第一章 船舶動(dòng)力裝置概述

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. 第一節(jié) 船舶動(dòng)力裝置的組成、類型和發(fā)展 一、船舶動(dòng)力裝置的組成 現(xiàn)在的船舶動(dòng)力裝置主要由推進(jìn)裝置、輔助裝置、管路系統(tǒng)、甲板機(jī)械、防污染設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備等六部分組成。 1．推進(jìn)裝置 推進(jìn)裝置是指發(fā)出一定功率、經(jīng)傳動(dòng)設(shè)備和軸系帶動(dòng)螺旋槳，推動(dòng)船舶并保證一定航速航行的設(shè)備。它是船舶動(dòng)力裝置中最重要的組成部分，包括： （1）主機(jī)。主機(jī)是指提供推動(dòng)船舶航行動(dòng)力的機(jī)械。如柴油機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。 （2）傳動(dòng)設(shè)備。傳動(dòng)設(shè)備的功用是隔開或接通主機(jī)傳遞給傳動(dòng)軸和推進(jìn)器的功率；同時(shí)還可使后者達(dá)到減速、反向或減振的目的。其設(shè)備包括離合器、減速齒輪箱和聯(lián)軸器等。 （3）軸系。軸系是用來將主機(jī)的功率傳遞給推進(jìn)器。它包括傳動(dòng)軸、軸承和密封件等。 （4）推進(jìn)器。推進(jìn)器是能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，它是將主機(jī)發(fā)出的能量轉(zhuǎn)換成船舶推力的設(shè)備。它包括螺旋槳、噴水推進(jìn)器、電磁推進(jìn)器等。 2．輔助裝置 輔助裝置是指提供除推進(jìn)船舶運(yùn)動(dòng)所需能量以外，用以保證船舶航行和生活需要的其他各種能量的設(shè)備。主要包括： （1）船舶電站。 （2）輔鍋爐裝置。 （3）壓縮空氣系統(tǒng)。 3．管路系統(tǒng) 管路系統(tǒng)是用來連接各種機(jī)械設(shè)備，并輸送相關(guān)流體的管系。由各種閥件、管路、泵、濾器、熱交換器等組成，它包括： （1）動(dòng)力系統(tǒng)。為推進(jìn)裝置和輔助裝置服務(wù)的管路系統(tǒng)。主要包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、海淡水冷卻系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)等。 （2）輔助系統(tǒng)。為船舶平衡、穩(wěn)性、人員生活和安全服務(wù)的管路系統(tǒng)。主要包括壓載系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、日用海/淡水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和冷藏系統(tǒng)等。 4．甲板機(jī)械 為保證船舶航向、停泊、裝卸貨物所設(shè)置的機(jī)械設(shè)備。它主要包括：舵機(jī)、錨機(jī)、絞纜機(jī)、起貨機(jī)、開/管艙蓋機(jī)械、吊艇機(jī)及舷梯升降機(jī)等。 5．防污染設(shè)備 用來處理船上的含油污水、生活污水、油泥及各種垃圾的設(shè)備。它包括油水分離裝置（附設(shè)有排油監(jiān)控設(shè)備）、生活污水處理裝置及焚燒爐等。 6．自動(dòng)化設(shè)備 為改善船員工作條件、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和維護(hù)工作量、提高工作效率以及減少人為操作失誤所設(shè)置的設(shè)備。主要包括：遙控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、監(jiān)控、報(bào)警和參數(shù)自動(dòng)打印等設(shè)備。 二、船舶動(dòng)力裝置的類型 1．蒸汽動(dòng)力裝置 根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式的不同，蒸汽動(dòng)力裝置有往復(fù)式蒸汽機(jī)和汽輪機(jī)兩種。 汽輪機(jī)推進(jìn)裝置的優(yōu)點(diǎn)： （1）由于汽輪機(jī)工作過程的連續(xù)性有利于采用高速工質(zhì)和高轉(zhuǎn)速的工作輪，因此單機(jī)功率比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)大。 （2）汽輪機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，無周期性擾動(dòng)力，因此機(jī)組振動(dòng)小、噪聲低。 （3）磨損部件少，工作可靠性大。 （4）可使用劣質(zhì)燃油，滑油消耗率也很低。 汽輪機(jī)推進(jìn)裝置的缺點(diǎn)： （1）裝置的總重量、尺寸大。 （2）燃油消耗大，裝置效率較低，額定經(jīng)濟(jì)性僅為柴油機(jī)裝置的1/2-2/3；在相同的燃油儲(chǔ)備的情況下續(xù)航力降低。 （3）機(jī)動(dòng)性差，備車時(shí)間長。 2．燃?xì)鈩?dòng)力裝置 在燃?xì)鈩?dòng)力裝置中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方式的不同，有柴油機(jī)動(dòng)力裝置和燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置兩種。 1）柴油機(jī)動(dòng)力裝置 柴油機(jī)動(dòng)力裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1） 具有較高的經(jīng)濟(jì)性。 （2） 重量輕。 （3） 具有良好的機(jī)動(dòng)性，操作簡單、啟動(dòng)方便、正倒車迅速。 柴油機(jī)動(dòng)力裝置也存在如下缺點(diǎn)： （1）由于柴油機(jī)的尺寸和重量按功率比例增長快，因此單機(jī)組功率受到限制。 （2）工作時(shí)噪聲和振動(dòng)較大。 （3）中、高速柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件磨損較嚴(yán)重。 （4）傳統(tǒng)的柴油機(jī)在低速時(shí)穩(wěn)定性差，因此不能有較低的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，影響船舶的低速航行性能。另外，柴油機(jī)的過載能力也較差。 2）燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置 燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置有如下優(yōu)點(diǎn)： （1） 單位功率的重量尺寸較小，機(jī)組功率也較大。 （2） 良好的機(jī)動(dòng)性，從冷態(tài)起動(dòng)至全負(fù)荷時(shí)間僅需幾分鐘的時(shí)間。 燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置也有如下缺點(diǎn)： （1）燃?xì)廨啓C(jī)自身不能反轉(zhuǎn)，如果作為主機(jī)，倒車時(shí)必須設(shè)置專門的變向設(shè)備。 （2）必須借助于電機(jī)或其他起動(dòng)機(jī)械起動(dòng)。 （3）由于燃?xì)獾母邷刈饔茫谷~片工作可靠性較差，壽命短。 （4）由于燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)空氣流量大，因此進(jìn)、排氣管道尺寸較大，艙內(nèi)布置困難，甲班上有較大的管道通過切口，影響船體強(qiáng)度。 （5）燃油消耗率較高。 3．