船舶动力装置.ppt

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1、1,全长：142.7米全高、全宽：15.1米吃水：5.1米排水量标准：满载 4200吨续航能力：5000海里/15节,柴燃联合动力（CODOG）双轴推进两台MTU 12 V 1163 TB83柴油发动机，两台LM2500燃气轮机。,上节主要内容,1.1 船舶动力装置定义(1)及其组成(4),1.2 船舶性能指标(9)及对动力装置的要求,1.3 船舶动力装置的性能指标,1.4 典型动力装置,柴油机、汽轮机、燃气轮机、联合动力（优缺点及相互比较）,1.4 典型动力装置(部分),本节主要内容,2.1 柴油机基本结构,2.2 四冲程柴油机工作原理,2.3 二冲程柴油机工作原理,第一章 总论,优点:(1

2、)具有较高的经济性,耗油率可达到150克/千瓦小时；(2)重量较轻,比蒸汽轮机动力装置轻得多；(3)具有较好的机动性。缺点:(1)单机功率较低,比蒸汽轮机和燃气轮机低；(2)工作过程中振动和噪声大；(3)大修期较短；(4)在低速工作时稳定性较差；(5)滑油消耗量较大。,柴油机动力装置的特点,第一章 总论,汽轮机动力装置,第一章 总论,水蒸汽,蒸汽,凝水,锅炉给水,汽轮机动力装置的特点,优点:(1)单机功率大，陆用机组可达1200MW，船用可达75MW；(2)工作平稳振动噪声小；(3)大修期长；(4)可使用劣质燃油，滑油消耗率低。缺点:(1)结构复杂尺寸重量大；(2)燃料消耗量大,经济性差；(3

3、)机动性差,启动变负荷需很长时间。,第一章 总论,燃气轮机动力装置,第一章 总论,燃气轮机动力装置的特点,优点:(1)重量轻，尺寸小，功率大；(2)机动性能良好；(3)经济性比蒸汽轮机装置好，比柴油机差。缺点:(1)主机本身不能反转；(2)耗油率较高；(3)进排气装置尺寸重量大；(4)大修期较短。,第一章 总论,联合动力装置,全电力推进也可视为一种联合动力装置,各种原动机发电,电动机推进，这是未来推进系统的发展方向。,第一章 总论,单一种类动力装置各有优缺点,军用舰船以提高战斗力为主要目标,尽可能提高航速和机动性,增大功率的同时还要减少装置所占据的排水量以提高续航力。舰体全速航行时要求的功率相

4、当大,但是全速航行的时间仅占总航行时间的2%左右，舰船绝大多数时间处于巡航工况,要求经济性高,提高续航力。为解决全速大功率与巡航经济性的矛盾,可采用联合动力装置。,目前使用的联合动力装置有五种型式,Steam Turbine Gas Turbine Diesel Engine1、蒸燃联合动力装置（COSAG或COSOG）2、柴燃联合动力装置（CODAG或CODOG）3、燃燃联合动力装置（COGAG或COGOG）4、柴柴联合动力装置（CODAD）5、燃蒸联合动力装置（COGAS）,第一章 总论,第一章 总论,核动力装置,第一章 总论,核动力装置,将反应堆内的控制棒下降到燃料棒之间，可减慢甚至停止

5、链式反应，因为控制棒内的物质能吸收中子，可于两秒内停止核裂变。,利用反应堆产生热能，加热水蒸汽推动汽轮机。目前多使用压水型反应堆。反应堆和蒸汽发生器等具有放射性危害的装置通常封装在保护壳体内，称为一回路。蒸汽管路和汽轮机装置等称为二回路。优点:(1)功率大，加一次燃料航行的距离无限制(限制来源于人的给养，空气消耗等)。(2)动力装置不使用空气，可使船体在水下长时间航行，隐蔽性好。缺点:(1)结构复杂重量尺寸大。(2)操纵管理监测系统复杂。(3)造价和燃料昂贵。,第一章 总论,核动力装置,第一章 总论,特种动力装置,1、喷水推进装置,第一章 总论,特种动力装置,第一章 总论,特种动力装置,第一章

