船舶动力装置概述

2024-10-03

船舶动力装置概述（共8篇）

船舶动力装置概述篇1

第一节

船舶动力装置的组成、类型和发展

一、船舶动力装置的组成

现在的船舶动力装置主要由推进装置、辅助装置、管路系统、甲板机械、防污染设备和自动化设备等六部分组成。1．推进装置

推进装置是指发出一定功率、经传动设备和轴系带动螺旋桨，推动船舶并保证一定航速航行的设备。它是船舶动力装置中最重要的组成部分，包括：（1）主机。主机是指提供推动船舶航行动力的机械。如柴油机、汽轮机、燃气轮机等。

（2）传动设备。传动设备的功用是隔开或接通主机传递给传动轴和推进器的功率；同时还可使后者达到减速、反向或减振的目的。其设备包括离合器、减速齿轮箱和联轴器等。

（3）轴系。轴系是用来将主机的功率传递给推进器。它包括传动轴、轴承和密封件等。

（4）推进器。推进器是能量转换设备，它是将主机发出的能量转换成船舶推力的设备。它包括螺旋桨、喷水推进器、电磁推进器等。2．辅助装置

辅助装置是指提供除推进船舶运动所需能量以外，用以保证船舶航行和生活需要的其他各种能量的设备。主要包括：（1）船舶电站。（2）辅锅炉装置。（3）压缩空气系统。3．管路系统

管路系统是用来连接各种机械设备，并输送相关流体的管系。由各种阀件、管路、泵、滤器、热交换器等组成，它包括：

（1）动力系统。为推进装置和辅助装置服务的管路系统。主要包括燃油系统、滑油系统、海淡水冷却系统、蒸汽系统和压缩空气系统等。

（2）辅助系统。为船舶平衡、稳性、人员生活和安全服务的管路系统。主要包括压载系统、舱底水系统、消防系统、日用海/淡水系统、通风系统、空调系统和冷藏系统等。4．甲板机械为保证船舶航向、停泊、装卸货物所设置的机械设备。它主要包括：舵机、锚机、绞缆机、起货机、开/管舱盖机械、吊艇机及舷梯升降机等。5．防污染设备

用来处理船上的含油污水、生活污水、油泥及各种垃圾的设备。它包括油水分离装置（附设有排油监控设备）、生活污水处理装置及焚烧炉等。6．自动化设备

为改善船员工作条件、减轻劳动强度和维护工作量、提高工作效率以及减少人为操作失误所设置的设备。主要包括：遥控、自动调节、监控、报警和参数自动打印等设备。

二、船舶动力装置的类型 1．蒸汽动力装置

根据运动方式的不同，蒸汽动力装置有往复式蒸汽机和汽轮机两种。汽轮机推进装置的优点：

（1）由于汽轮机工作过程的连续性有利于采用高速工质和高转速的工作轮，因此单机功率比活塞式发动机大。

（2）汽轮机叶轮转速稳定，无周期性扰动力，因此机组振动小、噪声低。（3）磨损部件少，工作可靠性大。

（4）可使用劣质燃油，滑油消耗率也很低。汽轮机推进装置的缺点：（1）装置的总重量、尺寸大。

（2）燃油消耗大，装置效率较低，额定经济性仅为柴油机装置的1/2-2/3；在相同的燃油储备的情况下续航力降低。（3）机动性差，备车时间长。2．燃气动力装置

在燃气动力装置中，根据发动机运动方式的不同，有柴油机动力装置和燃气轮机动力装置两种。1）柴油机动力装置

柴油机动力装置具有如下优点：（1）具有较高的经济性。（2）重量轻。

（3）具有良好的机动性，操作简单、启动方便、正倒车迅速。柴油机动力装置也存在如下缺点：

（1）由于柴油机的尺寸和重量按功率比例增长快，因此单机组功率受到限制。（2）工作时噪声和振动较大。

（3）中、高速柴油机的运转部件磨损较严重。

（4）传统的柴油机在低速时稳定性差，因此不能有较低的最低稳定转速，影响船舶的低速航行性能。另外，柴油机的过载能力也较差。2）燃气轮机动力装置

燃气轮机动力装置有如下优点：

（1）单位功率的重量尺寸较小，机组功率也较大。

（2）良好的机动性，从冷态起动至全负荷时间仅需几分钟的时间。燃气轮机动力装置也有如下缺点：

（1）燃气轮机自身不能反转，如果作为主机，倒车时必须设置专门的变向设备。

（2）必须借助于电机或其他起动机械起动。

（3）由于燃气的高温作用，使叶片工作可靠性较差，寿命短。

（4）由于燃气轮机工作时空气流量大，因此进、排气管道尺寸较大，舱内布置困难，甲班上有较大的管道通过切口，影响船体强度。（5）燃油消耗率较高。3．核动力装置

核动力装置是以原子核的裂变反应所产生的巨大能量，通过工质（蒸汽或燃气）推动汽轮机或燃气轮机工作的一种装置。核动力装置有如下优点：

（1）核动力装置以少量的核燃料能释放出巨大的能量，这就可以保证船舶以较高的航速航行很远的距离。

（2）核动力装置在限定的舱室空间内所能供给的能量，比一般其他型式的动力装置要大很多。

（3）核动力装置的最大特点是不消耗空气而获得能量，这就不需要进、排气装置。

核动力装置的缺点：

（1）核动力装置的重量、尺寸较大。

（2）核动力装置的操纵管理、检查系统比较复杂。（3）核动力装置的造价昂贵。

三、柴油机动力装置发展趋势及管理重心的变化 1．船舶动力装置发展的趋势

1）柴油机动力装置继续占主导地位，并在不断发展（1）大型低速机向两极发展，即开发多缸、大缸径和少缸、小缸径的机型，以适应大型、超大型船舶和小型船舶。

（2）大功率中速柴油机仍然是大型客船、滚装客船、滚装船的推进动力装置的首选。

（3）船舶柴油机的控制技术向电子化、智能化方向发展。（4）双燃料发动机用于特种船舶推进装置的前景可观。

LNG船的动力装置基本上是蒸汽轮机，蒸汽轮机输出功率大、排出废气少、维护量少、可靠性高，但是蒸汽轮机的热效率低、燃油消耗率高。近年来，各种替代方案应运而生，例如天然气—燃油的双燃料二冲程和四冲程发动机的诞生等。与常规动力装置相比，双燃料发动机最大限度地利用了气体燃料，大大降低了燃油消耗（节约燃料20％～30％），同时，双燃料发动机的NOX排放量只相当于普通柴油机的1/10，,CO2的排放也相当低。双燃料发动机是LNG船主机的首选。目前主要机型有瓦锡兰公司生产的Wartsila的DF系列双燃料发动机、MAN B&W公司生产的ME-GI及四冲程双燃料发动机。随着人们对不污染海洋环境和大气的“绿色船舶”的期望，世界上众多的科研部门正在努力，以期减少柴油机动力装置的排放污染。

2）大型豪华旅游船的建造促进了电力推进系统的发展。

电力推进系统是通过电子变频技术，采用简单的交流电动机带动定螺距螺旋桨，根据需要从零到满负荷自由选择转速，以满足机动性和操纵性的要求。电力推进系统的优点：

①可省去中间轴及轴承，机舱布置灵活。

②可选用中高速柴油机，可使螺旋桨的转速得到均匀、大范围的调节。③倒车功率大，操纵容易，倒航迅速，船舶机动性提高。④主电机对外界负荷变化适应性好，甚至可短时堵转。3）高速船的发展为燃气轮机动力装置带来了生机。

由于燃气机在单位功率重量和尺寸方面的优势，加上其优良的加速性能、可靠性、振动小和低的NOX排放量等优点，被高速客船等采用。与柴油机相比，燃气轮机的不足之处主要是其较低的经济性。因此在作为推进动力时经常配备柴油机，而利用燃气轮机具有良好的起动性能用于加速工况，配上柴油机组成联合动力装置克服低工况油耗高的缺点，是高速船较合适的动力装置。实践表明燃气轮机机组可靠性达99.5％，热效率已达39％，加上其特有的NOX排放量低的优势，因此特别适合渡轮的使用要求。

4）推进装置一改以往单一供货方式而成套供货方式发展。5）环境保护要求更安全、更低排放的船舶动力装置。（1）安全要求动力装置的冗裕配置。

除将化学品船、液化气体船、油船等设计成双壳船体，还应采用冗裕配置推进装置及舵系，或设置应急动力装置，可保证主推进一旦失效，船舶仍能在恶劣海况下以6kn航速前进。最常见的方式是轴带发电机，当需要时主机与齿轮箱脱开，轴带发电机转为电动机，以发电机的电力带动螺旋桨实现船舶应急推进。更进一步的发展，是双套主推进系统。（2）低排放的船舶动力装置

人类对保护环境质量要求的日益严格，使船用柴油机废气排放对大气污染的影响亦受到了密切的关注。根据《MARPOL73/78公约》附则Ⅵ对功率大于130KW的柴油机NOX的排放的规定，现今的智能柴油机通过控制燃烧，能够满足低排放和经济性的要求，此外，燃烧良好还可减少颗粒物排放。在低排放方面，电力推进及燃气轮机更具有优势。2．轮机管理重心的变化

由于船舶自动化程度大幅度提高，计算机技术迅速发展，与20世纪的船舶相比较，轮机管理工作的重心发生了根本性的改变，因此，对轮机管理人员提出了更高的要求，其重点体现在以下几个方面：

（1）对轮机设备的检修方面。由于对船舶设备的工况检测仪器、仪表、故障诊断方法的日益完善，设备的维护、检修将从定时、定期模式向视情模式发展。（2）对船机设备的使用方面。由于船机设备的自动控制、自动故障监测的广泛使用，设备的使用管理已由传统的“管机为主”、“管电为辅”向“机电综合管理”方向发展。

（3）对轮机人员的业务要求方面。要求轮机人员不但有精湛的船机方面的知识，还要加强掌握船电方面专业知识和自动化方面的知识，这对于在现代化船舶上担任轮机管理工作的轮机人员显得尤为重要。

（4）对轮机人员的业务培训方面。要加强轮机人员的业务培训工作，使轮机人员尽快掌握和更新机电一体化方面的新技术和相关知识。

（5）对机电设备故障远程诊断方面。要加强专家故障诊断系统的建设和完善。（6）对机舱的资源更要加强管理。包括人力资源和设备等，使得机舱的资源能够充分发挥各自应有的作用。