核動(dòng)力裝置 核動(dòng)力裝置是以原子核的裂變反應(yīng)所產(chǎn)生的巨大能量，通過工質(zhì)（蒸汽或燃?xì)猓┩苿?dòng)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)工作的一種裝置。 核動(dòng)力裝置有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）核動(dòng)力裝置以少量的核燃料能釋放出巨大的能量，這就可以保證船舶以較高的航速航行很遠(yuǎn)的距離。 （2）核動(dòng)力裝置在限定的艙室空間內(nèi)所能供給的能量，比一般其他型式的動(dòng)力裝置要大很多。 （3）核動(dòng)力裝置的最大特點(diǎn)是不消耗空氣而獲得能量，這就不需要進(jìn)、排氣裝置。 核動(dòng)力裝置的缺點(diǎn)： （1）核動(dòng)力裝置的重量、尺寸較大。 （2）核動(dòng)力裝置的操縱管理、檢查系統(tǒng)比較復(fù)雜。 （3）核動(dòng)力裝置的造價(jià)昂貴。 三、柴油機(jī)動(dòng)力裝置發(fā)展趨勢及管理重心的變化 1．船舶動(dòng)力裝置發(fā)展的趨勢 1）柴油機(jī)動(dòng)力裝置繼續(xù)占主導(dǎo)地位，并在不斷發(fā)展 （1）大型低速機(jī)向兩極發(fā)展，即開發(fā)多缸、大缸徑和少缸、小缸徑的機(jī)型，以適應(yīng)大型、超大型船舶和小型船舶。 （2）大功率中速柴油機(jī)仍然是大型客船、滾裝客船、滾裝船的推進(jìn)動(dòng)力裝置的首選。 （3）船舶柴油機(jī)的控制技術(shù)向電子化、智能化方向發(fā)展。 （4）雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)用于特種船舶推進(jìn)裝置的前景可觀。 LNG船的動(dòng)力裝置基本上是蒸汽輪機(jī)，蒸汽輪機(jī)輸出功率大、排出廢氣少、維護(hù)量少、可靠性高，但是蒸汽輪機(jī)的熱效率低、燃油消耗率高。近年來，各種替代方案應(yīng)運(yùn)而生，例如天然氣—燃油的雙燃料二沖程和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生等。與常規(guī)動(dòng)力裝置相比，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)最大限度地利用了氣體燃料，大大降低了燃油消耗（節(jié)約燃料20％～30％），同時(shí)，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的NOX排放量只相當(dāng)于普通柴油機(jī)的1/10，,CO2的排放也相當(dāng)?shù)汀ｋp燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是LNG船主機(jī)的首選。目前主要機(jī)型有瓦錫蘭公司生產(chǎn)的Wartsila的DF系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、MAN B&W公司生產(chǎn)的ME-GI及四沖程雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著人們對不污染海洋環(huán)境和大氣的“綠色船舶”的期望，世界上眾多的科研部門正在努力，以期減少柴油機(jī)動(dòng)力裝置的排放污染。 2）大型豪華旅游船的建造促進(jìn)了電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展。 電力推進(jìn)系統(tǒng)是通過電子變頻技術(shù)，采用簡單的交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)定螺距螺旋槳，根據(jù)需要從零到滿負(fù)荷自由選擇轉(zhuǎn)速，以滿足機(jī)動(dòng)性和操縱性的要求。 電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： ①可省去中間軸及軸承，機(jī)艙布置靈活。 ②可選用中高速柴油機(jī)，可使螺旋槳的轉(zhuǎn)速得到均勻、大范圍的調(diào)節(jié)。 ③倒車功率大，操縱容易，倒航迅速，船舶機(jī)動(dòng)性提高。 ④主電機(jī)對外界負(fù)荷變化適應(yīng)性好，甚至可短時(shí)堵轉(zhuǎn)。 3）高速船的發(fā)展為燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置帶來了生機(jī)。 由于燃?xì)鈾C(jī)在單位功率重量和尺寸方面的優(yōu)勢，加上其優(yōu)良的加速性能、可靠性、振動(dòng)小和低的NOX排放量等優(yōu)點(diǎn)，被高速客船等采用。與柴油機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)的不足之處主要是其較低的經(jīng)濟(jì)性。因此在作為推進(jìn)動(dòng)力時(shí)經(jīng)常配備柴油機(jī)，而利用燃?xì)廨啓C(jī)具有良好的起動(dòng)性能用于加速工況，配上柴油機(jī)組成聯(lián)合動(dòng)力裝置克服低工況油耗高的缺點(diǎn)，是高速船較合適的動(dòng)力裝置。實(shí)踐表明燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組可靠性達(dá)99.5％，熱效率已達(dá)39％，加上其特有的NOX排放量低的優(yōu)勢，因此特別適合渡輪的使用要求。 4）推進(jìn)裝置一改以往單一供貨方式而成套供貨方式發(fā)展。 5）環(huán)境保護(hù)要求更安全、更低排放的船舶動(dòng)力裝置。 （1）安全要求動(dòng)力裝置的冗裕配置。 除將化學(xué)品船、液化氣體船、油船等設(shè)計(jì)成雙殼船體，還應(yīng)采用冗裕配置推進(jìn)裝置及舵系，或設(shè)置應(yīng)急動(dòng)力裝置，可保證主推進(jìn)一旦失效，船舶仍能在惡劣海況下以6kn航速前進(jìn)。最常見的方式是軸帶發(fā)電機(jī)，當(dāng)需要時(shí)主機(jī)與齒輪箱脫開，軸帶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為電動(dòng)機(jī)，以發(fā)電機(jī)的電力帶動(dòng)螺旋槳實(shí)現(xiàn)船舶應(yīng)急推進(jìn)。更進(jìn)一步的發(fā)展，是雙套主推進(jìn)系統(tǒng)。 （2）低排放的船舶動(dòng)力裝置 人類對保護(hù)環(huán)境質(zhì)量要求的日益嚴(yán)格，使船用柴油機(jī)廢氣排放對大氣污染的影響亦受到了密切的關(guān)注。根據(jù)《MARPOL73/78公約》附則Ⅵ對功率大于130KW的柴油機(jī)NOX的排放的規(guī)定，現(xiàn)今的智能柴油機(jī)通過控制燃燒，能夠滿足低排放和經(jīng)濟(jì)性的要求，此外，燃燒良好還可減少顆粒物排放。在低排放方面，電力推進(jìn)及燃?xì)廨啓C(jī)更具有優(yōu)勢。 2．輪機(jī)管理重心的變化 由于船舶自動(dòng)化程度大幅度提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，與20世紀(jì)的船舶相比較，輪機(jī)管理工作的重心發(fā)生了根本性的改變，因此，對輪機(jī)管理人員提出了更高的要求，其重點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）對輪機(jī)設(shè)備的檢修方面。由于對船舶設(shè)備的工況檢測儀器、儀表、故障診斷方法的日益完善，設(shè)備的維護(hù)、檢修將從定時(shí)、定期模式向視情模式發(fā)展。 （2）對船機(jī)設(shè)備的使用方面。由于船機(jī)設(shè)備的自動(dòng)控制、自動(dòng)故障監(jiān)測的廣泛使用，設(shè)備的使用管理已由傳統(tǒng)的“管機(jī)為主”、“管電為輔”向“機(jī)電綜合管理”方向發(fā)展。 （3）對輪機(jī)人員的業(yè)務(wù)要求方面。要求輪機(jī)人員不但有精湛的船機(jī)方面的知識(shí)，還要加強(qiáng)掌握船電方面專業(yè)知識(shí)和自動(dòng)化方面的知識(shí)，這對于在現(xiàn)代化船舶上擔(dān)任輪機(jī)管理工作的輪機(jī)人員顯得尤為重要。 （4）對輪機(jī)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)方面。要加強(qiáng)輪機(jī)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)工作，使輪機(jī)人員盡快掌握和更新機(jī)電一體化方面的新技術(shù)和相關(guān)知識(shí)。 （5）對機(jī)電設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷方面。要加強(qiáng)專家故障診斷系統(tǒng)的建設(shè)和完善。 （6）對機(jī)艙的資源更要加強(qiáng)管理。包括人力資源和設(shè)備等，使得機(jī)艙的資源能夠充分發(fā)揮各自應(yīng)有的作用。 第二節(jié) 船舶動(dòng)力裝置的要求及性能指標(biāo) 一、對動(dòng)力裝置的要求 對船舶動(dòng)力裝置的要求，主要包括可靠性、經(jīng)濟(jì)性、機(jī)動(dòng)性、重量和尺度、續(xù)航力、生命力等相關(guān)指標(biāo)。 1．可靠性 影響可靠性的因素主要有三個(gè)方面：設(shè)計(jì)制造（包括修復(fù)）的質(zhì)量、安裝工藝的水平、使用管理技術(shù)能力。使用管理技術(shù)能力對可靠性的影響表現(xiàn)在：嚴(yán)格按照造船規(guī)范建造是取得可靠性的先決條件；備件的數(shù)量和保管是提高可靠性的有力保障；管理人員的業(yè)務(wù)能力是影響可靠性的重要因素。 2．經(jīng)濟(jì)性 船舶在營運(yùn)中，船舶動(dòng)力裝置的維護(hù)費(fèi)用占船舶總費(fèi)用的比例很大，現(xiàn)在已超過50％。為了提高船舶的營運(yùn)效益，必須盡量提高動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性。 3．機(jī)動(dòng)性 機(jī)動(dòng)性是指改變船舶運(yùn)行狀態(tài)的靈敏性，它是船舶安全航行的重要保證。船舶起動(dòng)、變速、倒航和回轉(zhuǎn)性能是船舶機(jī)動(dòng)性能的主要體現(xiàn)，而機(jī)動(dòng)性取決于動(dòng)力裝置的機(jī)動(dòng)性，動(dòng)力裝置的機(jī)動(dòng)性由以下幾個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。 （1）起航時(shí)間 從接到起航命令開始，經(jīng)過暖機(jī)、備車和沖試車，使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到隨時(shí)可用狀態(tài)的時(shí)間。這段時(shí)間越短的船舶其機(jī)動(dòng)性越好。 （2）發(fā)動(dòng)機(jī)由起動(dòng)開始至達(dá)到全功率的時(shí)間 這是加速性能的指標(biāo)，這段時(shí)間的長短主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的型式、船體形狀、螺旋槳形式、吃水及外界阻力大小等因素。影響發(fā)動(dòng)機(jī)加速的因素是它的運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量慣性和受熱部件的熱慣性，熱慣性更為突出，中速機(jī)優(yōu)于低速機(jī)。船舶本身的阻力大小對發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能也有很大的影響，由于調(diào)距槳對外界條件有很好的適應(yīng)性，它的加速性能明顯好于定距槳。 （3）發(fā)動(dòng)機(jī)換向時(shí)間和可能的換向次數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)換向所需的時(shí)間是指主機(jī)在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，由發(fā)出換向指令到主機(jī)以相反方向開始工作所需的時(shí)間。換向時(shí)間越短，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)動(dòng)性越好。主機(jī)換向時(shí)間不得大于15s。 （4）船舶由全速前進(jìn)變?yōu)榈购剿钑r(shí)間（滑行距離） 這是體現(xiàn)主機(jī)緊急倒車性能的指標(biāo)。由于船舶慣性大，由全速前進(jìn)變?yōu)楹笸怂璧臅r(shí)間，總是大大超過發(fā)動(dòng)機(jī)換向所需的時(shí)間。船舶開始倒航前滑行的距離主要取決于船舶的裝載量、航速、主機(jī)的起動(dòng)換向性能、空氣瓶空氣壓力和主機(jī)倒車功率。 （5）發(fā)動(dòng)機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速禁區(qū) 在多缸柴油機(jī)中，由于各缸噴油泵柱塞偶件、噴油器針閥偶件的間隙和噴孔孔徑間的差別，以及一般油量調(diào)節(jié)桿安裝間隙的不同，使得船用主柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速（低負(fù)荷）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各缸供油量顯著不均。嚴(yán)重時(shí)個(gè)別缸不能發(fā)火而使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，甚至自動(dòng)停車。因而船用主柴油機(jī)都有一個(gè)使各缸都能夠均勻發(fā)火的最低轉(zhuǎn)速，稱最低（工作）穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 船用主柴油機(jī)（尤其是直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳的主柴油機(jī)）的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速直接影響船舶微速航行性能。一般低速柴油機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速不高于標(biāo)定轉(zhuǎn)速的30%，中速機(jī)不高于40%，高速機(jī)不高于45%。在主機(jī)使用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)如果存在引起船舶或軸系共振的臨界轉(zhuǎn)速，則應(yīng)規(guī)定為轉(zhuǎn)速禁區(qū)，并以紅色在主機(jī)轉(zhuǎn)速表上標(biāo)示。在主機(jī)使用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速禁區(qū)越窄越好。 4．重量和尺度 5．續(xù)航力 續(xù)航力是指船舶在加足航行所需物資（燃油、滑油、淡水等，主要指燃油）后所能航行的最大距離或最長時(shí)間。它是根據(jù)船舶的用途和航區(qū)確定的。續(xù)航力不但和動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性、物資儲(chǔ)備量有關(guān)，也和航速有很大關(guān)系。 6．生命力 生命力是指船舶在船機(jī)發(fā)生故障的情況下最大限度地維持工作的能力。 二、船舶動(dòng)力裝置的基本性能指標(biāo) 動(dòng)力裝置的基本特性指標(biāo)是指技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和性能指標(biāo)。