船舶动力装置概论第十八次课.ppt

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1、1,1,2,上次课主要内容,6.1 概述6.2 联合动力装置推进系统的组成和性能（COSAG或COSOG）（CODAG或CODOG）（COGAG或COGOG）（CODAD）（COGAS）,3,6.1.2 联合动力装置的分类和应用,3、燃燃联合动力装置（COGAG或COGOG）,燃燃联合动力有两种运行方式：COGAG燃燃共同使用联合推进装置（如采用四台相同型号的燃气轮机组成的推进装置方案，巡航是使用一台或两台燃机，全速时使用四台燃机共同工作）；COG1OG2燃燃交替使用联合推进装置（如采用小型燃气轮机或复杂循环燃气轮机作为巡航动力装置，采用大型简单循环燃机作为加速动力装置）。COGAG与COGO

2、G系统相比，其好处是：COGAG模式下驱动齿轮箱具有并车和分车的功能，能满足任意一台动力装置投入或退出工作。具有更多的工作工况可供选择。在高航速时还可以将巡航燃机的功率并入，驱动螺旋桨以提高航速，并没有将巡航燃机“闲置”。并且COGAG系统通常采用的都是同型燃机，供油单一，备件通用，便于维护。,4,6.1.2 联合动力装置的分类和应用,采用COGAG推进的舰艇：上世纪60年代，COGAG最早用在前苏联“卡辛”级驱逐舰上。70年代美国DD963级驱逐舰也采用双轴推进。日本16DDH直升飞机母舰，4台LM2500燃气轮机驱动两调距浆。意大利NUM新型航母，4台LM2500燃气轮机驱动两固定螺距螺旋

3、桨。美海军高速支援舰，4台LM2500燃气轮机，双轴，驱动两定距浆。采用COGOG推进的舰艇：英国的42型导弹驱逐舰、女将型（21型）和大刀型（22型）护卫舰等，都是采用双轴调距浆，加速主机用奥林普斯燃气轮机，巡航机组是太因燃气轮机。,5,6.1.2 联合动力装置的分类和应用,4、柴柴联合动力装置（CODAD）,在巡航时使用两台柴油机带动两个螺旋桨，全速时四台柴油机共同工作。特点:动力装置经济性好，最大功率适宜。维护和后勤方面具有优越性。,6,6.1.2 联合动力装置的分类和应用,4、柴柴联合动力装置（CODAD）,7,6.1.2 联合动力装置的分类和应用,采用CODAD的舰船：（1）法国海军

4、的“卡萨尔级”驱逐舰、“A69级”护卫舰（2）日本的“峰云级”、“山云级”驱逐舰（3）意大利的“贝尔加米尼级”、“智慧女神”护卫舰,8,6.1.2 联合动力装置的分类和应用,5、燃蒸联合动力装置（COGAS）,在燃气轮机排烟道中加装余热锅炉，利用高温烟气余热产生过热蒸汽，推进一台蒸汽轮机，就构成“兰肯循环”能量回收系统，可节省燃料25%。,9,6.1.2 联合动力装置的分类和应用,5、燃蒸联合动力装置（COGAS）,美国“伯克”级驱逐舰从第五艘开始和日本“金刚”级，荷兰海军的M级都采用能量回收系统。,10,6.1.2 联合动力装置的分类和应用,5、燃蒸联合动力装置（COGAS）,这种燃蒸联合动

5、力装置在地面发电厂中获得广泛的应用，发电总效率可达60%以上。,11,6.1.3联合动力装置的控制,满足舰船对于全速航行时功率的要求的同时,单一种动力装置的功率不能超过限制,也就是保证功率平衡的技术。,对于交替使用的联合动力装置在主机切换过程的控制问题。要保证在主机切换过程中,接入主机能平稳可靠地接替离线主机提供推进功率；还需保证在线主机能平稳地脱离同并车齿轮箱的联接,逐渐降低到惰转转速后停车。,12,6.1.4 XX舰的联合动力装置,13,6.2 联合动力装置推进系统的组成和性能,6.2.1 CODAG动力装置的组成和性能特点,14,2000吨级护卫舰的主推进装置柴燃并车联合动力装置。一台燃

6、机LM2500 30型，功率20000kW，两台MTU的20VI163TB82柴油机，单机持续功率4045kW。两台柴油机加一台燃机最大功率30000kW。,三种工作方式：两台柴油机工作，最大航速21.8kn一台燃机工作，最大航速28kn，最小航速可达5kn两台柴油机和一台燃机共同工作，最大航速30.3kn,6.2.1 CODAG动力装置的组成和性能特点,15,6.2 联合动力装置推进系统的组成和性能,6.2.2 CODAD装置的组成和性能特点,16,6.2 联合动力装置推进系统的组成和性能,2000吨级护卫舰主推力动力装置柴柴并车联合动力装置。4台同种型号的柴油机，每两台带动一轴一桨。巡航时