第二节

一、对动力装置的要求

船舶动力装置的要求及性能指标

对船舶动力装置的要求，主要包括可靠性、经济性、机动性、重量和尺度、续航力、生命力等相关指标。1．可靠性

影响可靠性的因素主要有三个方面：设计制造（包括修复）的质量、安装工艺的水平、使用管理技术能力。使用管理技术能力对可靠性的影响表现在：严格按照造船规范建造是取得可靠性的先决条件；备件的数量和保管是提高可靠性的有力保障；管理人员的业务能力是影响可靠性的重要因素。2．经济性

船舶在营运中，船舶动力装置的维护费用占船舶总费用的比例很大，现在已超过50％。为了提高船舶的营运效益，必须尽量提高动力装置的经济性。3．机动性

机动性是指改变船舶运行状态的灵敏性，它是船舶安全航行的重要保证。船舶起动、变速、倒航和回转性能是船舶机动性能的主要体现，而机动性取决于动力装置的机动性，动力装置的机动性由以下几个指标来体现。（1）起航时间

从接到起航命令开始，经过暖机、备车和冲试车，使发动机达到随时可用状态的时间。这段时间越短的船舶其机动性越好。（2）发动机由起动开始至达到全功率的时间

这是加速性能的指标，这段时间的长短主要取决于发动机的型式、船体形状、螺旋桨形式、吃水及外界阻力大小等因素。影响发动机加速的因素是它的运动部件的质量惯性和受热部件的热惯性，热惯性更为突出，中速机优于低速机。船舶本身的阻力大小对发动机的加速性能也有很大的影响，由于调距桨对外界条件有很好的适应性，它的加速性能明显好于定距桨。（3）发动机换向时间和可能的换向次数

发动机换向所需的时间是指主机在最低稳定转速时，由发出换向指令到主机以相反方向开始工作所需的时间。换向时间越短，发动机的机动性越好。主机换向时间不得大于15s。

（4）船舶由全速前进变为倒航所需时间（滑行距离）

这是体现主机紧急倒车性能的指标。由于船舶惯性大，由全速前进变为后退所需的时间，总是大大超过发动机换向所需的时间。船舶开始倒航前滑行的距离主要取决于船舶的装载量、航速、主机的起动换向性能、空气瓶空气压力和主机倒车功率。

（5）发动机的最低稳定转速和转速禁区

在多缸柴油机中，由于各缸喷油泵柱塞偶件、喷油器针阀偶件的间隙和喷孔孔径间的差别，以及一般油量调节杆安装间隙的不同，使得船用主柴油机在低转速（低负荷）运转时，各缸供油量显著不均。严重时个别缸不能发火而使转速不稳，甚至自动停车。因而船用主柴油机都有一个使各缸都能够均匀发火的最低转速，称最低（工作）稳定转速。

船用主柴油机（尤其是直接驱动螺旋桨的主柴油机）的最低稳定转速直接影响船舶微速航行性能。一般低速柴油机的最低稳定转速不高于标定转速的30%，中速机不高于40%，高速机不高于45%。在主机使用转速范围内如果存在引起船舶或轴系共振的临界转速，则应规定为转速禁区，并以红色在主机转速表上标示。在主机使用转速范围内，转速禁区越窄越好。4．重量和尺度 5．续航力

续航力是指船舶在加足航行所需物资（燃油、滑油、淡水等，主要指燃油）后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。续航力不但和动力装置的经济性、物资储备量有关，也和航速有很大关系。6．生命力

生命力是指船舶在船机发生故障的情况下最大限度地维持工作的能力。

二、船舶动力装置的基本性能指标

动力装置的基本特性指标是指技术指标、经济指标和性能指标。这些指标是我们对船舶进行选型、设计和判断性能优劣的重要依据。1．船舶动力装置的技术指标

技术指标指标识动装置的技术性能和结构特性的参数。它主要指下列几个指标：

1）功率指标

功率指标表示船舶做功的能力。为了保证船舶具有一定的航速，就要求推进装置提供足够的功率。动力装置的功率是按船舶的最大航速确定的。在船舶以一定的航速前进时，螺旋桨产生的推力，必须克服船体对水和风的阻力，这些阻力取决于船舶线型、尺寸、航行速度，以及风浪大小和航道深浅等。（1）船舶有效功率PR 船舶有效功率PR指推进船舶航行所需功率。运行阻力R(N)，船舶的航行速度vs（m/s），则有效功率

PR= R×vs×1/1000 KW PR常称为拖曳功率，可以从船模或实船的静水试验中得出。阻力R，相当于速度vs拖动船模（或实船）时绳索上的拖曳力。

（2）主机的输出功率

主机的输出功率即主机的制动功率或主机的有效功率。如果考虑了推进轴系的传动损失，主机的供给功率实际上就是主机的额定功率。

新船设计时，估算船舶的有效功率PR可用“海军常数法”进行估算。（3）相对功率

相对功率就是对应于船舶每吨排水量所需的主机有效功率。

Pr= Pe/ D kW/t D—船舶排水量，t 2）重量指标

（1）主机的单位重量gm

主机的单位重量gm是指主机单位有效功率的重量，即

gm= Gm/ Pe kg/kW 式中，Gm—主机重量，kg；Pe——主机有效功率，kW（2）动力装置的单位重量gz

动力装置的单位重量gz是指主机单位有效功率所需动力装置的重量，即

gz= Gz/ Pe kg/kW 式中，Gz—主机重量，kg；Pe——主机有效功率，kW（3）主机的相对重量am

主机的相对重量am是指主机重量Gm与船舶排水量D之比，即

am= Gm/ D kg/t 式中，Gm—主机重量，kg； D—船舶满载排水量，t（4）动力装置的相对重量az

动力装置的相对重量az是指动力装置重量Gz与船舶满载排水量D之比，即

az= Gz/ D kg/t 式中，Gz—主机重量，kg； D—船舶满载排水量，t 3）尺寸指标

对于不同船舶，机舱尺寸要求也不统一，为了表征机舱的面积和容积利用率，特引用面积饱和度和容积饱和度两个指标。（1）面积饱和度Ks：面积饱和度是指每平方米机舱面积所分配的主机有效功率，即

Ks= Pe/ S kW/㎡

式中，Pe—主机有效功率，kW； S—机舱所占的面积，㎡（2）容积饱和度Kv：

容积饱和度是指每立方米机舱容积所分配的主机有效功率，即

Kv= Pe/ V kW/m3

式中，Pe—主机有效功率，kW； V—机舱所占的容积，m3 2．船舶动力装置的经济性指标

船舶动力装置的经济指标常用六个指标表示。1）动力装置的总效率

动力装置的总效率主要由推进装置的热效率、柴油发电机组的热效率和燃油锅炉的热效率组成。（1）推进装置的热效率

推进装置的热效率是指推进装置所产生的有效功的热当量与主机所消耗热量之比。

（2）柴油发电机组的热效率

柴油发电机组的热效率是指柴油发电机组电功率的热当量与其所消耗热量之比。

（3）燃油辅助锅炉的热效率

燃油辅助锅炉的热效率是指燃油辅助功率有效利用的热量与其所消耗热量之比。

2）柴油机的燃油消耗率ge

柴油机的燃油消耗率是指在单位时间内柴油机额定功率所消耗的燃油量，即

ge=Ge/Pe kg/(kW.h)式中，Ge——柴油机每小时燃油消耗量，kg/h;Pe——主机有效功率，kW 3）船舶主机日耗油量Ge

船舶主机日耗油量是指主机在24h内的燃油消耗量 4）船舶日耗油量GD

船舶日耗油量是指每24h全船主机、辅机、辅助锅炉的所消耗的燃油总量。5）船舶每海里燃油消耗率gn

船舶每海里燃油消耗量指船舶航行每海里所消耗的燃油总量，即

gn= GT / vs = GTe+ GTg + GTb + GTo / vs t/n mile GT——船舶每小时燃油消耗量，t/h；vs——航速；GTe、GTg、GTb、GTo——分别表示主机、发电柴油机、燃油辅助锅炉及焚烧炉等其他耗油设备每小时的耗油量，Kg/h 一般情况下GTg、GTb、GTo与航速无关。

主机每海里燃油消耗gTe = Pe.ge/ vs kg/n mile gTe既与ge有关又与vs有关。这项经济指标与船舶营运管理水平和轮机管理水平密切相关。图1-2为主机燃料消耗率和每海里航程船舶燃料消耗量随船速变化的关系图。当船舶处于慢速航行时，虽然主机燃油消耗率ge较高，但船舶每海里燃油消耗率gn较低；随着船速的增加，虽然ge有所降低，但gn却明显增加。图中gn的最小值所对应的航速称为节能航速。

图1-2 燃料消耗随航速变化关系图

ge——燃油消耗率（红线）；gn——每海里燃油消耗率（蓝线）

6）船舶经济航速

经济航速是指船舶营运时取得某种经济效果的航速，常用的经济航速有以下几种：节能航速、最低营运费用航速和最大盈利航速。（1）节能航速

节能航速是指每小时燃油消耗量最低时的静水航速，它常由主机按推进特性运行时能维持正常工作的最低稳定转速所决定。营运船舶在实现减速航行时，主机所输出的功率大大减少，其每海里燃油消耗率大幅度降低。但航速降低后，营运时间被延长，运输的周转量也少了，故当船舶须实现减速航行时，尚应结合企业的货源、运力及完成运输周转量的情况综合考虑后再决策。（2）最低营运费用航速船舶航行1天的费用，主要由其固定费用（折旧费、修理费、船员工资、港口驶费、管理费、利息、税金以及船舶停泊期间燃、润油费等）和船舶航行时燃、润油费用构成。最低营运费用航速是指船舶每航行1n mile上述固定费用及航行费用最低时的航速，可供船舶及其动力装置的性能评价及选型用。在满足完成运输周转量的前提下，船舶按最低营运费用航行，其成本费最省，但它并未考虑停港时间及营运收入的影响，故不够全面。（3）最大盈利航速

最大盈利航速是指指每天（或船舶在营运期间）能获得最大利益的航速。此航速的大小，往往与每海里（或公里）运费收入、停港天数及船舶每天付出的固定费用有关。一般在运费收入低、停港时间长、运距短、油价高的情况下，其最大盈利航速相对较小。