這些指標(biāo)是我們對船舶進(jìn)行選型、設(shè)計(jì)和判斷性能優(yōu)劣的重要依據(jù)。 1．船舶動(dòng)力裝置的技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)識(shí)動(dòng)裝置的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)特性的參數(shù)。它主要指下列幾個(gè)指標(biāo)： 1）功率指標(biāo) 功率指標(biāo)表示船舶做功的能力。為了保證船舶具有一定的航速，就要求推進(jìn)裝置提供足夠的功率。動(dòng)力裝置的功率是按船舶的最大航速確定的。在船舶以一定的航速前進(jìn)時(shí)，螺旋槳產(chǎn)生的推力，必須克服船體對水和風(fēng)的阻力，這些阻力取決于船舶線型、尺寸、航行速度，以及風(fēng)浪大小和航道深淺等。 （1）船舶有效功率PR 船舶有效功率PR指推進(jìn)船舶航行所需功率。運(yùn)行阻力R(N)，船舶的航行速度vs（m/s），則有效功率 PR= Rvs1/1000 KW PR常稱為拖曳功率，可以從船模或?qū)嵈撵o水試驗(yàn)中得出。阻力R，相當(dāng)于速度vs拖動(dòng)船模（或?qū)嵈r(shí)繩索上的拖曳力。 （2）主機(jī)的輸出功率 主機(jī)的輸出功率即主機(jī)的制動(dòng)功率或主機(jī)的有效功率。如果考慮了推進(jìn)軸系的傳動(dòng)損失，主機(jī)的供給功率實(shí)際上就是主機(jī)的額定功率。 新船設(shè)計(jì)時(shí)，估算船舶的有效功率PR可用“海軍常數(shù)法”進(jìn)行估算。 （3）相對功率 相對功率就是對應(yīng)于船舶每噸排水量所需的主機(jī)有效功率。 Pr= Pe/ D kW/t D—船舶排水量，t 2）重量指標(biāo) （1）主機(jī)的單位重量gm 主機(jī)的單位重量gm是指主機(jī)單位有效功率的重量，即 gm= Gm/ Pe kg/kW 式中，Gm—主機(jī)重量，kg；Pe——主機(jī)有效功率，kW （2）動(dòng)力裝置的單位重量gz 動(dòng)力裝置的單位重量gz是指主機(jī)單位有效功率所需動(dòng)力裝置的重量，即 gz= Gz/ Pe kg/kW 式中，Gz—主機(jī)重量，kg；Pe——主機(jī)有效功率，kW （3）主機(jī)的相對重量am 主機(jī)的相對重量am是指主機(jī)重量Gm與船舶排水量D之比，即 am= Gm/ D kg/t 式中，Gm—主機(jī)重量，kg； D—船舶滿載排水量，t （4）動(dòng)力裝置的相對重量az 動(dòng)力裝置的相對重量az是指動(dòng)力裝置重量Gz與船舶滿載排水量D之比，即 az= Gz/ D kg/t 式中，Gz—主機(jī)重量，kg； D—船舶滿載排水量，t 3）尺寸指標(biāo) 對于不同船舶，機(jī)艙尺寸要求也不統(tǒng)一，為了表征機(jī)艙的面積和容積利用率，特引用面積飽和度和容積飽和度兩個(gè)指標(biāo)。 （1） 面積飽和度Ks： 面積飽和度是指每平方米機(jī)艙面積所分配的主機(jī)有效功率，即 Ks= Pe/ S kW/㎡ 式中，Pe—主機(jī)有效功率，kW； S—機(jī)艙所占的面積，㎡ （2）容積飽和度Kv： 容積飽和度是指每立方米機(jī)艙容積所分配的主機(jī)有效功率，即 Kv= Pe/ V kW/m3 式中，Pe—主機(jī)有效功率，kW； V—機(jī)艙所占的容積，m3 2．船舶動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 船舶動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)常用六個(gè)指標(biāo)表示。 1）動(dòng)力裝置的總效率 動(dòng)力裝置的總效率主要由推進(jìn)裝置的熱效率、柴油發(fā)電機(jī)組的熱效率和燃油鍋爐的熱效率組成。 （1）推進(jìn)裝置的熱效率 推進(jìn)裝置的熱效率是指推進(jìn)裝置所產(chǎn)生的有效功的熱當(dāng)量與主機(jī)所消耗熱量之比。 （2）柴油發(fā)電機(jī)組的熱效率 柴油發(fā)電機(jī)組的熱效率是指柴油發(fā)電機(jī)組電功率的熱當(dāng)量與其所消耗熱量之比。 （3）燃油輔助鍋爐的熱效率 燃油輔助鍋爐的熱效率是指燃油輔助功率有效利用的熱量與其 所消耗熱量之比。 2）柴油機(jī)的燃油消耗率ge 柴油機(jī)的燃油消耗率是指在單位時(shí)間內(nèi)柴油機(jī)額定功率所消耗的燃油量，即 ge=Ge/Pe kg/(kW.h) 式中，Ge——柴油機(jī)每小時(shí)燃油消耗量，kg/h; Pe——主機(jī)有效功率，kW 3）船舶主機(jī)日耗油量Ge 船舶主機(jī)日耗油量是指主機(jī)在24h內(nèi)的燃油消耗量 4）船舶日耗油量GD 船舶日耗油量是指每24h全船主機(jī)、輔機(jī)、輔助鍋爐的所消耗的燃油總量。 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總量，即 gn= GT / vs = GTe+ GTg + GTb + GTo / vs t/n mile GT——船舶每小時(shí)燃油消耗量，t/h；vs——航速；GTe、GTg、GTb、GTo——分別表示主機(jī)、發(fā)電柴油機(jī)、燃油輔助鍋爐及焚燒爐等其他耗油設(shè)備每小時(shí)的耗油量，Kg/h 一般情況下GTg、GTb、GTo與航速無關(guān)。 主機(jī)每海里燃油消耗gTe = Pe. ge/ vs kg/n mile gTe既與ge有關(guān)又與vs有關(guān)。這項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與船舶營運(yùn)管理水平和輪機(jī)管理水平密切相關(guān)。圖1-2為主機(jī)燃料消耗率和每海里航程船舶燃料消耗量隨船速變化的關(guān)系圖。當(dāng)船舶處于慢速航行時(shí)，雖然主機(jī)燃油消耗率ge較高，但船舶每海里燃油消耗率gn較低；隨著船速的增加，雖然ge有所降低，但gn卻明顯增加。圖中g(shù)n的最小值所對應(yīng)的航速稱為節(jié)能航速。 圖1-2 燃料消耗隨航速變化關(guān)系圖 ge——燃油消耗率（紅線）；gn——每海里燃油消耗率（藍(lán)線） 6）船舶經(jīng)濟(jì)航速 經(jīng)濟(jì)航速是指船舶營運(yùn)時(shí)取得某種經(jīng)濟(jì)效果的航速，常用的經(jīng)濟(jì)航速有以下幾種：節(jié)能航速、最低營運(yùn)費(fèi)用航速和最大盈利航速。 （1）節(jié)能航速 節(jié)能航速是指每小時(shí)燃油消耗量最低時(shí)的靜水航速，它常由主機(jī)按推進(jìn)特性運(yùn)行時(shí)能維持正常工作的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所決定。營運(yùn)船舶在實(shí)現(xiàn)減速航行時(shí)，主機(jī)所輸出的功率大大減少，其每海里燃油消耗率大幅度降低。但航速降低后，營運(yùn)時(shí)間被延長，運(yùn)輸?shù)闹苻D(zhuǎn)量也少了，故當(dāng)船舶須實(shí)現(xiàn)減速航行時(shí)，尚應(yīng)結(jié)合企業(yè)的貨源、運(yùn)力及完成運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量的情況綜合考慮后再?zèng)Q策。 （2）最低營運(yùn)費(fèi)用航速 船舶航行1天的費(fèi)用，主要由其固定費(fèi)用（折舊費(fèi)、修理費(fèi)、船員工資、港口駛費(fèi)、管理費(fèi)、利息、稅金以及船舶停泊期間燃、潤油費(fèi)等）和船舶航行時(shí)燃、潤油費(fèi)用構(gòu)成。