6、 总论,特种动力装置,1、喷水推进装置2、不依赖空气推进系统Air Independent Propulsion system（AIP）（1）小型核能装置；（2）闭式循环热能动力发动机；（3）燃料电池；3、蓄热式非传统能源4、采用空间传输机构的活塞式发动机,第一章 总论,特种动力装置,第二章 船舶柴油机装置,鲁道夫狄赛尔,1876年，德国人奥托研制成功了第一台4冲程煤气发动机。狄赛尔想舍去发动机中的点火系统，靠压缩空气发热，然后喷入燃料后自燃做功，称为“压缩式内燃机”原理。常用的汽油非常活跃，一旦把汽油雾化喷入含有高温、高压空气的燃烧室，就会发生敲缸甚至爆炸。柴油稳定的特性却恰恰适合于压燃式内

7、燃机，在压缩比非常高的情况下柴油也不会出现爆震。经过近20年的潜心研究，狄赛尔终于在1892年试制成了第一台压燃式内燃机，也就是柴油机。为了纪念狄赛尔，人们把柴油发动机命名为Diesel。,第二章 船舶柴油机装置,柴油机的基本结构,MTU8000,第二章 船舶柴油机装置,柴油机的基本结构,美国高速双体渡船“安大略之神”号，用于从纽约“罗切斯特”到加拿大“多伦多”航线。船长86.6m，航速45.7kn，动力装置采用CODAD，4台MTU 20V8000柴油机，总功率32800kW，额定转速1150r/min，油耗低于195g/kWh。柴油机经4台ZF53000-1NRH不可逆转齿轮箱驱动4台Li

8、ps公司LJ120E喷水推进器。,(5)辅助机件：5进气管，12排气管等。,第二章 船舶柴油机装置,柴油机的基本结构,(3)配气机构：14凸轮轴，15顶杆，16摇臂，17进气阀，18排气阀，19弹簧。,(2)运动机件：主要指曲柄连杆机构，8活塞，9活塞销，10连杆，11连杆螺栓，13 曲轴等。,(1)固定机件：1机座，4机体，3主轴承，6气缸套，7气缸盖。,(4)燃油系统：20喷油泵，21高压油管，2喷油器等。,第二章 船舶柴油机装置,主要名词,（1）上止点：活塞距曲轴中心最远的位置称为活塞的上止点；,（4）压缩室容积：当活塞位于上止点位置时，活塞上面的容积称为压缩室容积。由于燃料柴油在这里燃

9、烧，所以又称为燃烧室容积Vc；,（2）下止点：活塞距曲轴中心最近的位置称为活塞的下止点；,（3）活塞冲程：活塞上止点与下止点之间的距离称为活塞的冲程(或行程)。活塞走一个冲程曲轴就旋转180度，活塞冲程S等于曲柄半径R的两倍，即S=2R；,（5）气缸工作容积：活塞上下止点之间的容积称为一个气缸的工作容积，可表示为：Vh=D2S*0.001/4(升),第二章 船舶柴油机装置,主要名词,（8）压缩比()：气缸最大容积与压缩室容积的比值称为压缩比。=Va/Vc=(Vh+Vc)/Vc=1+Vh/Vc,（7）柴油机的总容积：是各气缸工作容积的总和。等于气缸数与工作容积数的乘积。V=Vhi(L),（6）气

10、缸最大容积(Va)：活塞在下止点时气缸的容积,即气缸工作容积与压缩室容积之和:Va=Vh+Vc,压缩比说明了活塞由下止点移动到上止点过程中，气缸内空气被压缩的程度，柴油机的压缩比一般大于12。,第二章 船舶柴油机装置,2.2四冲程柴油机工作原理,第二章 船舶柴油机装置,2.2四冲程柴油机工作原理,（1）进气行程指由进气门开启到进气门关闭。进气提前角：进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲轴转角（为了获得较多的充气量，活塞到达上止点前就开始开启）。进气晚关角：活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间的曲轴转角（利用空气流动的惯性及气体的动量，使更多的空气充入气缸）。进气终了时刻：气缸压力 p：0.