第三节船舶动力装置的可靠性

一．船舶的特殊性

船舶动力装置的可靠性与船舶的特殊性密切相关。船舶的特殊性主要表现在：（1）船舶大部分时间在海上航行。

（2）设备发生故障时，往往处于复杂的航区和严酷的气象条件，局部故障可能影响全局，甚至导致严重后果。

（3）船舶动力装置的使用环境苛刻多变、运行时工作参数变化范围较大，随时能要船员进行操纵，有时还要求采取应急措施，因此对船员要求较高。（4）船用机械特别是主机制造台数少，而且母型机的试验难以在陆地上充分进行。

（5）主机型式更新换代速度较快。

（6）机器部件和元件以及它们的质量和功能各异，所需知识面较广。（7）现场数据主要由船员整理和提供。

二、可靠性在船舶动力装置中的应用

船舶的特殊性，不仅体现出动力装置可靠性的重要性，而且也说明动力装置的可靠性是个复杂的课题。它既与各组成设备的可靠性、维修性有关，也涉及到参与管理的人的因素，因此它和人机工程学、劳动管理学、心理学等领域交错在一起，使问题难以解决。

三、船舶各种机械的故障统计

1．动力装置中各种机械发生故障的比例在世界四大柴油机制造公司近几年的统计资料表明，在柴油机船上，主机故障占总故障数的比例达到四成，主机是动力装置中最重要的，但也是可靠性最薄弱的环节。在主机发生故障的原因中，约一半是由于材料质量不良和机件污损，前者是制造阶段的原因，后者是使用阶段的原因。所以从设计者到管理者，对主机可靠性都要给予足够的重视。2．柴油机部件的故障统计

根据劳氏船级社、中国远洋运输总公司、日本相关机构等相关机构对船舶主机故障统计表明，低速柴油机发生故障最多的部件是活塞、气缸盖和十字头轴承。中速柴油机（包括柴油发电机）中曲轴及其轴承故障比较突出。这些部件应作为可靠性技术中的重点问题给予研究，在运行管理中也应格外注意。

第四节提高船舶动力装置可靠性的措施

要保证和提高船舶动力装置的可靠性，首先在设计时就应满足可靠性要求，然后，在制造和工艺方面尽可能达到设计时规定的可靠度。只有这样在使用中才能体现出转子是否可靠。显然船舶动力装置的可靠性问题贯穿于整个设计、制造和工艺阶段以及全部运转期间。因此，我们可以把影响动力装置可靠性的因素分为设计、制造工艺和管理三个方面。下面我们将着重从管理与维修保养方面探讨如何提高动力装置的可靠性。

一、提高管理水平

一个产品工作是否可靠，除决定于出厂质量外，使用管理维护的好坏对其可靠性也有决定性影响。因此，管理人员的业务水平，对于保证船舶的可靠性具有头等重要的意义。统计表明，许多故障是由于船员采取了不正确的措施和违反技术操作规程所导致的。随着船舶的设备日趋复杂，对船员业务水平、熟练程度、操作技能、发现和排除故障等的能力要求越来越高，其完成任务的职责也在加强。业务水平高的船员，可以保证船舶技术设备的使用和维护的质量始终处于较好状态；能正确执行操作规程，充分做好设备起动前的准备工作，正确判断设备的技术状态和正确地确定负荷高低；还可以迅速发现和排除故障，用较短的时间完成维修工作。在拆装机械、更换零部件时，如果船员水平不高，则可能使部件遭受异常负荷和额外应力，从而导致故障次数增加。

国内外的故障统计资料表明，人为故障所占比例越来越大。在人为原因造成的故障中，属于责任心不强（工作不仔细、检查不及时和违章操作）与属于管理水平低（保养维护不良、指挥命令不当、判断错误、操作错误等）所引发的几乎各占一半，而且低职船员的人为事故所占比例高于高职船员。这些事实说明了提高船员管理水平的重要性和迫切性，并应从职业道德教育和业务水平提高两方面去努力。

二、提高维修质量

维修是恢复和保证产品可靠性的一个重要措施。为了使产品发生故障后能很快修好，除了要求有先进的维修手段、熟练的维修人员之外，产品本身也应该有良好的可维修性。可维修性包括易拆卸性、可达性、可还原性、通用性、互换性、适检性等，因此维修时应着重考虑以下几个方面。1．对设备的维修要及时

2．在有条件的情况下，鼓励船员对设备进行自修 3．在厂修时要做好监修工作 4．做好备件的管理工作 5．要有防错措施

6．维修前应将维修时的方法、步聚及可能发生的问题考虑周全

三、充分利用技术管理指导性文件 1．利用这些技术资料制定操作规程

遵守操作过程可以避免或减少误操作，减少事故和有利于延长设备使用寿命。2．根据文件资料判断设备的实际技术状态

主机的推进特性曲线和柴油发电机的负荷特性曲线，都是发动机实际工作状态好坏的衡量标准，依据它们可尽早发现故障的隐患，及时采取有效措施。3．制定维修计划与标准

依据技术文件制定出设备维护、维修计划及标准。利用这些计划及标准，对设备进行维修保养，可以使设备保持在最佳的技术状态。对复杂、重要、技术维护所用平均年劳动量高的设备，若采用事后维修则会造成较大的经济损失、可靠性损失（质量损失）和安全事故。因此，应该依靠平时的检查和维修，使系统和设备始终保持在最佳状态，防止事故的发生，这就是预防性维修。为了做好这项工作，必须对作业的内容、时间，判断缺陷的方法和缺陷特征，应达到的标准等，按指导性文件的要求，结合设备的具体状态，进行周密计划并实施。

4．指导对设备的维修保养

在对设备进行维修保养时，可根据相应的技术文件提供的技术参数、拆卸与安装的步骤、安全注意事项和检修操作注意事项等，对设备进行正确地维修保养，确保设备恢复到最佳的技术性能。

四、做好可靠性数据的收集与管理

可靠性数据的收集与管理是开展提高可靠性活动的基础工作和主要内容。通过对可靠性数据的收集、整理、分类、统计和分析，可达到两个目的： ①了解整个动力装置、装置中各种机械设备和各种零部件的可靠性状况，为新型船舶的开发设计、对有关设备和部件的改进提供可靠的依据，促进造船事业的发展。

②通过故障发生的时间、产生原因、维护和管理工作量的统计分析，正确制定使用和维修的标准及规范，改进管理维修工作，提高管理水平。

第五节船舶动力装置的余热利用

一．船舶动力装置的余热利用方案 1．船舶动力装置热平衡方程式

柴油机船舶动力装置的动力设备主要是主柴油机、柴油发电机组和辅助锅炉等。它们都以液态燃料为能源。船舶航行工况所需要的总热量为

Q=Qm +Qg+ Qb

式中，分别为主机、柴油发电机组和辅助锅炉所消耗的热量，KJ/h。船舶动力装置热平衡方程式为/

x+y+z=1 式中，x= Qm/Q，y= Qg/Q，z= Qb/Q分别为主机、柴油发电机组和辅助锅炉消耗热量的百分比。动力装置的能量平衡各成分的值x，y，z与船舶用途和动力装置的类型有关。

在进行船舶动力装置设计时，必须考虑整个船舶的能量平衡和各个耗能设备的热平衡，以便找出能量综合利用的途径，决定所采用能量综合利用的装置和方案，从而提高动力装置能量平衡中有效利用热量的比例，以达到节约燃料的目的。

2．船舶动力装置余热利用方案

根据柴油机的热平衡，能量转换的数值范围如下： ①转变为机械功的热为35％～40％。②排气带走的热为27％～50％。

③冷却介质（缸套冷却水、增压空气冷却水、润滑油等）带走的热15％～30％。

④其他热损失（辐射热、摩擦损失热）2％～8％。余热利用是提高船舶动力装置经济性的措施之一。废热利用的方法是按废热特点进行的。主机排气废热温度高，可利用的单位热量大；而冷却水的温度较低、量大，可利用的热量也不少。不同类型船舶的余热利用形式是很多的，几种余热利用装置的原理图：

（1）用废气锅炉全部或部分代替辅助锅炉。

（2）用废气锅炉全部代替辅助锅炉，且还可用废气涡轮发电机部分代替柴油机发电。

（3）用废气锅炉产生的蒸汽驱动的汽轮发电机，全部或部分代替柴油机发电。（4）用废气锅炉产生的蒸汽驱动的汽轮发电机全部代替柴油机发电，并且废气锅炉还可以部分代替辅助锅炉。

（5）用废气锅炉产生的蒸汽驱动的汽轮发电机全部代替柴油机发电，并且用废气锅炉全部代替辅助锅炉。

（6）如冷却水温度较高，则冷却水的热量可用来产生蒸汽，以驱动汽轮发电机。也可用于其他需要加热的设备。

（7）把冷却水直接或间接为冷却预热，作燃油加热、制淡、制冷和生活杂用等的热源。

目前在船上较普遍地实现了余热利用（1）和（2），以及把冷却水的热量部分地用于海水淡化装置和加热空调系统中的空气。利用废热产生蒸汽和热水，可以减少辅柴油机和辅锅炉的耗油，提高装置经济性。然而，装置上是否被采用以及如何采用，必须结合船舶动力装置的具体情况加以综合平衡，尤其要对下列三个方面问题进行仔细分析研究后才能作出决定：

（1）区别船舶类型和装置功率范围

（2）要用专门措施保证废热供应和废热消耗两者的平衡（3）废热利用一定要综合考虑经济性 3．最大限度利用余热的联合装置

随着柴油机废气涡轮增压器效率的提高和废气动力涡轮的利用，使柴油机排出废气可利用能量减少，其可利用部分和以前相比约下降50％，所以仅靠废气锅炉所提供的热量，难以满足船舶动力装置及辅助系统的要求，这就要求对能量平衡必须进行研究。另一方面柴油机实现了超高增压，增压空气压力超过0.4MPa，温度超过180℃，其能量、质量和数量增加，利用价值大大提高，这部分过去未加利用的能量和废气能量的联合利用就可满足新的能量平衡。废热回收装置的主要设备是多级蒸汽经济器、混压蒸汽涡轮、增压空气冷却器（即炉水预热器）。

图1-4为三菱重工（Mitsubishi）的超级透平发电系统（STG）示意图。该系统在双压废气经济器和混压蒸汽透平发电机的基础上补充了一个热水闪发能量发电系统。另外该系统还将增压空气的废热回收，用于对废气锅炉的给水加热。三菱的MET-SC涡流增压器由于效率提高，只需较少的废气，剩余的废气则提供给一个径流式废气透平。该废气透平的热水闪蒸蒸汽透平通过一个齿轮装置共同驱动发电机。