最低營運(yùn)費(fèi)用航速是指船舶每航行1n mile上述固定費(fèi)用及航行費(fèi)用最低時(shí)的航速，可供船舶及其動(dòng)力裝置的性能評價(jià)及選型用。在滿足完成運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量的前提下，船舶按最低營運(yùn)費(fèi)用航行，其成本費(fèi)最省，但它并未考慮停港時(shí)間及營運(yùn)收入的影響，故不夠全面。 （3）最大盈利航速 最大盈利航速是指指每天（或船舶在營運(yùn)期間）能獲得最大利益的航速。此航速的大小，往往與每海里（或公里）運(yùn)費(fèi)收入、停港天數(shù)及船舶每天付出的固定費(fèi)用有關(guān)。一般在運(yùn)費(fèi)收入低、停港時(shí)間長、運(yùn)距短、油價(jià)高的情況下，其最大盈利航速相對較小。 第三節(jié) 船舶動(dòng)力裝置的可靠性 一．船舶的特殊性 船舶動(dòng)力裝置的可靠性與船舶的特殊性密切相關(guān)。船舶的特殊性主要表現(xiàn)在： （1）船舶大部分時(shí)間在海上航行。 （2）設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，往往處于復(fù)雜的航區(qū)和嚴(yán)酷的氣象條件，局部故障可能影響全局，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重后果。 （3）船舶動(dòng)力裝置的使用環(huán)境苛刻多變、運(yùn)行時(shí)工作參數(shù)變化范圍較大，隨時(shí)能要船員進(jìn)行操縱，有時(shí)還要求采取應(yīng)急措施，因此對船員要求較高。 （4）船用機(jī)械特別是主機(jī)制造臺(tái)數(shù)少，而且母型機(jī)的試驗(yàn)難以在陸地上充分進(jìn)行。 （5）主機(jī)型式更新?lián)Q代速度較快。 （6）機(jī)器部件和元件以及它們的質(zhì)量和功能各異，所需知識(shí)面較廣。 （7）現(xiàn)場數(shù)據(jù)主要由船員整理和提供。 二、可靠性在船舶動(dòng)力裝置中的應(yīng)用 船舶的特殊性，不僅體現(xiàn)出動(dòng)力裝置可靠性的重要性，而且也說明動(dòng)力裝置的可靠性是個(gè)復(fù)雜的課題。它既與各組成設(shè)備的可靠性、維修性有關(guān)，也涉及到參與管理的人的因素，因此它和人機(jī)工程學(xué)、勞動(dòng)管理學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域交錯(cuò)在一起，使問題難以解決。 三、船舶各種機(jī)械的故障統(tǒng)計(jì) 1．動(dòng)力裝置中各種機(jī)械發(fā)生故障的比例 在世界四大柴油機(jī)制造公司近幾年的統(tǒng)計(jì)資料表明，在柴油機(jī)船上，主機(jī)故障占總故障數(shù)的比例達(dá)到四成，主機(jī)是動(dòng)力裝置中最重要的，但也是可靠性最薄弱的環(huán)節(jié)。在主機(jī)發(fā)生故障的原因中，約一半是由于材料質(zhì)量不良和機(jī)件污損，前者是制造階段的原因，后者是使用階段的原因。所以從設(shè)計(jì)者到管理者，對主機(jī)可靠性都要給予足夠的重視。 2．柴油機(jī)部件的故障統(tǒng)計(jì) 根據(jù)勞氏船級(jí)社、中國遠(yuǎn)洋運(yùn)輸總公司、日本相關(guān)機(jī)構(gòu)等相關(guān)機(jī)構(gòu)對船舶主機(jī)故障統(tǒng)計(jì)表明，低速柴油機(jī)發(fā)生故障最多的部件是活塞、氣缸蓋和十字頭軸承。中速柴油機(jī)（包括柴油發(fā)電機(jī)）中曲軸及其軸承故障比較突出。這些部件應(yīng)作為可靠性技術(shù)中的重點(diǎn)問題給予研究，在運(yùn)行管理中也應(yīng)格外注意。 第四節(jié) 提高船舶動(dòng)力裝置可靠性的措施 要保證和提高船舶動(dòng)力裝置的可靠性，首先在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)滿足可靠性要求，然后，在制造和工藝方面盡可能達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的可靠度。只有這樣在使用中才能體現(xiàn)出轉(zhuǎn)子是否可靠。顯然船舶動(dòng)力裝置的可靠性問題貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)、制造和工藝階段以及全部運(yùn)轉(zhuǎn)期間。因此，我們可以把影響動(dòng)力裝置可靠性的因素分為設(shè)計(jì)、制造工藝和管理三個(gè)方面。下面我們將著重從管理與維修保養(yǎng)方面探討如何提高動(dòng)力裝置的可靠性。 一、提高管理水平 一個(gè)產(chǎn)品工作是否可靠，除決定于出廠質(zhì)量外，使用管理維護(hù)的好壞對其可靠性也有決定性影響。因此，管理人員的業(yè)務(wù)水平，對于保證船舶的可靠性具有頭等重要的意義。統(tǒng)計(jì)表明，許多故障是由于船員采取了不正確的措施和違反技術(shù)操作規(guī)程所導(dǎo)致的。隨著船舶的設(shè)備日趨復(fù)雜，對船員業(yè)務(wù)水平、熟練程度、操作技能、發(fā)現(xiàn)和排除故障等的能力要求越來越高，其完成任務(wù)的職責(zé)也在加強(qiáng)。業(yè)務(wù)水平高的船員，可以保證船舶技術(shù)設(shè)備的使用和維護(hù)的質(zhì)量始終處于較好狀態(tài)；能正確執(zhí)行操作規(guī)程，充分做好設(shè)備起動(dòng)前的準(zhǔn)備工作，正確判斷設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)和正確地確定負(fù)荷高低；還可以迅速發(fā)現(xiàn)和排除故障，用較短的時(shí)間完成維修工作。在拆裝機(jī)械、更換零部件時(shí)，如果船員水平不高，則可能使部件遭受異常負(fù)荷和額外應(yīng)力，從而導(dǎo)致故障次數(shù)增加。 國內(nèi)外的故障統(tǒng)計(jì)資料表明，人為故障所占比例越來越大。在人為原因造成的故障中，屬于責(zé)任心不強(qiáng)（工作不仔細(xì)、檢查不及時(shí)和違章操作）與屬于管理水平低（保養(yǎng)維護(hù)不良、指揮命令不當(dāng)、判斷錯(cuò)誤、操作錯(cuò)誤等）所引發(fā)的幾乎各占一半，而且低職船員的人為事故所占比例高于高職船員。這些事實(shí)說明了提高船員管理水平的重要性和迫切性，并應(yīng)從職業(yè)道德教育和業(yè)務(wù)水平提高兩方面去努力。 二、提高維修質(zhì)量 維修是恢復(fù)和保證產(chǎn)品可靠性的一個(gè)重要措施。為了使產(chǎn)品發(fā)生故障后能很快修好，除了要求有先進(jìn)的維修手段、熟練的維修人員之外，產(chǎn)品本身也應(yīng)該有良好的可維修性?？删S修性包括易拆卸性、可達(dá)性、可還原性、通用性、互換性、適檢性等，因此維修時(shí)應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面。 1．對設(shè)備的維修要及時(shí) 2．在有條件的情況下，鼓勵(lì)船員對設(shè)備進(jìn)行自修 3．在廠修時(shí)要做好監(jiān)修工作 4．做好備件的管理工作 5．要有防錯(cuò)措施 6．維修前應(yīng)將維修時(shí)的方法、步聚及可能發(fā)生的問題考慮周全 三、充分利用技術(shù)管理指導(dǎo)性文件 1．利用這些技術(shù)資料制定操作規(guī)程 遵守操作過程可以避免或減少誤操作，減少事故和有利于延長設(shè)備使用壽命。 2．根據(jù)文件資料判斷設(shè)備的實(shí)際技術(shù)狀態(tài) 主機(jī)的推進(jìn)特性曲線和柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷特性曲線，都是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)好壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)它們可盡早發(fā)現(xiàn)故障的隱患，及時(shí)采取有效措施。 