船舶动力装置综述(中)

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　　汽轮机动力装置 以汽轮机为主机的动力装置(图1[民用船舶汽轮机动力装置示意图])。蒸汽从锅炉进入汽轮机膨胀作功，将蒸汽的热能转变为机械能，经齿轮减速器和轴系驱动螺旋桨。蒸汽在汽轮机中膨胀作功后排入凝汽器，被舷外水冷却而凝结成水，由凝水泵送入给水预热器和除氧器中，再由锅炉给水泵将给水经给水预热器送回锅炉,重新在锅炉中受热蒸发成蒸汽,从而形成一个闭合循环。为了提高循环效率，从汽轮机中抽出部分作过功的蒸汽加热锅炉给水，即实现回热循环。民用船舶的汽轮机动力装置均采用这种循环，给水预热级数已多至5级。军舰经常在低负荷下运行,为简化设备和提高操纵性，一般仅用辅机的二次蒸汽加热给水，而且预热级数也大大减少。

　　汽轮机动力装置一般采用水管锅炉，它比火管锅炉轻巧，可使用较高的蒸汽参数，而且蒸发量大，能适应汽轮机的要求，但对给水品质要求较高。为了除去溶于给水中的氧气和减少锅炉的腐蚀，设有专门的除氧器。

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　　在民用船舶中，除发电机和给水泵用辅助汽轮机驱动外，其余辅机大都用电动机驱动。而在军舰中，辅机一般由汽轮机驱动。

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　　汽轮机是高速旋转机械,为了保证螺旋桨的效率,通常采用齿轮传动或电力传动。齿轮传动效率高、质量小、造价便宜，但汽轮机要装设倒车，以获得倒航能力。大多数汽轮机船舶采用这种传动。汽轮机电力传动一般只用于要求操纵性较好的船舶。

　　汽轮机动力装置的特点是单机功率大，振动和噪声小，维修费用低，但热效率较柴油机装置低，且设备多，主要用于大型军舰、大型客船和油船上。采用再热循环和沸腾炉以降低燃料消耗率，使用煤或混合燃料等，是汽轮机动力装置的发展方向(见船用汽轮机)。

　　柴油机动力装置 以柴油机为主机的动力装置。它具有热效率高、启动快、操纵方便、可直接倒车、结构紧凑等特点，是船舶上用得最多的一种动力装置。它的缺点是零部件磨损较快，维修费用高，振动噪声大。

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　　柴油机可分为低速、中速和高速3种。其中,低速柴油机因转速低，可直接与轴系连接驱动螺旋桨，设备简单,工作可靠，寿命长，热效率高，单机功率可达40000千瓦，可燃用劣质燃料，所以发展较快。缺点是质量和尺寸较大。远洋和沿海的货船、油船大多采用低速柴油机直接传动方式。新研制的长行程低速柴油机，行程约为缸径的3倍，耗油率在163克／(千瓦•时)以下，热效率高于50%。由于转速降低，推进效率得到进一步的提高。但其质量、尺寸较大，柴油机干重约为21～65千克／千瓦，适用于吃水深的大型船舶。中速柴油机常通过齿轮传动或电力传动减速后驱动螺旋桨，也有用调距桨进行变工况和正倒车的。中速柴油机操纵简单，效率较高，质量、尺寸小。其中，以大功率中速柴油机发展较快，单缸功率达1215千瓦，单机功率达21870千瓦,采用齿轮减速后,具有推进效率高的优点,且能燃用劣质燃料。不宜采用尺寸过大的低速柴油机的船舶，如滚装船、渡船、中小型军舰和联合装置的巡航机组，可采用大功率中速柴油机。高速柴油机燃用中质或轻质柴油，耗油量大，燃料成本高，使用寿命短，噪声大，但质量和尺寸均小，多用于舰艇和小型内河浅水船舶。高速柴油机利用离合器和倒顺车齿轮减速器实现倒车。