STG系统比带有热水闪蒸的蒸汽发电系统多获得40％～60％的电能，并且使整个装置的燃油消耗减少2％～3％。当主机在低负荷运转时，所产生的辅助能量能够满足船上用电需要，而不必使用柴油发电机或轴带发电机装置和辅锅炉产生的蒸汽。最早的STG系统已安装在VLCC油船上，主机是装有MET-SC型涡轮增压器的7RTA84M低速柴油机；废气/蒸汽联合驱动的发电机功率为1350KW；轴带发电机/马达为500KW；两台1000KW的柴油发电机组；空气冷却器作为炉水预热器；废气锅炉产生的低压蒸汽供加热器使用。

图1-5为瓦锡兰公司推出的典型的柴油机余热回收系统，简称WHRS(Waste Heat Recovery System)。该系统除了有效地利用柴油机排出的废气能量，还将柴油机缸套冷却水和扫气空气的余热回收利用，有效地节约了燃油的消耗及废气的排放。

二、船舶动力装置的效率

为了评定和比较柴油机船舶动力装置的经济性，应计算整个动力装置的效率。目前较常用的计算方法有下列几种。1．柴油机船舶动力装置的总效率

在评价不同形式船舶柴油机动力装置的余热利用效率时，先要明确热量有效利用的范围，不仅包括与螺旋桨功率等值的热量，还包括全船各种耗能装置和动力装置本身需要的热量。在这种情况下，评价船舶柴油机动力装置的经济性标准就是总效率。总效率为所有耗能设备的有效热之和与所消耗总热量之比。2．船舶能量利用效率

船舶动力装置的主要功用是保证额定航速，所以相对于螺旋桨功率的能量与船舶消耗的总能量之比，可以作为船舶热能利用效率的综合性标准。这个比值称为船舶能量利用效率，即推进轴上总有效功率与所有耗能设备总消耗热能之比。船舶能量利用效率不仅反应动力装置本身的热工完善程度，而且表征综合推进装置的工作效率。3．推进装置的推进效率

现代大功率柴油机船舶动力装置本身（滑油泵、燃油泵、冷却水泵、分油机、热交换器、通风机等）需要消耗大量的能量，因此推进轴上总有效功率与推进装置消耗的热量之比可用来评定各类船舶动力装置的经济性。因为它仅考虑推进装置的燃料消耗，故可评定各类船舶动力装置的经济性，而不能评定利用废热的经济性。

三、废气锅炉的管理 1．典型的废气锅炉系统

目前MC机型在正常额定负荷下透平后的排气温度为250～270℃，降低负荷运转时将会更低些，因此可利用的排气余热减少，使废气锅炉产生的饱和蒸汽不能满足船舶加热系统的需要，此时燃油辅助锅炉可作为补充。

MAN B&W公司推出两种典型的废气锅炉系统。其一为标准的废气锅炉系统，它用于产生饱和蒸汽供加热之需，废气锅炉有单一的蒸发器组成，是简单的单压蒸汽系统。给水直接泵送到燃油锅炉，废气锅炉与燃油锅炉之间有循环水泵并共用一个水鼓。

该系统具有明显的简单性和低投资成本，又完全满足船舶加热蒸汽量的要求，因而得到广泛应用。

其二为带涡轮发电机的废气锅炉系统，如图1-7所示，它是带有给水预热器、蒸发器和过热器的单压蒸汽系统，其蒸汽除用于加热之外还可以用于驱动涡轮发电机，系统中燃油辅助锅炉的汽鼓一般也作为共用汽鼓。该废气锅炉系统将更加先进些。

2．废气锅炉烟灰积垢与着火的原因分析

在NK所统计的82艘船舶中，多数为二冲程柴油机和水管锅炉，其中53艘船舶的废气锅炉发生烟垢着火和损坏。废气锅炉着火分为小的烟垢着火和高温着火。

（1）小的烟垢着火

在有充分氧气存在时，烟垢的可燃成分在高温下（高于闪点）自由蒸发，被火花或火焰点燃，并保持小范围和有限的燃烧，称为小的烟垢着火。在柴油机机动操纵和低负荷运转期间容易发生。

烟垢潜在着火温度一般为300～400℃，但存在未燃烧的燃油时着火温度约为150℃，极端情况下甚至低到120℃。这意味着着火也可发生于主机紧急停车之后，因为灼热颗粒（火花）还残留在管路管上。（2）高温着火

高温着火有氢着火和铸铁着火，可导致废气锅炉损坏。如温度在1000℃以上氢着火可以发生。铸铁着火即高温下发生的铸铁氧化反应，在温度超过1100℃时，铸铁着火可以发生，使锅炉自身燃烧。

废气锅炉烟垢着火的条件：只有在烟垢、火源和氧气同时存在时才可以发生着火现象。烟垢着火的原因往往是由于柴油机燃油燃烧后产生的含油的烟灰微粒所引起的。

主机的型号及制造工艺对烟垢着火无明显影响，甚至和短行程和长行程也没有多大关系。另外，废气锅炉使用水管的形式对烟垢着火也没有明显影响，实际上锅炉安装的简单管件与带有扩展管表面的管件有几乎同样数目的着火问题。最新开发的柴油机排气温度又比较低，容易导致废气锅炉烟灰沉积。统计表明废气锅炉的进口和出口温度对烟垢着火的发生都没有任何明显影响。在现代柴油机较低排气温度下，为了仍能维持船舶蒸汽消耗的需求，促使与其匹配的废气锅炉被设计得更加高效，这包括利用大受热面、锅炉设计为扩展管表面和低燃气流速。上述高效与超扩展锅炉的设计和劣质燃油的使用，使废气锅炉管上烟灰沉积有增加的趋势，并导致烟垢着火。此外，近年来船舶装载不足，也造成着火事故的上升。

3．废气锅炉与柴油机的匹配，锅炉窄点的影响，允许的废气压力损失图1-9是图1-10可以说明与高效率柴油机匹配的高效率废气锅炉的一些参数对烟垢着火的影响。1）锅炉的窄点

废气锅炉窄点是废气与饱和蒸汽之间的最小温度差，即废气离开蒸发器时的温度和饱和蒸汽之间的温度差。窄点是可以用来表示废气锅炉利用效率的一个参数。温度/热传导图称为T/Q图，图1-9是图1-7所示废气锅炉系统实例的T/Q图。一般蒸汽压力为0.7MPa（绝对）或以上，相应的最低蒸发温度为165℃，按T/Q图废气出口温度不能低于180℃，则15℃或以上用作窄点。（1）锅炉窄点对锅炉受热面和蒸汽量的影响。从图1-10的曲线可看出，废气锅炉窄点由15℃改变为10℃和5℃时，蒸汽量增加5％和10％，而废气锅炉受热面增加1.41倍和2.32倍，当流经废气锅炉的压力损失太大时可降低废气流速。

（2）锅炉窄点对锅炉压力损失和废气流速的影响。较低的窄点可提高废气锅炉的利用效率，但废气锅炉须有较大受热面，因此压力损失也较大。对最大允许废气压力损失有一定限制，设计废气锅炉的废气流速必须降低。低废气流速对形成烟垢有特别明显的影响趋势，现今劣质渣油运转使这种趋势变得更糟。（3）低窄点和烟垢。当窄点及其废气流速低时，窄点是影响烟垢发生的一个参数，相反，高窄点锅炉不必设计成高废气流速的锅炉，原则上，这种锅炉也可以设计成低废气流速，即有低废气压力损失。2）废气锅炉允许的废气压力损失

如前所述，通过锅炉的允许废气压力损失，对通过废气锅炉的废气流速有重大影响。高压力损失如能接受，那么要设计高废气流速的锅炉就是可能的，但是如果只允许小的压力损失，则废气流速必然是低的。

通过锅炉的允许压力损失依赖于柴油机增压器后总的排气系统的压力损失。（1）MC型柴油机排气系统的允许背压。在柴油机的约定MCR工况下，增压器后排气系统总背压最大不超过0.0035MPa，可用增压器后测量的静压力表示。为了系统尾部有背压储备，在约定MCR工况下推荐为0.0030MPa。

排气系统的背压与废气流速有关，即与废气流速的平方成比例，从而与管径4次方成比例。在约定MCR工况下，建议废气管内流速不超过50m/s,实际上为避免压力损失太大，废气流速约为35m/s。

（2）废气锅炉的允许压力损失，在约定MCR工况下，废气锅炉推荐的最大压力损失一般为0.0015MPa。

4．废气锅炉烟灰沉积和着火的预防措施（1）废气流速不能太低废气锅炉流速低是烟灰沉积着火的主要影响参数之一。设计废气流速低于10 m/s者几乎都有着火故障，而高于20 m/s很少发生着火故障。考虑到柴油机在部分负荷运转流速高达25～30 m/s，烟灰很少沉积，也无需安装吹灰器。火管锅炉的设计废气平均流速高于20 m/s时，对烟管也具有自动清洗的作用。（2）烟灰黏性的预防

含有灰分、残炭和硫分的劣质渣油的使用，使烟灰具有黏性，这是烟灰发生沉积的重要因素。使用含有氧化铁的燃油添加剂，可使烟灰失去黏性，导致烟灰沉积趋势的减少。这样对烟垢沉积的废气流速限制也可降低，即烟垢沉积将失去对低废气流速的敏感性。（3）锅炉受热面废气温度不能太低

锅炉废气出口温度应不低于155℃，锅炉进口给水循环温度，对有预热器的应高于120～130℃，否则凝结的硫酸可使烟灰有黏性，增加烟垢形成的趋势。（4）锅炉循环水流速度和流量比不能太低

应保持锅炉管表面边界层的废气低于烟灰着火温度，减少烟垢点燃的危险。温度高于150℃可发生烟垢着火危险，极端情况下在120℃时也有着火危险。（5）柴油机排气不允许恶化（6）水管锅炉应装自动吹灰器

在船舶经常停航待命和降速航行时，应尽量使用最低燃油费用航速。若柴油机在航行时经常处于较高负荷下工作，应尽量使用最低耗油率航速。从节约燃料费用的角度出发，应尽量使用最低燃油费用航速。最佳经济航速即最大盈利航速。