3．制定維修計(jì)劃與標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)技術(shù)文件制定出設(shè)備維護(hù)、維修計(jì)劃及標(biāo)準(zhǔn)。利用這些計(jì)劃及標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)，可以使設(shè)備保持在最佳的技術(shù)狀態(tài)。對復(fù)雜、重要、技術(shù)維護(hù)所用平均年勞動(dòng)量高的設(shè)備，若采用事后維修則會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失、可靠性損失（質(zhì)量損失）和安全事故。因此，應(yīng)該依靠平時(shí)的檢查和維修，使系統(tǒng)和設(shè)備始終保持在最佳狀態(tài)，防止事故的發(fā)生，這就是預(yù)防性維修。為了做好這項(xiàng)工作，必須對作業(yè)的內(nèi)容、時(shí)間，判斷缺陷的方法和缺陷特征，應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)等，按指導(dǎo)性文件的要求，結(jié)合設(shè)備的具體狀態(tài)，進(jìn)行周密計(jì)劃并實(shí)施。 4．指導(dǎo)對設(shè)備的維修保養(yǎng) 在對設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)時(shí)，可根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)文件提供的技術(shù)參數(shù)、拆卸與安裝的步驟、安全注意事項(xiàng)和檢修操作注意事項(xiàng)等，對設(shè)備進(jìn)行正確地維修保養(yǎng)，確保設(shè)備恢復(fù)到最佳的技術(shù)性能。 四、做好可靠性數(shù)據(jù)的收集與管理 可靠性數(shù)據(jù)的收集與管理是開展提高可靠性活動(dòng)的基礎(chǔ)工作和主要內(nèi)容。通過對可靠性數(shù)據(jù)的收集、整理、分類、統(tǒng)計(jì)和分析，可達(dá)到兩個(gè)目的： ①了解整個(gè)動(dòng)力裝置、裝置中各種機(jī)械設(shè)備和各種零部件的可靠性狀況，為新型船舶的開發(fā)設(shè)計(jì)、對有關(guān)設(shè)備和部件的改進(jìn)提供可靠的依據(jù)，促進(jìn)造船事業(yè)的發(fā)展。 ②通過故障發(fā)生的時(shí)間、產(chǎn)生原因、維護(hù)和管理工作量的統(tǒng)計(jì)分析，正確制定使用和維修的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，改進(jìn)管理維修工作，提高管理水平。 第五節(jié) 船舶動(dòng)力裝置的余熱利用 一． 船舶動(dòng)力裝置的余熱利用方案 1．船舶動(dòng)力裝置熱平衡方程式 柴油機(jī)船舶動(dòng)力裝置的動(dòng)力設(shè)備主要是主柴油機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組和輔助鍋爐等。它們都以液態(tài)燃料為能源。船舶航行工況所需要的總熱量為 Q=Qm +Qg+ Qb 式中，分別為主機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組和輔助鍋爐所消耗的熱量，KJ/h。 船舶動(dòng)力裝置熱平衡方程式為/ x+y+z=1 式中，x= Qm/Q，y= Qg/Q，z= Qb/Q分別為主機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組和輔助鍋爐消耗熱量的百分比。動(dòng)力裝置的能量平衡各成分的值x，y，z與船舶用途和動(dòng)力裝置的類型有關(guān)。 在進(jìn)行船舶動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮整個(gè)船舶的能量平衡和各個(gè)耗能設(shè)備的熱平衡，以便找出能量綜合利用的途徑，決定所采用能量綜合利用的裝置和方案，從而提高動(dòng)力裝置能量平衡中有效利用熱量的比例，以達(dá)到節(jié)約燃料的目的。 2．船舶動(dòng)力裝置余熱利用方案 根據(jù)柴油機(jī)的熱平衡，能量轉(zhuǎn)換的數(shù)值范圍如下： ①轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的熱為35％～40％。 ②排氣帶走的熱為27％～50％。 ③冷卻介質(zhì)（缸套冷卻水、增壓空氣冷卻水、潤滑油等）帶走的熱15％～30％。 ④其他熱損失（輻射熱、摩擦損失熱）2％～8％。 余熱利用是提高船舶動(dòng)力裝置經(jīng)濟(jì)性的措施之一。廢熱利用的方法是按廢熱特點(diǎn)進(jìn)行的。主機(jī)排氣廢熱溫度高，可利用的單位熱量大；而冷卻水的溫度較低、量大，可利用的熱量也不少。不同類型船舶的余熱利用形式是很多的，幾種余熱利用裝置的原理圖： （1）用廢氣鍋爐全部或部分代替輔助鍋爐。 （2）用廢氣鍋爐全部代替輔助鍋爐，且還可用廢氣渦輪發(fā)電機(jī)部分代替柴油機(jī)發(fā)電。 （3）用廢氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)的汽輪發(fā)電機(jī)，全部或部分代替柴油機(jī)發(fā)電。 （4）用廢氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)的汽輪發(fā)電機(jī)全部代替柴油機(jī)發(fā)電，并且廢氣鍋爐還可以部分代替輔助鍋爐。 （5）用廢氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)的汽輪發(fā)電機(jī)全部代替柴油機(jī)發(fā)電，并且用廢氣鍋爐全部代替輔助鍋爐。 （6）如冷卻水溫度較高，則冷卻水的熱量可用來產(chǎn)生蒸汽，以驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。也可用于其他需要加熱的設(shè)備。 （7）把冷卻水直接或間接為冷卻預(yù)熱，作燃油加熱、制淡、制冷和生活雜用等的熱源。 目前在船上較普遍地實(shí)現(xiàn)了余熱利用（1）和（2），以及把冷卻水的熱量部分地用于海水淡化裝置和加熱空調(diào)系統(tǒng)中的空氣。 利用廢熱產(chǎn)生蒸汽和熱水，可以減少輔柴油機(jī)和輔鍋爐的耗油，提高裝置經(jīng)濟(jì)性。然而，裝置上是否被采用以及如何采用，必須結(jié)合船舶動(dòng)力裝置的具體情況加以綜合平衡，尤其要對下列三個(gè)方面問題進(jìn)行仔細(xì)分析研究后才能作出決定： （1）區(qū)別船舶類型和裝置功率范圍 （2）要用專門措施保證廢熱供應(yīng)和廢熱消耗兩者的平衡 （3）廢熱利用一定要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性 3．最大限度利用余熱的聯(lián)合裝置 隨著柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器效率的提高和廢氣動(dòng)力渦輪的利用，使柴油機(jī)排出廢氣可利用能量減少，其可利用部分和以前相比約下降50％，所以僅靠廢氣鍋爐所提供的熱量，難以滿足船舶動(dòng)力裝置及輔助系統(tǒng)的要求，這就要求對能量平衡必須進(jìn)行研究。另一方面柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)了超高增壓，增壓空氣壓力超過0.4MPa，溫度超過180℃，其能量、質(zhì)量和數(shù)量增加，利用價(jià)值大大提高，這部分過去未加利用的能量和廢氣能量的聯(lián)合利用就可滿足新的能量平衡。 