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　　中小型军舰、渡船和海洋救助拖轮等，要求有较大的推进功率，而机舱的容积和装置的质量大小又受到限制，因此常通过减速齿轮和离合器等将尺寸、质量较小的两台或多台中速柴油机的功率合并到一根螺旋桨轴上组成大功率的多机并车推进装置(图2 [柴油机双机并车齿轮传动装置])。低负荷时，可脱开部分柴油机而使其余柴油机接近于全负荷运行。多机并车装置能提高船舶低速航行的经济性和装置的可靠性。

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　　进一步提高热效率，采用劣质燃料或混合燃料，采用机带或轴带发电机和辅机,减少辅机所需的功率等,是柴油机动力装置的发展方向。

　　燃气轮机动力装置 以燃气轮机为主机的动力装置。它具有质量小、尺寸小、启动快、加速性好、运行维护简便等优点，因而在舰艇上得到广泛应用。从小型的气垫船到大型军舰，都有用燃气轮机作为主机的。燃气轮机装置的缺点是耗油率大，需要很大的进排气管道，热效率低于柴油机装置，因而适用范围有限。

　　船用燃气轮机有航空派生型和工业型两种。前者较轻巧，设备简单，但须燃用轻质燃料，通常为舰艇使用。后者寿命较长，可燃用重柴油，一般用于民用船舶上。

　　燃气轮机一般不能反转，故须采用可逆转齿轮减速器、可逆转液力耦合器、电力传动装置或调距桨实现倒车。

　　舰艇长期以巡航速度航行，巡航速度与全速航行所需功率相差很大。为使整个动力装置在质量、尺寸、耗油率、机动性、航速和续航力等方面获得最合理的组合，常将几台燃气轮机或燃气轮机与其他发动机并车，共同驱动螺旋桨而组成联合动力装置。联合动力装置有3种型式。①蒸-燃并列联合装置(COSAG)：巡航时用汽轮机，加速时并入燃气轮机共同驱动螺旋桨。由于汽轮机装置质量和尺寸较大,这种型式已渐被淘汰。②柴-燃联合装置：柴油机作为巡航机组，燃气轮机作为加速机组。巡航机组的使用方式有两种，一种是柴油机仅在巡航时使用,加速时不工作,称作柴-燃交替联合装置(CODOC)。一般在柴油机功率占总功率的比例较小时(～25%)采用这种方式。另一种是加速时燃气轮机和柴油机都投入运行以获得最大的航速，称为柴-燃并列联合装置(CODAG)。这种方式通常是在巡航速度较高、柴油机功率在总功率中所占比例较大时(＞50%)采用，并车后可获得较大的航速。③燃-燃联合装置：或称全燃联合装置,也有两种使用方式。巡航时采用小功率燃气轮机、加速时改用大功率燃气轮机的称为燃-燃交替联合装置(COGOG)。这种型式通常用于巡航速度较低的舰艇。对于一些排水量较大的军舰，要求有较大的巡航功率，又要保证较高的全航速，这时巡航机组和加速机组采用功率较大且机型相同的燃气轮机。巡航时只用巡航机组，加速时巡航机组和加速机组同时使用，称为燃-燃并列联合装置(COGAG)。

　　图3 [全燃联合动力装置机械设备布置图]为全燃联合动力装置机械设备布置图。燃气轮机加速机组(即主燃气轮机)与巡航机组并车，经减速齿轮箱和轴系驱动螺旋桨。发电机组用柴油机作为原动机，设有四台，辅助锅炉设有两台。大部分直接为燃气轮机服务的辅助设备都装在燃气轮机上。

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　　燃气轮机的热效率低于柴油机，而且对燃油品质要求较高，因而在民用船舶上尚未普及。为了提高动力装置的经济性，工业发达国家已着手研究燃气轮机排气的余热利用。其原理是将燃气轮机的高温排气送入废气锅炉，产生蒸汽推动汽轮机作功，汽轮机与燃气轮机共同驱动螺旋桨，称为燃-蒸联合循环装置(COGAS)。这种装置把燃气轮机排气温度高与汽轮机进汽温度低的特点结合起来，使装置热效率达40%以上，是效率较高的一种动力装置。