Sulzer RTA柴油机布置区由R1、R2、R3、R4围成，由经济运转工况点R2可知，平均有效压力降低1%,燃油消耗可降低0.2%～0.25%。

在常用航速范围内，桨转速降低1%，在航速及载货量不变的条件下，一般可减少油耗0.2～0.3% 动力装置选型确定之后，一般应进行船舶经济性的总体论证以确定最佳航速。Sulzer RTA柴油机布置区由R1、R2、R3、R4围成，R2是经济运转工况点,其特点是A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ

Ⅰ．最高燃烧压力不变；Ⅱ．平均有效压力降低；Ⅲ．平均有效压力为标定；Ⅳ．功率和转速降低；Ⅴ.转速不变。

船速与航速的概念不同，船速是指船舶相对水的速度，航速是船舶相对陆地的速度；航速等于船速与流速矢量之和。

关于续航力、油耗及航速三者的关系——燃油储备一定时，续航力与航速的平方成反比；续航力相同时，油耗率与航速的平方成正比。

废气锅炉的产气量与蒸汽压力有关，蒸汽压力高，产汽量下降。为了达到节能的目的，应根据使用对象确定——仅用于供热系统的，选用饱和蒸汽可产生更多的蒸汽量；需带动辅助机械的，可以将压力提高。废气锅炉出口排烟温度t2不得低于160～170℃；

目前，废气锅炉是按进气温度为255℃，排出温度为188℃标定工况设计的。废气锅炉出口排温t2越低，能够回收的热量就越多。理论上可降至环境温度，但事实上这是不可能的。废气锅炉进口排气温度t1越高，可回收的排气热量就越多。

要想获得更多的余热和废气锅炉蒸发量，必须使蒸汽压力和饱和温度都降低对船舶余热利用方案中利用发动机冷却水的余热途径理解错误的是________。A．冷却水的冷却器是制冷机的发生器 B．冷却水的冷却器作为汽轮机给水的加热器 C．冷却水的冷却器作为制淡系统的蒸发器 D．中央冷却水的冷却器作为制淡系统的蒸发器

废气锅炉的窄点是用来表示废气锅炉利用率的一个参数。

船舶动力装置概述篇2

伴随经济全球化进程的加快推进, 2000年以来的全球航运业出现了空前的繁荣, 而船舶作为载运工具, 其节能效果的好坏对经济、社会、环境均具有很大影响。因此, 加强对船舶节能技术研究, 实现节能技术转化具有重大意义。

关系船舶节能的因素很多, 但大体上可以分为三个方面, 即技术因素、管理因素、经济因素。技术因素包括船体线形、机桨选配、燃油使用、柴油机喷射效果等;管理因素主要包括船舶、船队的规划和航线的选择及船舶的管理维护等;经济因素主要包括市场竞争、各项基于市场机制的调控手段、税收、物质价格等。三因素相互影响相互渗透, 其中技术改进是船舶节能的基础因素, 而船舶动力装置作为能源消耗的直接对象, 其节能的好坏既关系到整艘船舶的节能效果, 也关系到其运营的经济性, 因此, 对船舶动力装置节能因素的控制就成为整个船舶节能控制的一关键环节。

2 影响因素分析

下面从主机选型、螺旋桨设计、机桨匹配、船机保养等方面对船舶动力装置节能效果的影响做一简要分析。

2.1 主机选型

主机是船舶推进的动力源, 因此, 在进行动力装置设计时, 首先必须确定船舶主机。由于主机的能耗在整个动力装置中所占的比例最大, 因而主机的优选对控制动力装置能耗, 提高动力装置效率影响最大。随着柴油机技术的发展, 无论是低速、中速或高速柴油机其能耗均有较大幅度的降低, 但各种机型间的差别也是明显存在的。因此, 在设计船舶时应根据船舶具体情况, 选择性能稳定, 经济性好的主机。

在选配柴油机时, 首先应根据船舶类型、尺度 (吨位) 、航速、航线等, 加上必要的储备功率, 确定船舶要求的最大连续输出功率及其相应的转速, 根据船用柴油机的负荷特性可知, 最低燃油消耗率往往位于标定功率的85%左右的位置上。因此, 从船舶长期使用的经济性角度考虑, 在选择主机时都尽量采用“减额输出”匹配方法, 即标定功率的85%左右, 并以此作为向主机生产厂订货的依据。主机减额输出使用的实质是配置较大功率的柴油机而仅产生较小的输出功率, 这样尽管主机造价和船舶机舱容积有所增加, 但是从节省燃油消耗、降低船舶运营成本的角度出发, 其优越性是可观的。目前柴油机主机趋向低转速、长冲程, 其目的主要是降低耗油率, 同时该类主机与低速大直径螺旋桨匹配效果较好。节能型大功率主机主要是降低耗油率, 烧重质燃油或代用燃料, 提高船舶营运经济性。

2.2 螺旋桨设计

整个推进系统的有效能可用推进系数来描述, 它不仅与推进装置的传动效率、船身效率有关, 更与螺旋桨的敞水效率及装船后的相对旋转效率有关。一般来说, 当传动设备及轴系确定后, 传动效率随不同的船型变化不大, 但船身效率、螺旋桨敞水效率与船型密切相关。因此, 为使船舶具有较大的推力、较高的船速, 改善螺旋桨设计、提高推进系统效率十分重要。

根据螺旋桨理论, 螺旋桨效率可用下式表示:

在螺旋桨设计时, 为提高螺旋桨效率, 首先可以考虑采用低速大直径螺旋桨, 螺旋桨推力T与进速Va取决于船体尺寸和航速的初始设计。在船舶营运要求下, T和Va已定, 要提高螺旋桨效率, 唯一途径就是加大桨盘面积AO, 即增大螺旋桨直径。而在这种情况下, 如果转速保持不变, 则桨叶梢线速度的增加会引起摩擦损耗的增加, 从而导致推进效率下降。因此, 在功率一定的情况下, 若采用大直径桨, 必须同时降低桨的速度, 所以, 在设计螺旋桨时, 为使桨效达到最高, 桨速与桨径应处于最佳对应关系。

目前, 远洋船舶绝大部分均采用大直径低速螺旋桨, 据统计, 在全负荷吃水时, 若将转速降低一半, 由于桨效率的提高, 可使主机功率减少约10%-16%。一般来说, 在常用航速范围内, 桨转速降低1%, 可节约燃油约0.2%-0.3%。

2.3 机桨匹配

在设计选配螺旋桨时, 选择不同的工况点直接影响船舶的经济性及可靠性。从节能的角度出发, 选主机额定 (标定) 转速下, 负荷特性曲线上油耗最低区所对应的某功率作为实际设计功率可取得较好的经济效益。这个功率暂称它为最经济使用功率, 对于高速机此经济功率约为12h额定功率的90%, 与我国高速柴油机的持续功率相同。这样设计既可获得较大经济效益, 同时, 由于采用了90%额定功率作使用功率, 对主机本身来讲, 其寿命及可靠性均会提高, 每年的维修费用亦将减少;对于中速机, 一般的做法是只要主机能胜任则直接取其额定功率作为设计功率, 如不能胜任则取低些。

在螺旋桨设计中选择工况点时, 还应考虑有一定的功率储备, 在一般情况下建议取5%-10%, 以便船舶产生污底或进入浅水航道阻力增加时, 以及进入过浅航道发生拖底及急速回转阻力大大增加时, 主机不致超负荷而发生问题, 这与用最经济使用功率作为螺旋桨设计工况点是一致的。另外, 由于柴油机在部分负荷下运行时经济性变差, 为充分利用船舶主机在低速运转时的储备功率, 还可以通过改进螺旋桨设计来实现功率最大化, 如采用调距桨或多速比齿轮箱等措施以适应工况变化。

2.4 船机维护

船舶动力装置在满足可靠性的前提下, 要尽量提高其经济性, 以降低能耗及营运成本。柴油机经济性的提高, 除采用先进的结构, 与螺旋桨或发电机等工作机械匹配外, 加强维护保养、合理使用, 使其处于良好的工作状态, 也是不可忽视的重要因素。众所周知, 衡量柴油机经济性与节能效果的主要指标是燃油消耗率, 下面从柴油机的维护管理层面, 讨论降低其燃油消耗率的节能途径。

⑴调整最佳的供油提前角, 柴油机的燃烧过程是其工作的核心。燃油燃烧的好坏直接影响柴油机的动力性、经济性与可靠性。一个完善的燃烧过程要求燃烧完全及时、平稳、空气利用率高, 准确的喷油定时则是达到上述要求的前提。

⑵改善进气条件, 柴油机进气温度过高, 会使空气密度降低, 充气量减少, 从而造成输出功率下降, 燃烧不完全, 耗油量增加。所以应加强柴油机进气区的通风, 以降低进气温度, 增加空气量。

⑶定期进行检修和调整, 检修和调整, 是保持柴油机各缸完全燃烧, 负荷均衡的必要条件, 也是降低油耗的有效措施。

⑷控制发动机在适宜温度下工作。试验证明, 柴油机冷却水温度在85℃左右工作, 能提高柴油机的热效率, 降低功率损失, 从而提高柴油机的有效功率。

⑸定期清除排气系统的积炭, 减小进排气阻力, 提高换气质量, 改善燃烧条件, 降低油耗。

⑹定期检查和更换润滑油, 有效地提高柴油机工作质量, 减少故障的发生, 降低油耗。

2.5 船机热效率

提高船舶装置的热效率可从两方面考虑:一是选用低油耗高热效率的主机以降低它的燃油消耗量。动力装置耗油率决定于主机、副机及辅助锅炉的燃油消耗量, 特别是主机的耗油率, 因为主机消耗的能量约占整个动力装置总能量的90%以上;其次是充分利用装置废热, 产生热水和蒸汽以供船上加热、生活用以及废热发电, 尽可能做到航行中不使用燃油锅炉和少用柴油发电机组, 或者直接减少全船蒸汽耗量和电量的消耗以降低副机和锅炉的燃油消耗量, 提高装置热效率。

废热利用的方法是按废热特点进行的。对主机废气可把废气引入专门构造的锅炉产生蒸汽, 用它驱动蒸汽副机, 或用它带动汽轮发电机组发电, 并入船舶电站, 也可利用排气废热产生的蒸汽作为各种舱、柜、加热器的加热源 (如燃油、滑油和货油系统的加热) 和取暖、蒸饭、茶水等生活热源;对冷却水直接或间接为冷却热, 作燃油加热、制冷、制淡和生活杂用等的热源。利用废热产生蒸汽和热水, 可以减少副机和锅炉的耗油, 节省能源, 提高动力装置经济性。