廢熱回收裝置的主要設(shè)備是多級(jí)蒸汽經(jīng)濟(jì)器、混壓蒸汽渦輪、增壓空氣冷卻器（即爐水預(yù)熱器）。 圖1-4為三菱重工（Mitsubishi）的超級(jí)透平發(fā)電系統(tǒng)（STG）示意圖。該系統(tǒng)在雙壓廢氣經(jīng)濟(jì)器和混壓蒸汽透平發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了一個(gè)熱水閃發(fā)能量發(fā)電系統(tǒng)。另外該系統(tǒng)還將增壓空氣的廢熱回收，用于對廢氣鍋爐的給水加熱。三菱的MET-SC渦流增壓器由于效率提高，只需較少的廢氣，剩余的廢氣則提供給一個(gè)徑流式廢氣透平。該廢氣透平的熱水閃蒸蒸汽透平通過一個(gè)齒輪裝置共同驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。 STG系統(tǒng)比帶有熱水閃蒸的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)多獲得40％～60％的電能，并且使整個(gè)裝置的燃油消耗減少2％～3％。當(dāng)主機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所產(chǎn)生的輔助能量能夠滿足船上用電需要，而不必使用柴油發(fā)電機(jī)或軸帶發(fā)電機(jī)裝置和輔鍋爐產(chǎn)生的蒸汽。最早的STG系統(tǒng)已安裝在VLCC油船上，主機(jī)是裝有MET-SC型渦輪增壓器的7RTA84M低速柴油機(jī)；廢氣/蒸汽聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率為1350KW；軸帶發(fā)電機(jī)/馬達(dá)為500KW；兩臺(tái)1000KW的柴油發(fā)電機(jī)組；空氣冷卻器作為爐水預(yù)熱器；廢氣鍋爐產(chǎn)生的低壓蒸汽供加熱器使用。 圖1-5為瓦錫蘭公司推出的典型的柴油機(jī)余熱回收系統(tǒng)，簡稱WHRS(Waste Heat Recovery System)。該系統(tǒng)除了有效地利用柴油機(jī)排出的廢氣能量，還將柴油機(jī)缸套冷卻水和掃氣空氣的余熱回收利用，有效地節(jié)約了燃油的消耗及廢氣的排放。 二、船舶動(dòng)力裝置的效率 為了評定和比較柴油機(jī)船舶動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)計(jì)算整個(gè)動(dòng)力裝置的效率。目前較常用的計(jì)算方法有下列幾種。 1．柴油機(jī)船舶動(dòng)力裝置的總效率 在評價(jià)不同形式船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置的余熱利用效率時(shí)，先要明確熱量有效利用的范圍，不僅包括與螺旋槳功率等值的熱量，還包括全船各種耗能裝置和動(dòng)力裝置本身需要的熱量。在這種情況下，評價(jià)船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)就是總效率?？傂蕿樗泻哪茉O(shè)備的有效熱之和與所消耗總熱量之比。 2．船舶能量利用效率 船舶動(dòng)力裝置的主要功用是保證額定航速，所以相對于螺旋槳功率的能量與船舶消耗的總能量之比，可以作為船舶熱能利用效率的綜合性標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)比值稱為船舶能量利用效率，即推進(jìn)軸上總有效功率與所有耗能設(shè)備總消耗熱能之比。船舶能量利用效率不僅反應(yīng)動(dòng)力裝置本身的熱工完善程度，而且表征綜合推進(jìn)裝置的工作效率。 3．推進(jìn)裝置的推進(jìn)效率 現(xiàn)代大功率柴油機(jī)船舶動(dòng)力裝置本身（滑油泵、燃油泵、冷卻水泵、分油機(jī)、熱交換器、通風(fēng)機(jī)等）需要消耗大量的能量，因此推進(jìn)軸上總有效功率與推進(jìn)裝置消耗的熱量之比可用來評定各類船舶動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)樗鼉H考慮推進(jìn)裝置的燃料消耗，故可評定各類船舶動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性，而不能評定利用廢熱的經(jīng)濟(jì)性。 三、廢氣鍋爐的管理 1．典型的廢氣鍋爐系統(tǒng) 目前MC機(jī)型在正常額定負(fù)荷下透平后的排氣溫度為250～270℃，降低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將會(huì)更低些，因此可利用的排氣余熱減少，使廢氣鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽不能滿足船舶加熱系統(tǒng)的需要，此時(shí)燃油輔助鍋爐可作為補(bǔ)充。 MAN B&W公司推出兩種典型的廢氣鍋爐系統(tǒng)。其一為標(biāo)準(zhǔn)的廢氣鍋爐系統(tǒng)，它用于產(chǎn)生飽和蒸汽供加熱之需，廢氣鍋爐有單一的蒸發(fā)器組成，是簡單的單壓蒸汽系統(tǒng)。給水直接泵送到燃油鍋爐，廢氣鍋爐與燃油鍋爐之間有循環(huán)水泵并共用一個(gè)水鼓。 該系統(tǒng)具有明顯的簡單性和低投資成本，又完全滿足船舶加熱蒸汽量的要求，因而得到廣泛應(yīng)用。 其二為帶渦輪發(fā)電機(jī)的廢氣鍋爐系統(tǒng)，如圖1-7所示，它是帶有給水預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過熱器的單壓蒸汽系統(tǒng)，其蒸汽除用于加熱之外還可以用于驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)中燃油輔助鍋爐的汽鼓一般也作為共用汽鼓。該廢氣鍋爐系統(tǒng)將更加先進(jìn)些。 2．廢氣鍋爐煙灰積垢與著火的原因分析 在NK所統(tǒng)計(jì)的82艘船舶中，多數(shù)為二沖程柴油機(jī)和水管鍋爐，其中53艘船舶的廢氣鍋爐發(fā)生煙垢著火和損壞。廢氣鍋爐著火分為小的煙垢著火和高溫著火。 （1）小的煙垢著火 在有充分氧氣存在時(shí)，煙垢的可燃成分在高溫下（高于閃點(diǎn)）自由蒸發(fā)，被火花或火焰點(diǎn)燃，并保持小范圍和有限的燃燒，稱為小的煙垢著火。在柴油機(jī)機(jī)動(dòng)操縱和低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)期間容易發(fā)生。 煙垢潛在著火溫度一般為300～400℃，但存在未燃燒的燃油時(shí)著火溫度約為150℃，極端情況下甚至低到120℃。這意味著著火也可發(fā)生于主機(jī)緊急停車之后，因?yàn)樽茻犷w粒（火花）還殘留在管路管上。 （2）高溫著火 高溫著火有氫著火和鑄鐵著火，可導(dǎo)致廢氣鍋爐損壞。如溫度在1000℃以上氫著火可以發(fā)生。鑄鐵著火即高溫下發(fā)生的鑄鐵氧化反應(yīng)，在溫度超過1100℃時(shí)，鑄鐵著火可以發(fā)生，使鍋爐自身燃燒。 廢氣鍋爐煙垢著火的條件：只有在煙垢、火源和氧氣同時(shí)存在時(shí)才可以發(fā)生著火現(xiàn)象。煙垢著火的原因往往是由于柴油機(jī)燃油燃燒后產(chǎn)生的含油的煙灰微粒所引起的。 主機(jī)的型號(hào)及制造工藝對煙垢著火無明顯影響，甚至和短行程和長行程也沒有多大關(guān)系。另外，廢氣鍋爐使用水管的形式對煙垢著火也沒有明顯影響，實(shí)際上鍋爐安裝的簡單管件與帶有擴(kuò)展管表面的管件有幾乎同樣數(shù)目的著火問題。最新開發(fā)的柴油機(jī)排氣溫度又比較低，容易導(dǎo)致廢氣鍋爐煙灰沉積。統(tǒng)計(jì)表明廢氣鍋爐的進(jìn)口和出口溫度對煙垢著火的發(fā)生都沒有任何明顯影響。