11、080.09MPa大气压气缸温度 T：320380K,一、进气冲程,第二章 船舶柴油机装置,2.2四冲程柴油机工作原理,（2）压缩行程指由进气门关闭到活塞移到上止点（成为压缩上止点）为止。进排气门都关闭。活塞上行，气缸内气体被压缩，缸内压力温度都升高。压缩终了时刻：气缸压缩压力p：48MPa气缸温度T：750950K,二、压缩冲程,第二章 船舶柴油机装置,2.2四冲程柴油机工作原理,（3）作功行程（燃烧及膨胀行程）在压缩上止点前1015CA，压燃可燃混合气，形成火焰中心。高温高压燃气推动活塞下行，对外作功。进排气门都关闭。Z点为最高压力和温度点：燃气最大压力 p：615MPa最高温度T：180

12、02200K,三、作功冲程,第二章 船舶柴油机装置,2.2四冲程柴油机工作原理,（4）排气行程从排气门开启到排气门关闭的时刻。排气提前角;排气晚关角：在活塞到达下止点之前3080CA，膨胀行程还没有结束的时刻就将排气门打开。气门重叠角：在排气门关闭之前，进气门就已打开，进排气门同时开启时期所对应的曲轴转角。排气终了时：气缸压力p：0.1050.12MPa气缸温度T：9001100K,四、排气冲程,第二章 船舶柴油机装置,2.2四冲程柴油机工作原理,四冲程汽油机示功图ra段曲线：进气行程ac段曲线：压缩行程czb段曲线：作功行程br段曲线：排气行程,第二章 船舶柴油机装置,2.2四冲程柴油机工作

13、原理,3、在四冲程柴油机的四个冲程中，只有第三冲程即工作冲程才产生动力对外做功，而其余的三个冲程都是消耗功的准备过程。为此在进油一个气缸的单缸柴油机上必须安装飞轮，利用飞轮的转动惯量，使曲轴在四个冲程中连续而均匀的运转。,1、由于进排气阀都是早开晚关的，所以在排气冲程之末和进气冲程之初，活塞处于上止点附近时，有一段时间进排气阀门同时处于开启状态。这段时间用曲轴转角表示，称为气阀重叠角。,2、排气冲程结束之后，又开始了进气冲程，于是整个工作循环就依照上述过程重复进行。由于这种柴油机的工作循环由四个活塞冲程及曲轴旋转两圈完成的。故称为四冲程柴油机。,第二章 船舶柴油机装置,2.3二冲程柴油机工作原

14、理,必须有扫气泵，进气孔布置在气缸下部，其高度为活塞行程的10-20%左右，进气孔的打开和关闭由汽缸内运动的活塞控制；排气阀布置在汽缸盖上，由凸轮轴驱动，保证在曲轴转一转时气阀打开一次 扫气泵用于清除气缸内的废气和填充新鲜空气。,特点,第二章 船舶柴油机装置,2.3二冲程柴油机工作原理,第一冲程活塞从下止点向上止点运动（a-k-c线）。活塞在下止点时排气阀和进气孔已经打开，储气室中的压缩空气进入气缸，并冲向排气阀，具有清除废气的功能。活塞向上运动时关闭进气口，同时排气阀也关闭。空气在缸内受到压缩。这就是进气压缩过程。a-k线为扫气过程，k点为扫气终点(它取决于进气孔与排气阀关闭时刻)，k-c线

15、为压缩过程，c点为喷油时刻。,第一冲程,第二章 船舶柴油机装置,2.3二冲程柴油机工作原理,第二冲程活塞从上止点向下止点运动。完成燃烧膨胀。从示工图上可以看到压缩，喷油，最高压力，排气，进气等各个关键的时刻。其中c-m线为膨胀线，c-z线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶段,z点为最高压力点，m点为排气阀开始打开的时刻,m-n线为燃烧产物从气缸排入大气，压力迅速下降,n时进气孔打开，此时气缸内压力约等于贮气室的压力,n-a线为扫气过程，新鲜空气进入气缸内。,第二冲程,第二章 船舶柴油机装置,二冲程与四冲程柴油机比较具有以下优点：1.提高了柴油机的作功能力2.改善了柴油机的动力性3.简化了柴油机的结构,除此之外，区别还有：1.凸轮轴转速与曲轴转速，二冲程中两者相同；四冲程中两者为1:22.二冲程下行为作功，上行靠外力驱动；四冲程中除燃烧冲程外，其它三个为耗功3.二冲程进排气重叠角(80100)大于四冲程的(2560)。,二冲程本身固有的缺点：1.换气质量差、热效率低2.热负荷较高,第二章 船舶柴油机装置,2.3二冲程柴油机工作原理,（1）气孔式直流换气,（3）回流换气,（2）横流换气,3、换气型式,