2.6 其他措施

船舶动力装置包括主机、电站、传动设备、轴系、推进器、管路设备等, 要提高整个动力装置的效率, 降低能耗除从上述各方面采取措施以外, 还可从以下方面考虑:

⑴提高传动效率。从主机到螺旋桨的传动效率取决于传动方式和传动轴及设备的效率, 因此, 应采取下列措施降低能耗: (1) 尽可能采用直接传动; (2) 如采用间接传动, 应提高传动设备 (如减速装置、联轴节等) 的效率; (3) 保证传动轴系的对中良好; (4) 采用高效的轴封装置, 减少轴封对漏油及传动效率的影响。

⑵采用主机轴带发电机。由于柴油机在部分负荷工作时, 其经济性较差, 耗油率增加。当某些船舶较长时间处于部分负荷工作时, 可采用主机轴带发电机, 这样, 不仅可使主机工作在效率高的运行区域, 提高效率, 而且有可能减少柴油发电机组的数目。

⑶提高船舶电站的效率。船舶电站的能耗在整个船舶动力装置中占有一定的份额。提高船舶电站的效率不应忽视。为此, 应合理地使用发电机, 尽量避免柴油机在低负荷下运行, 以提高柴油机的运行经济性;正确选择各种电动机容量, 采取补偿装置提高功率因数, 采用控制机构提高电动机效率, 以提高船舶供电系统的功率因数。

3 结论

船舶动力装置的节能是一项综合工程, 其涉及因素多, 各因素间关系复杂, 在做选择时应考虑各方面的具体情况加以综合平衡。应当指出, 船舶动力装置的节能好坏, 也直接关系到船舶运营的经济性, 所以, 建议船东也应在船舶设计时注意各因素的设计选型及船舶运营时的管理维护。

摘要：本文在简述船舶节能意义的基础上, 对影响船舶节能的各因素做了简要分析, 提出了船舶动力装置在船舶节能过程中的重要性和现实性, 对影响船舶动力装置节能效果的各因素做了总结性研究, 并针对每项影响因素提出了一些实施建议。

关键词：船舶动力装置,节能

参考文献

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[2]彭传圣.船舶能效设计指数及其影响[J].航海技术, 2010 (9) .

[3]刘杨.船舶柴油机废气余热利用的研究[J].武汉船舶职业技术学院学报, 2011 (4) .

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[5]徐筱欣, 船舶动力装置[M].上海:上海交通大学出版社, 2007.

关于船舶动力装置教材改革的建议篇3

关键词：船舶动力装置；能源动力；教材改革

一、课程情况简介

“船舶动力装置”是热能与动力工程专业本科生的一门专业主干课，国内知名的理工院校如上海交通大学、大连理工大学、大连海事大学等均将其列为专业必修课。该课程在学生已学习工程热力学、工程流体力学等课程的基礎上，着重教授柴油机、燃气轮机、蒸汽动力、核动力和联合动力装置等典型动力形式的工作原理和结构特点，以及船舶发动机的总体布置需满足的各种条件；培养学生在船舶总体设计中各方面的初步协调能力，为今后从事热力发动机的工程设计和技术实践打下较为扎实的理论和专业技术基础。

二、教材使用情况

“船舶动力装置”课目前正在使用的教材为哈尔滨工程大学出版社出版，由张志华教授编著的《船舶动力装置概论》一书，这本书主要介绍船舶（军、民用）动力装置系统的组成、结构、工作原理、性能及发展。其中包括船舶内燃机、燃气轮机、蒸汽锅炉及汽轮机、核动力、联合动力装置、轴系传动、特种动力装置等核心知识。该教材与我校的三海一核办学理念一致，能够起到很好的教学作用。但此书编著于1999年，至今已有15年的时间，书中对于动力装置的各种性能指标介绍较目前最先进的动力装置形式相差较大，在教学过程中需要执教教师补充相关最新指标知识。此外，书中对于不同动力装置形式如何在船舶中布置，以及布置时需要面临和解决的问题讲述较少。因此，为达到更好的教学效果，需要更新该教材的部分知识点。

三、更新教材的意义

“船舶动力装置”这门课程是一门专业导论课，该课程旨在为后续专业课的深入学习奠定基础。此外，内燃机、燃气轮机、热能工程专业的学生可以通过该门课程的学习，对船舶柴油机、燃气轮机、蒸汽动力装置、核动力装置、联合动力装置、特种动力装置有所了解，掌握各种船用发动机的特点、结构组成、工作原理、适用方向、主要相关附属设备的构成与作用及船舶发动机的总体布置需满足的各种条件等。

通过更新教材，可以培养学生在船舶总体设计中各方面的初步协调能力，使他们在日后工作中能够解决发动机的工程设计和技术实践中的相关问题，具备较为扎实的理论和专业技术基础。

通过更新教材，可以缩短课堂与工程实际的距离，激发学生创新能力，建立完善的知识体系以满足工程应用需要，为工程实际培养可用、顶用的创新型人才。

四、如何更新教材

为满足现有教学需要，计划从以下几个方面对现有教材进行更新。

一是收集国内外相关文献中对于船舶柴油机、船舶燃气轮机、船舶蒸汽动力和船舶核动力的相最新研究报告，从中获取相应的指标参数。

二是整理相关专业的研究成果，总结不同船舶动力装置未来发展的趋势，以便在后续的教学环节中，有针对性地引导学生向该方向发展。

三是设置不同吨位与用途的船舶形式、指标参数、动力装置形式、布置方式等资料，在教材中引入设计环节，以实际船舶的动力布置使学生了解从动力装置至推进装置间的各种设备连接、使用情况，达到学以致用的目的。

四是请相关专业课的授课教师帮助引入后续深入学习时的重点内容，在教材内以重点、难点的形式加以强调。

船舶动力装置这门课程旨在引导学生了解各种典型动力装置在实际中的应用，注重各类船舶动力装置的结构、特点、工作原理的介绍。通过对比现有教材和人才培养目标，提出《船舶动力装置》教材改革的若干建议，期望有助有优质教材的出版，进而为我国船舶动力行业培养更多的优秀人才。

参考文献：

[1]孙自力，李忆辛，许宝森.船舶动力装置技术专业教学改革研究与实践[J].辽宁高职学报，2001（4）：76-78.

[2]任莉，李华彦，张文孝.船舶动力装置课程设计的教学改革探讨[J].装备制造技术，2013（8）：207-208.

[3]刘兴永.基于工作过程的船舶动力装置安装课程教学改革研究[J].船舶职业教育，2014（2）：38-41.

车辆动力学概述篇4

回顾车辆动力学的发展历史，揭示车辆动力学研究内容及未来发展趋势，对车辆特性和设计方法也作了简要介绍。

1.历史发展

车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。其发展历史可追溯到100多年前[1]，直到20世纪30年代初人们才开始注意车轮摆振问题等；而后一直到1952年间，人们通过不断研究，定义了不足转向和过度转向，建立了简单的两自由度操纵动力学方程，开始进行有关行驶平顺性研究并建立了K2试验台，提出了“平稳行驶”概念，引入前独立悬架等；1952年以后，人们扩展了操纵动力学分析，开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测，理论和试验两方面对动力学的发展也起了很大作用。然而，在新车型的设计开发中，汽车制造商仍然需要依赖于具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍，实际测试和主观评价在车辆开发中还有不可替代的作用。

2.研究内容

严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。它涉及范围很广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应（纵向动力学）外，还有行驶动力学和操纵动力学。人们长期以来习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题，而实际情况是车辆同时受到三个方向的输入激励且各个方向运动响应特性相互作用、相互耦合。随着功能强大的计算机技术和动力学分析软件的发展，我们已经有能力将三个方向的动力学问题结合起来进行研究。

纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系，按工况不同分为驱动动力学和制动动力学两大部分。与行驶动力学有关的主要性能及参数包括悬架工作行程、乘坐舒适性、车体的姿态控制及轮胎动载荷的控制等；而行驶动力学研究的首要问题是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型。操纵动力学内容相当丰富，轮胎在其中起着相当重要的作用；通常操纵动力学研究范围分为三个区域，即线性域、非线性域和非线性联合工况。

3.车辆特性和设计方法车辆动力学特性的设计方法主要以系统建模和分析为主，而车辆设计则可以是一个迭代循环的过程。在此，不得不提一下人们所期望的车辆特性。

在车辆纵向动力性能方面，人们期待车辆能够有很好的动力性、燃油经济性和制动性，为实现这些理想特性，就要对车辆的动力与传动系统及制动系统的良好设计来保证[2]。就乘坐舒适性而言，被广为接受的评价指标是使驾驶员和乘员所感受到的加速度水平降至最小。在操纵性方面，总体目标包括两个方面，一是对于风的扰动或不平路面的干扰车辆所产生的运动响应控制在最小范围，二是对驾驶员输入响应达到最优；实际中，驾驶员本身作用不容忽视。具体而言，所期望的车辆操纵稳定性可归纳为稳定性、可操纵性、一致性和常规性等四个方面，便于我们进行研究。

在实际研究中，我们可以通过对实际车辆的数学建模、动力学方程求解，然后再用所求得的结果对实际车辆进行分析解释。我们建模要能够准确描述车辆动力学特性，预测车辆性能并由此产生一个最佳设计方案，解释现有设计中存在的问题并找出解决方案。

4.发展趋势

传统的车辆动力学研究都是针对被动元件的设计而言，而采用主动控制来改变车辆动态性能的理念，则为车辆动力学开辟了一个崭新的研究领域。在车辆系统动力学的研究中，采用“人-车-路”大闭环的概念应该是未来的趋势。作为驾驶者，人既起着控制器的作用，又是车辆性能的最终评价者[3]。计算机技术和控制技术共同推动了现代汽车系统动力学的发展。

车辆的控制系统包括三大部分，即控制算法、传感器技术和执行机构。后两者在技术上可以解决，而作为控制系统的关键，寻求一个能够为车辆提供良好性能的控制律，则需要控制理论与车辆动力学的机密结合。

与传统的集中质量模型相比，近代发展起来的多刚体系统动力学可大大地提高复杂车辆模型的精度[4]，已经成为汽车CAE技术的重要组成部分。采用人-车闭环系统也将是未来汽车系统动力学研究的趋势[5]。