在現(xiàn)代柴油機(jī)較低排氣溫度下，為了仍能維持船舶蒸汽消耗的需求，促使與其匹配的廢氣鍋爐被設(shè)計(jì)得更加高效，這包括利用大受熱面、鍋爐設(shè)計(jì)為擴(kuò)展管表面和低燃?xì)饬魉?。上述高效與超擴(kuò)展鍋爐的設(shè)計(jì)和劣質(zhì)燃油的使用，使廢氣鍋爐管上煙灰沉積有增加的趨勢，并導(dǎo)致煙垢著火。此外，近年來船舶裝載不足，也造成著火事故的上升。 3．廢氣鍋爐與柴油機(jī)的匹配，鍋爐窄點(diǎn)的影響，允許的廢氣壓力損失 圖1-9是圖1-10可以說明與高效率柴油機(jī)匹配的高效率廢氣鍋爐的一些參數(shù)對煙垢著火的影響。 1）鍋爐的窄點(diǎn) 廢氣鍋爐窄點(diǎn)是廢氣與飽和蒸汽之間的最小溫度差，即廢氣離開蒸發(fā)器時(shí)的溫度和飽和蒸汽之間的溫度差。窄點(diǎn)是可以用來表示廢氣鍋爐利用效率的一個(gè)參數(shù)。溫度/熱傳導(dǎo)圖稱為T/Q圖，圖1-9是圖1-7所示廢氣鍋爐系統(tǒng)實(shí)例的T/Q圖。一般蒸汽壓力為0.7MPa（絕對）或以上，相應(yīng)的最低蒸發(fā)溫度為165℃，按T/Q圖廢氣出口溫度不能低于180℃，則15℃或以上用作窄點(diǎn)。 （1）鍋爐窄點(diǎn)對鍋爐受熱面和蒸汽量的影響。從圖1-10的曲線可看出，廢氣鍋爐窄點(diǎn)由15℃改變?yōu)?0℃和5℃時(shí)，蒸汽量增加5％和10％，而廢氣鍋爐受熱面增加1.41倍和2.32倍，當(dāng)流經(jīng)廢氣鍋爐的壓力損失太大時(shí)可降低廢氣流速。 （2）鍋爐窄點(diǎn)對鍋爐壓力損失和廢氣流速的影響。較低的窄點(diǎn)可提高廢氣鍋爐的利用效率，但廢氣鍋爐須有較大受熱面，因此壓力損失也較大。對最大允許廢氣壓力損失有一定限制，設(shè)計(jì)廢氣鍋爐的廢氣流速必須降低。低廢氣流速對形成煙垢有特別明顯的影響趨勢，現(xiàn)今劣質(zhì)渣油運(yùn)轉(zhuǎn)使這種趨勢變得更糟。 （3）低窄點(diǎn)和煙垢。當(dāng)窄點(diǎn)及其廢氣流速低時(shí)，窄點(diǎn)是影響煙垢發(fā)生的一個(gè)參數(shù)，相反，高窄點(diǎn)鍋爐不必設(shè)計(jì)成高廢氣流速的鍋爐，原則上，這種鍋爐也可以設(shè)計(jì)成低廢氣流速，即有低廢氣壓力損失。 2）廢氣鍋爐允許的廢氣壓力損失 如前所述，通過鍋爐的允許廢氣壓力損失，對通過廢氣鍋爐的廢氣流速有重大影響。高壓力損失如能接受，那么要設(shè)計(jì)高廢氣流速的鍋爐就是可能的，但是如果只允許小的壓力損失，則廢氣流速必然是低的。 通過鍋爐的允許壓力損失依賴于柴油機(jī)增壓器后總的排氣系統(tǒng)的壓力損失。 （1）MC型柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的允許背壓。在柴油機(jī)的約定MCR工況下，增壓器后排氣系統(tǒng)總背壓最大不超過0.0035MPa，可用增壓器后測量的靜壓力表示。 為了系統(tǒng)尾部有背壓儲(chǔ)備，在約定MCR工況下推薦為0.0030MPa。 排氣系統(tǒng)的背壓與廢氣流速有關(guān)，即與廢氣流速的平方成比例，從而與管徑4次方成比例。在約定MCR工況下，建議廢氣管內(nèi)流速不超過50m/s,實(shí)際上為避免壓力損失太大，廢氣流速約為35m/s。 （2）廢氣鍋爐的允許壓力損失，在約定MCR工況下，廢氣鍋爐推薦的最大壓力損失一般為0.0015MPa。 4．廢氣鍋爐煙灰沉積和著火的預(yù)防措施 （1）廢氣流速不能太低 廢氣鍋爐流速低是煙灰沉積著火的主要影響參數(shù)之一。設(shè)計(jì)廢氣流速低于10 m/s者幾乎都有著火故障，而高于20 m/s很少發(fā)生著火故障?？紤]到柴油機(jī)在部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)流速高達(dá)25～30 m/s，煙灰很少沉積，也無需安裝吹灰器?；鸸苠仩t的設(shè)計(jì)廢氣平均流速高于20 m/s時(shí)，對煙管也具有自動(dòng)清洗的作用。 （2）煙灰黏性的預(yù)防 含有灰分、殘?zhí)亢土蚍值牧淤|(zhì)渣油的使用，使煙灰具有黏性，這是煙灰發(fā)生沉積的重要因素。使用含有氧化鐵的燃油添加劑，可使煙灰失去黏性，導(dǎo)致煙灰沉積趨勢的減少。這樣對煙垢沉積的廢氣流速限制也可降低，即煙垢沉積將失去對低廢氣流速的敏感性。 （3）鍋爐受熱面廢氣溫度不能太低 鍋爐廢氣出口溫度應(yīng)不低于155℃，鍋爐進(jìn)口給水循環(huán)溫度，對有預(yù)熱器的應(yīng)高于120～130℃，否則凝結(jié)的硫酸可使煙灰有黏性，增加煙垢形成的趨勢。 （4）鍋爐循環(huán)水流速度和流量比不能太低 應(yīng)保持鍋爐管表面邊界層的廢氣低于煙灰著火溫度，減少煙垢點(diǎn)燃的危險(xiǎn)。溫度高于150℃可發(fā)生煙垢著火危險(xiǎn)，極端情況下在120℃時(shí)也有著火危險(xiǎn)。 （5）柴油機(jī)排氣不允許惡化 （6）水管鍋爐應(yīng)裝自動(dòng)吹灰器 在船舶經(jīng)常停航待命和降速航行時(shí)，應(yīng)盡量使用最低燃油費(fèi)用航速。 若柴油機(jī)在航行時(shí)經(jīng)常處于較高負(fù)荷下工作，應(yīng)盡量使用最低耗油率航速。 從節(jié)約燃料費(fèi)用的角度出發(fā)，應(yīng)盡量使用最低燃油費(fèi)用航速。 最佳經(jīng)濟(jì)航速即最大盈利航速。 Sulzer RTA柴油機(jī)布置區(qū)由R1、R2、R3、R4圍成，由經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)R2可知，平均有效壓力降低1%,燃油消耗可降低0.2%～0.25%。 在常用航速范圍內(nèi)，槳轉(zhuǎn)速降低1%，在航速及載貨量不變的條件下，一般可減少油耗0.2～0.3% 動(dòng)力裝置選型確定之后，一般應(yīng)進(jìn)行船舶經(jīng)濟(jì)性的總體論證以確定最佳航速。Sulzer RTA柴油機(jī)布置區(qū)由R1、R2、R3、R4圍成，R2是經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn),其特點(diǎn)是A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ Ⅰ．最高燃燒壓力不變；Ⅱ．平均有效壓力降低；Ⅲ．平均有效壓力為標(biāo)定；Ⅳ．功率和轉(zhuǎn)速降低；Ⅴ.轉(zhuǎn)速不變。 船速與航速的概念不同，船速是指船舶相對水的速度，航速是船舶相對陸地的速度；航速等于船速與流速矢量之和。 關(guān)于續(xù)航力、油耗及航速三者的關(guān)系——燃油儲(chǔ)備一定時(shí)，續(xù)航力與航速的平方成反比；續(xù)航力相同時(shí)，油耗率與航速的平方成正比。 廢氣鍋爐的產(chǎn)氣量與蒸汽壓力有關(guān)，蒸汽壓力高，產(chǎn)汽量下降。為了達(dá)到節(jié)能的目的，應(yīng)根據(jù)使用對象確定——僅用于供熱系統(tǒng)的，選用飽和蒸汽可產(chǎn)生更多的蒸汽量；需帶動(dòng)輔助機(jī)械的，可以將壓力提高。 廢氣鍋爐出口排煙溫度t2不得低于160～170℃； 目前，廢氣鍋爐是按進(jìn)氣溫度為255℃，排出溫度為188℃標(biāo)定工況設(shè)計(jì)的。 廢氣鍋爐出口排溫t2越低，能夠回收的熱量就越多。理論上可降至環(huán)境溫度，但事實(shí)上這是不可能的。廢氣鍋爐進(jìn)口排氣溫度t1越高，可回收的排氣熱量就越多。 要想獲得更多的余熱和廢氣鍋爐蒸發(fā)量，必須使蒸汽壓力和飽和溫度都降低 對船舶余熱利用方案中利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的余熱途徑理解錯(cuò)誤的是________。 A．冷卻水的冷卻器是制冷機(jī)的發(fā)生器 B．冷卻水的冷卻器作為汽輪機(jī)給水的加熱器 C．冷卻水的冷卻器作為制淡系統(tǒng)的蒸發(fā)器 D．中央冷卻水的冷卻器作為制淡系統(tǒng)的蒸發(fā)器 廢氣鍋爐的窄點(diǎn)是用來表示廢氣鍋爐利用率的一個(gè)參數(shù)。 .