7、每轴一台发动机工作，高速时每轴两台发动机工作。,CODAG和CODAD比较：从占据机舱空间尺寸方面：两种要求差不多，但后者要求机舱上面甲板面积要大一些。最低航速：前者5kn，后者11.5kn机械重量：前者比后者少加速性：由于燃机从冷态启动到全功率需要约2min，而柴油机所需时间更长，所以前者加速性优于后者。,17,6.3 船舶电力推进和电磁推进动力装置,1、电力推进装置的组成,Y-原动机 G-发电机 M-电动机 J-螺旋桨 K-控制设备,水下潜艇通常包括蓄电池组，因为水下无空气工作条件。,6.3.1电力推进装置的组成性能特点,18,德国海军近期将装备世界上第一艘复合使用常规蓄电池及燃料电池的2

8、12A型柴电潜艇U31号。长56米，宽7米，高6米，潜航排水量1830吨，水上排水量1524吨，满载时最大潜航速度20节，水面速度12节，最大下潜深度400米。,6.3 船舶电力推进和电磁推进动力装置,19,2、电力推进装置的特点,操作灵活，机动性好易于获得理想的拖动特性，提高船舶的战术技术性能 a、低速特性好 b、机动性好 c、良好的恒功率特性，利于原动机的恒功率工作，发挥原动机的潜力 d、电流特性好 e、良好的“堵转特性”,6.3 船舶电力推进和电磁推进动力装置,20,推进装置总功率可以由好几个机组承担，增加了设备选择的灵活性，提高了船舶的生命力原动机与螺旋桨无硬性联接，有利于减低振动，降

9、低噪声；可使原动机与螺旋桨分别在各自最佳转速下工作电力推进装置重量大，中间损耗大，初投资大，需要维护和运行人员的技术水平高,6.3 船舶电力推进和电磁推进动力装置,21,6.3.2 超导电磁推进船舶,磁流体推进原理 磁流体推进可以算作电力推进的范畴。同常规机械推进是根本不同的。利用海水含盐量较高（海水平均含盐量是3.5），海水可以导电的特性，当导电海水通过船体管道内相互垂直的电场与磁场时，海水就会受到电磁力的作用而在管道内运动，船体管道就将受到海水运动方向相反的反作用力。此反作用力就可推动船舶前进。,22,电磁推进船舶是一种无螺旋桨的水下推进船舶，具有振动噪声小，航行速度快，控制灵活等特点。和

10、传统的螺旋桨推进受到空泡腐蚀的限制不同，电磁推进船舶推进装置之内部没有转动机械，不会受到类似“空泡”问题的限制。因而可以大大提高主机的功率。理论分析认为电磁推进船舶的航行速度可以达到100节以上。,6.3.2 超导电磁推进船舶,23,6.4船舶齿轮箱,24,6.4.1船舶齿轮箱的功能,（1）减速和变速（2）采用并车和分车以组合或分配推进功率（3）离合与倒顺车，船舶齿轮箱中离合器是主要设备（4）自动同步切换工作主机（5）抵抗冲击和振动（6）满足主机布置要求,6.4船舶齿轮箱,25,6.4.2对船舶齿轮箱的特殊要求,齿轮箱是船舶动力装置重要组成部分，其破坏的主要形式为齿轮损坏。主要表现在以下三方面

11、：点蚀、轮齿断裂、胶合。由于船体运行过程中会发生变形，动力装置各部件安装会有误差，运行中推进轴系高度会发生变化等等，这些都会影响到齿轮的啮合面上，引起载荷不均匀。这些可以成为“环境”对齿轮箱的影响，主要体现在以下三个方面：（1）轴系对船舶齿轮箱的影响（2）发动机对船舶齿轮箱的影响（3）机座对船舶齿轮箱的影响 四点支撑对称分布,26,6.4.3船舶齿轮箱的组成部分,齿轮箱具有传递功率、减速、润滑冷却、倒顺车、并车以及功率输出端等装置。,（1）传递功率 通常为各种形式的联轴器，多数是柔性联轴器，把主机的功率传递到齿轮箱。当速比8时，使用2级减速。（2）减速、润滑和冷却大小齿轮啮合达到减速的目的啮合

12、齿轮副所传递的功率很大，必须保证啮合面间结合时要有足够的润滑；齿轮箱的能量损失变成热量，需要冷却。,27,6.4.3船舶齿轮箱的组成部分,（3）倒顺车 常见的倒车方式有单离合器惰轮倒车和单离合器平行轴倒车,（a）,（b）,（a）单离合器惰轮；（b）单离合器平行轴1-输入轴 2-输出轴 3-离合器,（4）并车 一级减速布置中可以使用三齿轮并车，即螺旋桨轴由大齿轮带动，并车的二主机各驱动一个小齿轮。,28,（5）功率输出轴 轴带发电机、轴带应急滑油泵、轴带应急海水泵、手动盘车。,6.4.3船舶齿轮箱的组成部分,轴带发电机组,29,船用双锥面摩擦离合器,6.5船舶离合器及液力耦合器,30,6.5船舶