“电厂热能动力装置”专业改革篇5

教学改革方案

一、专业教学改革的社会背景和行业背景

改革开放以来，高职高专教育得到了很大的发展。特别是2000年教育部发出《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》，明确了高职高专教育事业的建设、改革与发展的方针和任务后，高职高专教育有了显著的提高和稳步的发展。目前，我国正处于经济快速发展时期，科学技术迅猛进步，社会各方面对各类专业人才的知识、能力和素质要求越来越高。但我国高等工程的传统专业教学模式是以学科体系为基础，理论偏深、偏多，专业训练和工程实际能力培养不足，不能适应我国改革开放和社会主义市场经济的要求。高职高专教育必须克服这些弊端。现代化建设需要培养各级各类人才，对于发展国民经济，提高生产科技水平，增强综合国力，培养大量高质量的工程技术应用性人才至关重要。关于高职高专的培养目标，《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》明确指出：以培养高等技术应用性专门人才为根本任务：以适应社会需要为目标、以培养技术应用能力为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案，毕业生应具有基础理论知识适度、技术应用能力强、知识面较宽、素质高等特点；以“应用”为主旨和特征构建课程和教学内容体系：实践教学的主要目的是培养学生的技术应用能力，并在教学计划中占有较大比重；“双师型” 教师队伍建设是提高高职高专教育教学质量的关键：学校与社会用人部门结合、师生与实际劳动者结合、理论与实践结合是人才培养的基本途径。高职高专教育区别于本科教育及其它层次的工程教育，这是高职高专存在和发展的必要条件。只有实现高职高专的培养目标，办出高职高专的特色，才能使高职高专具有不可替代的作用。高职高专毕业生必须具备全面的素质和工程应用能力，这也是市场经济体制下人才市场对于工程技术应用人才的普遍要求。在市场经济条件下，独立的企业法人聘用工程技术人才，为追求效益，要求受聘人具备“上手快”、有“顶岗”工作能力，虽有专业知识基础但需要较多时日才能形成工作能力的人员渐受冷落。企业对人才的要求由过去的允许“储备培养”变为今天的“即时任用”，高职高

专的教学必须适应这个变化。电力行业是国民经济的基础性工业，具有资金密集和技术密集的特点，需要从业人员具备较高的理论水平和动手操作能力。当前电力紧缺给电力工业带来了快速发展的良好机遇，科学发展观的提出也要求发电企业要安全、高效、清洁生产。为适应这些要求，当前新建火力发电机组的参数和容量不断提高，机组的自动化水平也越来越高，对机组的运行、维护、安装、检修等水平提出了更高的要求。高职高专的热能动力装置专业是一个技术应用性很强的专业，主要服务企业是火力发电厂。随着电力体制改革，实行“厂网分开，竞价上网”，发电企业对机组运行的安全和经济性要求越来越高，要求受聘人具备基本功扎实、“上手快”。为了适应这种新形势和新要求，必须改变以往的培养模式，增强高职高专学生的职业能力，实行“双证书”制度。

二、专业的社会需求预测

教育为社会主义建设服务，是教育的根本宗旨。电力教育必需与电力工业的改革和发展相适应。2004年底，全国发电装机容量达到4．42亿千瓦，年发电量达到21870亿千瓦时，均处于世界第二位。全国各主要电网已形成500千伏或330千伏的骨干网架。我国电网已进入了远距离、超高压、跨大区输电的新阶段。随着电网规模的扩大，单机容量也相应提高，300MW、600MW 及以上机组已成为主力机组。

根据电力发展“十一五”规划：未来5年，中国电力工业预计新增装机容量约2．15亿至2．45亿千瓦。从优化能源结构来看，将有序开发水电，着重加快核电和天然气建设速度。根据规划，到“十一五”末，中国的火电装机将达4．773亿至5．033亿千瓦。在新增装机容量中，火电机组依然保持在80％以上，并且有大量供热机组的出现，这就为热能动力装置专业开创了广阔的前景。

随着电力工业迅猛发展的势头对电力高等技术人才需求就更加迫切，据初步预测，到2010年全国电力行业需求本科生3万人，高职高专毕业生4．35万人。该专业与火力发电厂有直接关系，专业特色突出，近几年就业形势良好。但因就业面窄，所以电源建设形势对学生就业影响很大。为防范就业风险，此次教学改革中要采取有效措施，提高毕业生职业技能，增强学生就业竞争力。根据专科学生的培养层次，提高动手操作能力是提高在校学生综合素质的最佳切入点，所以我们决定改变以前“重理论、轻实践”的教学模式，在毕业生中推行的“双证书”制度，改变毕业生“理论知识强、应用能力弱”的局面，全面提高毕业生综合素质。

三、专业改革的目标和指导思想

1．专业改革的目标。

专业教学改革的具体目标是：改革人才培养模式，突出技术应用能力，优化专业课程设置，争取在2-3年的时间内，逐步在毕业生中推行“双证书”制度，提高学生就业竞争力；完善实习实训基地建设，规划建设电厂热力设备模型室、电厂仿真实训室；课程建设取得长足进步，建设1 门院级精品课程，完成2门主干课程的建设；大幅提高教师队伍的“双师型”教师比例；提高教师业务素质，发表一批高水平论文；用5年左右的时间，把我校热能动力装置专业建设成为在西北地区同类高校中具有较强竞争力的品牌专业。

2．专业改革的指导思想。

专业改革的指导思想是：根据教育部(2000)2号文、(2004)1号文精神，结合我国国情，坚持“以学生就业为导向，以综合素质培养为主体，以技术应用能力为主线，以教育质量为保障”的培养模式，借鉴“以能力为基础的教育(CBE)” 教育理论的思路和DACUM 系统方法，结合我国国情，进行“热能动力装置”专业的教学改革。

四、专业教学改革的思路及方案

1．成立专业教学改革指导委员会，进行专业工作分析。

组成专业教学改革指导委员会成员的条件是，长期从事本专业技术或教学工作，具有丰富的实际工作经验，技术水平高，对岗位职责、任务能深入分析，能正确表述从事本专业工作所必需的专业应用能力，善于和同行合作。专业教学改革指导委员会首先分析确定本专业的工作范围，然后提出本专业生产一线高级技术应用性人才应具备的能力目标，即知识、能力及素质的要求。对于电厂热能动力装置专业，专业教学改革指导委员会认为主要培养以下能力：较全面的火力发电厂系统分析能力；较强机组的运行能力；具有一定的事故处理能力；具备热力设备及辅机的试验能力；较强的热力设备安装及检修能力；一定的现场组织管理及节能分析能力。由此可见，本专业为一岗位型专业，毕业生应能适应发电厂运行、安装、检修岗位的需求。根据以上内容，确定本专业培养的能力目标，这是考虑课程和教学安排的宏观依据。

2．进行教学分析，建立以专业技术应用能力和工程素质为主线的课程体系。

我系组织专门教师和教学管理人员进行教学分析，将能力目标转换为教学目标。课程的设置和开发是根据岗位职责进行任务分析。对每一任务分析结果，即要达到的水平和能实现的各项要求(步骤、技能和知识等)进行分析组合，形成教学单元或模块，这些单元一般相当于教材中的一章内容，要有明确的起点和终点，然后再将相近的教学单元或模块，根据教学规律，按顺序合并组成一门课程或一个教学环节。这样通过课程的开发即将能力目标转换成为教学目标。因此，每门课程都有明确的教学目的，每一节都有明确的教学目标，从而建立起以专业培养目标为基础的新的课程内容体系。在形成课程的过程中，还考虑了本专业生产一线高级技术应用性人才应具有能力的起点水平。考虑的原则和根据是本地区技术发展的要求；各项任务的实用程度；完成各项任务时要求达到的水平；各项任务使用频率和难度等。对属于起点水平的要求，必须纳入课程中。

我们认为，受教育者技术应用能力的形成是一种“知识”和“训练”的综合体。所以在课程和教学环节设置时，可以将理论和实践结合在一起构成一门课程或一个教学环节，也可以将理论教学和实践教学分别设置课程，这要根据具体情况而定。我校的教改方案中，有理论教学课程，也有实践教学课程，如热工基础和风机水泵的特性实验、电厂化学实验、电厂生产实习等。

制定教学计划时主要考虑如下一些原则：

(1)遵循教育规律和人的认识规律，根据能力目标要求突出以能力培养为主线，进行全面、合理的安排，力求教学计划整体优化。

(2)依据党的教育方针，处理好德、智、体之间的关系，保证学生在德、智、体诸方面都得到发展。

(3)采用学分制，课程设置分为必修和选修课。

(4)理论联系实际，加强实践训练的教学课程，保证学生按能力目标的要求形成技术应用能力。

(5)在制定教学计划时，遵循培养学生应用新技术、新设备的能力。例如地热利用技术等前沿课程。

(6)在制定教学计划时，还遵循培养学生提高计算机应用能力和外语能力等工具课

程的培养。

3．进行成绩考核方式的改革。

根据高职高专的培养目标，学生成绩考核也要做相应改革，体现以培养技术应用能力为主线的要求，成绩考核的要点是：

以教学目标为考核内容，力求按照工程环境和技术标准的条件考核学生。采用平时表现和期末考试相结合的方法确定成绩。期末考试采用多种形式如书面答卷、口试并结合实际操作等。

总之，本着建设好专业，谋求新的发展，适应新的形势要求的宗旨，我们将再接再厉，争取使热能与动力工程专业得到更好更大的发展。

船舶动力装置概述篇6

以舰艇主动力装置为研究对象进行了战损分析的.研究,讨论了基本功能项目分析和损伤模式与影响分析的方法,并在图形化推理软件GeNIe中构建了主动力装置各模块的贝叶斯网络模型,实现了基于贝叶斯网络损伤定位的推理.

