水包1和汽包4之间由密集的炉 管束3连通，当燃料在燃烧室2内燃烧时，高温的火焰和烟 气扫过炉管束，使管内的水迅速被加热变为蒸汽，经汽包由 主蒸汽阀输出，烟气经烟道烟囱排到大气中。 和烟管锅炉相比，水管锅炉容水量少，循环快，蒸发率 高，从点火到供汽时间短。由于水和蒸汽的压力作用在圆筒 形的水包、汽包内壁和小直径的水管内，因而能够承受比较 高的压力，有利于蒸汽压力的提高。水管锅炉结构轻巧，单 位受热面积重约200Kg/m2,比烟管锅炉轻40%以上。现代蒸 汽船舶动力装置几乎都采用水管锅炉。
第六章 船舶动力装置
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第一节 船舶动力配置的含义及组成
现代船舶的动力装置，广义上说，是指保证船舶正常航
行、作业、停泊以及乘员正常工作和生活所需的各类机械和
设备。它主要是提供机械能、电能、热能、液体和气体的压
力能，除保证船舶推进外，并满足整个船舶能量消耗的需要.
所以船舶动力装置大部分是能量转换装置。
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一、蒸汽动力装置 蒸汽动力装置由锅炉、蒸汽轮机、轴系、管系及冷凝器 等设备组成。燃料的燃烧是在发动机的外部即锅炉中完成 的，是外燃式动力装置，其基本工作原理如图6-2所示。 在汽轮机内部，高压过热蒸汽自喷嘴喷出时，形成具有 很大动能的高速汽流，冲到汽轮机的叶片上使汽轮作高速旋 转，如图6-3所示。
②热效率较低，耗油量较高 一般为232～313g/kw.h，
故经济性较差；
③附属设备多，装置复杂。
早期船上使用的往复式蒸汽机，因热效率低，振动大，
单机功率有限等原因，早已淘汰。
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二、内燃动力装置 以内燃机作为船舶主机的推进装置，称为内燃动力装 置。燃料直接在发动机气缸内或燃烧室中燃烧，将高温高压 燃气的热能转化为机械能作功。 根据内燃机的工作方式和特点，可分为往复式柴油机和 回转式燃气轮机两种。 1.往复式船舶柴油机 柴油机作为船舶主机，在现代船舶中应用极为广泛。以 每年完成的造船量看，柴油机占造船总量的98%，而柴油机 总功率则占船机总功率99%，可见营运中的大部分船舶均以 柴油机作为主机。
船舶动力装置通常包括：推进装置、辅助装置、管路系
统、甲板机械和机舱自动化设备五部分。
1.推进装置 图6-1为船舶推进装置示意图。在遥控装
置1操纵下，当主机2运转时，驱动传动设备（或减速齿轮
箱）3和轴系4，使螺旋桨5旋转做功，产生使船舶运动的推
力。
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2.辅助装置 除推进装置外，供应船上其他各种能量需 要的装置和设备，如船舶电站、辅助锅炉装置、泵站、压缩 空气站等，统称为辅助装作旋转而非往复运动 所以工作均衡、平
稳、机件间的摩擦部分少,使用期限达10万个小时以上,维修 保养比较简便。
⑶可以使用廉价的劣质燃料 与柴油机相比，滑油耗
量也小得多。
作为船舶主机的汽轮机，同时也存在如下不足：
①起动时间稍长 从锅炉点火开始到压力足够的蒸汽需
要较长时间，紧急起动也需15～20min；
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柴油机作为船舶主机具有如下特点。 ⑴有较高的经济性 首先是其油耗率低，大型低速船 用柴油机的最低耗油率不超过160g/kw.h，中速柴油机的耗 油率不超过180g/kw.h,这是其他类型的发动机无法相比的。 由于柴油机的燃料燃烧后直接在气缸内形成高温高压的 燃气而膨胀作功,且燃烧和排气的温差大，因此，柴油机的 热效率高，一般可达35%～46%。而蒸汽轮机的热效率一般 为25%～33%。 柴油机不仅在全负荷时（通常为设计工况）具有良好的 经济性，在低速和部分负荷时，也具有较高的经济性。
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2.蒸汽轮机 蒸汽轮机又称蒸汽透平，它是将蒸汽的压力能转换成机 械能换成机械能作功的动力机。 汽轮机在大型大功率舰船上应用极为广泛，因为作为原 动机的蒸汽轮机具有如下的诸多优点。 ⑴单机功率大 由于船舶的巨型化和快速化，例如30 万吨和50万吨级油船，10万吨和40万吨级散装货船先后出 现，航速24kn以上的定期货船，30kn以上的集装箱货船都 先后投入航运。因此需配置单机功率（2.2～3.7）×104kw 以上的主机，采用汽轮机就比较合适，大型作战舰艇如航空 母舰、巡洋舰也大多以汽轮机为主机.而且在大功率范围内, 汽轮机装置的单位重量约为13.6～20.4kg/kw，比柴油机动 力装置轻很多。
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下面简要介绍蒸汽锅炉和汽轮机的基本结构和工作原 理。
1.蒸汽锅炉 锅炉是利用燃料在其炉膛燃烧所产生的热量，将水加热 并蒸发成具有一定温度和压力的蒸汽的一种设备。按其结构 型式分为烟管锅炉和水管锅炉两大类。 ⑴烟管锅炉 烟管锅炉也称火管锅炉，结构见图6-4。最早应用到船 上的是烟管锅炉，它是燃料在炉膛6内燃烧，产生的高温烟 气经燃烧室5进入烟管4，包围在烟管外的水吸收烟管内烟 气的热量，被加热而变成蒸汽，经主蒸汽阀2进入管道送往 蒸汽轮机。
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第二节 船舶动力装置的类型
船舶动力装置中的主机和辅机都有多种不同型式，不论 何种型式，其初始能量都来自燃料的燃烧。燃烧产生的热能 通过各种动力装置转换为其他形式的能量，如机械能、电 能、液体和气体的压力能等。
船舶主机的功率通常远远大于辅机功率，所以，船舶动 力装置一般就以主机的型式来来分类和定名。根据主机采用 燃料的性质，燃烧的场所（原动机的内部或外部），使用的 工质及其工作方式的不同，船舶动力装置可分为蒸汽、内燃 和核动力三大类。
3.管路系统 连接各种机械设备并输送油、水、气等工 作介质。其中为主机服务的燃油、滑油、冷却水、压缩空 气、进排气及废热利用等系统，称为动力管路系统。为全船 服务的则称为船舶管路系统，它包括为保障航行安全的舱底 水、压载、消防等系统；为乘员生活所需要的通风、取暖、 空调、冷藏、供水、卫生及制淡等系统。
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4.甲板机械 它包括：锚机、绞缆机和绞盘等系泊机 械；舵机及其操纵和执行机构组成了操舵机械、起货机、吊 货杆、卷扬机等装卸设备，装卸液货的泵和管路则归属于管 路系统；用于放置和吊放救生艇、工作艇的吊艇架和吊艇机. 特殊用途的船舶还有专用的甲板机械，如拖船的绞缆机和渔 船的起网机等。
5.机舱自动化设备 为实现主机、辅机遥控、集控的 设 备。它包括自动控制和调节系统、自动操纵、集中监测及报 警系统。