13、离合器及液力耦合器,6.5.1船舶离合器的功能和要求,（1）离合器的主要功能便于主机在任何时候都能和螺旋桨脱开带有弹性联轴器的离合器调整临界转速，从而避开临界转速可以使用非反转主机，用离合器实现倒车及双速传动微速航行保护设备，安全离合器,31,常用的离合器有：摩擦式离合器 三S（自动同步超越离合器）离合器 液力耦合器,6.5船舶离合器及液力耦合器,32,（1）摩擦离合器 多片式摩擦离合器 锥形摩擦离合器,6.5船舶离合器及液力耦合器,33,6.5船舶离合器及液力耦合器,三S（自动同步超越离合器）离合器,34,A-棘爪 B-啮合齿轮 C-中间滑移件 D-螺旋花键轴E-输入轴 F-输出法兰 G-棘

14、齿,6.5船舶离合器及液力耦合器,35,6.5.2液力耦合器的原理和应用,（1）液力耦合器的原理,由泵轮、涡轮和转动外壳组成。油的流动是耦合器工作、传递功率的关键，泵轮可以看作是离心泵，而把涡轮看作是涡轮机。主动轴带动离心泵工作，使一定压头的油经过管道而冲动涡轮机的叶片使涡轮转动，从而带动从动轴工作。油推动涡轮后回到泵轮进油口循环使用。,6.5船舶离合器及液力耦合器,36,1-飞轮 2-涡轮 3-泵轮 4-导轮 5-变矩器输出轴 6-曲轴 7-导轮固定套,6.5船舶离合器及液力耦合器,37,6.5.2液力耦合器的原理和应用,（2）液力耦合器的特性扭矩特性,主动轴通过泵轮将机械能（扭矩）转换成为

15、油的动能和压力能。根据动量矩定理，油能量的增加就是动量矩的增加（油在出口动量矩和油在进口动量矩之差），于是主动轴给泵轮油的力矩可表示为油的质量、油的流速和出口进口的平均半径三者的乘积之差。对于流进涡轮的油来说是释放能量，油的压力能和动能的减少转化成了从动轴输出的功率。同样根据动量矩定理，油给涡轮释放的扭矩可表示为油的质量、油的流速和出口进口的平均半径三者的乘积之差。,38,效率特性 耦合器工作过程中主要有三种损失：油在循环圆内流动时进口的冲击损失；流道的局部阻力和摩擦阻力损失；其次还有轴承、密封和空气阻力损失。输出功率总是小于输入功率，效率小于1.0。（3）液力耦合器的应用 耦合器以液体介质传

16、递扭矩，具有良好的隔振特性。船用柴油机的输出轴接有液力耦合器已经成为柴油机动力装置的通用布置。液力耦合器使柴油机输出扭矩固有的波动振幅减小，从而提高传动齿轮箱轮齿工作的可靠性。,6.5.2液力耦合器的原理和应用,39,6.6船用大功率高速联轴器,在船舶轴系中常用的刚性联轴器有法兰联轴器、夹壳联轴器和液压联轴器三种。,将两段轴互相联接成整体的设备称为联轴器。按联轴器的不同结构特点，可分为刚性联轴器，弹性联轴器和万向联轴器。,6.6.1 刚性联轴器,40,液压联轴器,6.6船用大功率高速联轴器,41,6.6.2 弹性联轴器,（1）弹性联轴器的主要功能,回避和消除轴系的共振降低波动扭矩值，使齿轮箱运

17、行平稳，改善齿轮箱的工作条件补偿船体变形及安装误差对齿轮箱和轴系的影响，保证推进系统正常工作,42,6.6.2 弹性联轴器,（2）橡胶弹性联轴器,43,6.7船舶轴系与螺旋桨,船舶轴系的基本任务是将发动机的功率传给螺旋桨,同时又把螺旋桨的推力通过轴系传给船体,推动船舶运动。轴系是推进装置中的关键部件之一。轴系位于主机(或齿轮箱)的输出法兰和螺旋桨之间,一般由传动轴,轴承及其它附件所组成。,6.7.1船舶轴系的组成和特点,44,6.7.3螺旋桨工作原理、特性和机桨配合,45,6.7.3螺旋桨工作原理、特性和机桨配合,(1)螺旋桨,46,变距桨的工作原理与定距桨相同，一只变距桨相当于无穷多个相同外径不同螺距的定距桨。,(2)变距桨的工作原理和特性,6.7.4 变螺旋桨的原理与基本特性,47,6.7.4 变螺旋桨的原理与基本特性,变距桨的桨叶与桨毂是分开的，工作中可以改变螺距。,优点：能改善舰船的操纵性能，有利于实现驾驶自动化，易于遥控，易于倒车。提高了舰船的机动性提高了航行的经济性使主机甚至整个动力装置的结构得到了简化提高了主机和艉轴的使用寿命 缺点：结构复杂、制造、加工、装配要求高，成本高、使用维护要求高,48,(3)变距桨的结构和组成,6.7.4 变螺旋桨的原理与基本特性,49,6.7.4 变螺旋桨的原理与基本特性,(3)变距桨的结构和组成,