作者：曾鲁山曾凡明李雁飞李彦强作者单位：曾鲁山,曾凡明,李雁飞(海军工程大学,船舶与动力学院,湖北,武汉,430033)

李彦强(海军装备技术研究所,北京,102442)

船舶动力装置概述篇7

随着气候变化和能源危机的日益严峻,环境问题已经成为世界各国亟待解决的问题。目前国际航运法规对航运业限制有害气体排放的规定日益严格,使得人们越来越注重新能源船舶的开发,这为民用核动力船舶的发展提供了新的机遇[1,2]。考虑到核动力船舶相较于传统船舶更加环保,而且能够有效缓解能源危机,公众再次注重民用核动力船舶的发展。然而核工业是1个高危产业[3],其安全性问题是公众最为关心的。

《核商船安全规范》中规定建议使用在核电厂工程上得到验证的确定论方法和概率安全评价法来进行核商船安全性分析[4,5]。但受限于民用核动力船舶工程实践的现实,各国一直都没有形成一套成熟的被国际社会所认可的安全分析体系[6,7],所以对民用核动力船舶动力装置的安全性分析研究也没有实质的进展。运用层次分析法(AHP)[8,9]对目标船型的核动力装置进行安全性研究,通过建立1个基于分析目标的递阶层次结构模型,对同一层元素的两两比较,确定不同元素相对于上一层元素的重要性[10],可以有效克服客观数据缺失等问题。笔者在基于核电厂安全分析和船舶安全分析的基础上,应用AHP对船舶核动力装置建立系统的递阶层次模型,进行风险评估,从而找出对民用核动力船舶安全影响较大的1个或多个系统,并应对核动力船舶故障风险提出几点应对措施。

1船用核动力装置故障分析指标体系的建立

1.1目标船型参数

目标船为50万t超大型矿砂船,其动力装置为300MW(2台150MW)级的核动力装置,主要航线为:中国—巴西,相关参数见表1。

1.2民用船舶核动力装置

船舶压水堆核动力装置[11]由反应堆及一回路系统和二回路系统和推进系统几部分组成,分布在不同的舱室中,其原理见图1,反应堆冷却剂系统采用双环路形式,见图2。

核动力装置一回路系统中水既是冷却剂也是慢化剂,如图2所示采用双环路形式,主泵驱动高温高压水吸收核反应所释放的热量,然后在蒸汽发生器与二回路发生热量交换,将热量传送给二回路,然后经主泵加压后重新被泵入反应堆,吸收反应堆持续放出的热量,如此往复循环构成了船用核动力装置的密闭核循环回路。

核动力装置二回路系统主要是将一回路传递过来的热量通过汽轮机装换为船舶动力。如图1所示,水经过蒸汽发生器吸收热量汽化为高温高压的蒸汽,推动汽轮机的运转,经过汽轮机后的乏汽流入冷凝器冷却,再经过一系列的辅助设备如:加热器、除氧器等,重新流入蒸汽发生器,完成1个循环。

1.3建立核动力装置的递阶层次结构模型

以核动力装置安全的3要素:反应性控制、堆芯冷却,以及放射性产物包容为基础,将民用船用核动力装置一回路系统的递阶层次模型按3要素划分为3个子系统,对3个子系统进行更为细致的划分,从而建立一回路系统的递阶层次模型,见表2。一回路系统中英文名称对照表见表3。

同一回路系统递阶层次模型建立类似,在研究二回路系统(蒸汽动力系统)时,也可将其按照功率匹配、水循环、能量转换划分为3个子系统。对应3个子系统,将二回路系统中的设备按其功能分别划分到3个子系统,形成蒸汽动力系统的递阶层次结构模型,见表4。

2船用核动力装置故障分析

2.1对船舶核动力装置进行安全性分析

邀请核动力方面的专家对核动力装置一回路系统的层次模型中的各元素进行打分,确定元素相当于上层元素的重要性,将打分的结果建立判断矩阵,由此得到判断矩阵A-B,B-C,C-D。由于篇幅所限仅列出A-B(是所邀请的3位专家所给出的调查评分表)判断矩阵.

首先需要对3位专家的数据进行加权平均,得到矩阵参数的加权平均矩阵。由于专家的经验水平不同,3位专家的评分数据权值依次为:0.5,0.3,0.2,计算结果为

根据AHP法步骤对一回路系统进行故障分析,确定各个判断矩阵A-B,B-C,C-D的元素相对于上层元素的相对权重并进行一致性检验,结果见表5。

计算底层的指标元素相对于决策目标层指标元素的相对权重[6],结果见图3。

同理,可计算二回路底层的指标元素相对于决策目标层指标元素的相对权重,结果见图4。

2.2结果分析

由图3可见一回路系统中化学和容积控制系统(C2)和安全注入系统(C3)的综合权重值超过0.1,而控制棒控制失效 (C1)和燃料包壳损坏(C7)权重值接近于0.1。这是出于对核动力船舶安全性的考虑,对反应堆运行安全性控制的要求非常严格,以及反应堆控制棒系统、安全注射系统和硼和水供应系统的工作条件极其恶劣所致。由此可见在C1,C2,C3和C7系统和设备发生故障或失效的工况下造成一回路系统发生故障的可能性较大。

由图4可见,二回路中有4个子系统的指标权重超过0.1或接近0.1,即汽动给水泵系统故障(D5)、主给水流量控制系统故障(C2)、高压电动给水泵系统故障(D6)以及高压给水加热器系统故障(D9),而其他指标均远小于0.1。由此可见二回路系统故障对汽动和电动给水泵的安全性要求较高,同时故障工况下蒸汽动力系统负荷的剧烈变化也考验主给水流量控制系统的安全性。

2.3讨论与建议

根据上面得到的结果,为保证民用核动力船舶的安全运行,给出以下几个方面的应对措施。

1)提高核动力装置一回路系统的自然循环能力,在事故工况下减小核动力装置一回路系统对动力装置的依赖性,通过合理的优化设计,可以在外部动力系统完全或部分失效的情况下仍然能够依靠自然循环冷却核反应反应堆。

2)优化船舶核动力装置中的系统管道布置,尽可能地减少动力装置系统中的管路弯道或适当增大弯道半径,减少管路中的能量损失;相较于核动力潜艇狭小的反应堆堆舱,在设计民用核动力船舶时,可提高核反应堆芯和蒸汽发生器的垂直高度,来提高船舶核动力装置的自然循环能力。

3)对于船舶核动力装置运行参数的设定,在考虑系统能耗的基础上,应该适当提高系统的安全余量,保证核动力船舶在遭遇到多自由度大幅度倾斜、摇摆和等恶劣工况下仍能够运行稳定安全。

3结束语

通过建立民用船舶核动力装置一回路系统和二回路系统的故障分析的指标体系,运用层次分析法对核动力装置进行风险评估。通过分析、处理、计算得到各个系统指标相对于核动力装置安全运行的相对权重,显示出各个指标对船用核动力装置一回路系统和二回路系统运行安全性的权重排序,找到对每个系统的风险较大因素,并在此基础上针对民用船舶核动力装置系统提出几点风险应对措施。

船舶动力装置概述篇8

对LNG燃气动力船舶的安全性、稳定性还存在一些顾虑。本文从船舶安全的角度分析了LNG燃料混合动力船舶在

建造、改造，营运过程中的安全技术要点，打消业界对其安全性的顾虑。

关键词：LNG 混合动力船舶储气罐船舶安全

如今，节能环保已成为各行各业发展优先考虑的重要课题，船舶行业也不例外。交通运输部制定并颁布了《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》，明确提出“十二五”期间将逐步增加新节能减排技术的应用试点，提出“要优化船舶能源消费结构、研发推广新型船用替代燃料”。而目前正在试点的内河柴油-LNG混合动力船舶技术正是五项试点新技术之一。

液化天然气（LNG）特点

天然气是产生于油气田的一种无色、无臭、无毒且无腐蚀性的可燃气体。液化天然气（LNG）是天然气经压缩、冷却，液化而成，其以液态形式储存在特定容器中。

1、LNG基本参数

LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。

LNG的临界温度为-82.3℃。

LNG的沸点为-162.5℃，着火点为650℃。

LNG的液态密度为0.420～0.46T/m3，气态密度为0.68-0.75kg/Nm3。

LNG的气态热值38MJ/m3，液态热值50MJ/kg。

LNG的爆炸范围：上限为15%，下限为5%。

LNG的辛烷值ASTM：130。

LNG的为52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×10^8cal）。

LNG的体积约为同量气态天然气体积的1/625。

2、LNG的六大优点

LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以储存运输方便。

LNG储存效率高，占地少，投资成本低。10m3LNG储存量就可供1万户居民1天的生活用气。

LNG作为优质的内燃机用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。燃料费用低，环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%， CO减少90%，SOx、Pb降为零。

LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。

由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。

由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。

LNG燃气混合动力船舶安全技术分析

目前，在交通运输部和一些能源企业的大力推动下，安徽、江苏、山东、湖北等省都相继改装、试航了柴油-LNG混合动力船舶，试点工作在稳步推进。从试点船舶的营运情况来看，柴油-LNG混合动力船舶的经济性、环保性、稳定性已经得到充分的认可。LNG在船舶上还没有大量应用和大范围推广的原因主要是业界对LNG燃气动力船舶的安全性还存在顾虑。但只要借鉴LNG在其他领域成功应用的经验，充分考虑以下几个方面，相信LNG燃气在船舶上应用的安全性是可控的，柴油-LNG混合动力船舶改造的方案是可行的，LNG燃气动力船舶大范围推广应该指日可待。

1、NG燃气混合动力船舶结构布置

作为液化天然气的储存装置LNG储气罐应尽可能布置在露天甲板上，且应尽可能远离机器处所、起居处所、服务处所和控制站以及一些存在火源危险的处所。

支撑LNG储气罐罐体的结构必须具备足够的强度要求，设计部门应进行详细的计算，保证在任何条件下LNG储气罐不会发生受损、位移、变形等事故。相关的管路布置也应该保证在任何情况下不发生受损。

LNG储气罐及其管路的布置还要考虑船舶可能发生的碰撞、追尾、靠泊等对气罐造成的损坏。如果LNG储气罐布置在船舶尾部露天甲板上，罐体与船舶尾端甲板线所连成的切线与甲板水平线形成的夹角不应大于50°（如下图），且储气罐距离船舶两舷的距离不应小于760mm的安全距离。

LNG储气罐与船体应进行有效连接，当LNG储气罐与船体之间采用绝缘方式固定时，储气罐与船体之间应进行有效的电气连接。

储气罐的压力释放阀应尽可能靠近储气罐，且排气口通常应布置在露天甲板以上一定距离，一般不小于3m，且与含有火源的围蔽处所的进气口应尽量远离，一般水平距离不小于5m。

2、材料和设备

因为LNG是天然气经冷却或冷却压缩而成液态保存的，温度在-162℃以下，在释放过程中温度急剧下降，对材料造成破坏。因此对相关材料耐低温要求非常高。通常有以下要求：

气罐、气体燃料管路、压力容器和其他同气体接触的部件的材料应满足《散装运输液化气体船舶法定检验技术规则》中的要求。

通常熔点低于925℃的材料不应用于LNG气体燃料管路。

LNG燃气动力船舶主要设备要保证绝对的安全性和可靠性，装船前必须经过严格的试验确认，并经检验部门的认可，相关要求如下：

3、安全操作