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汽车与交通运输

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水路运输

船舶与海洋工程动力系统

作者：李楷，陈明

出版社：科学出版社出版时间：2022-12-01

开本：其他页数： 384

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船舶与海洋工程动力系统版权信息

ISBN：9787030545930
条形码：9787030545930 ; 978-7-03-054593-0
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
工业技术
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船舶与海洋工程动力系统内容简介

船舶是世界主要的交通运输工具之一，船舶动力系统可看作为船舶的"心脏"。掌握船舶动力系统设计方法，对船型开发和船舶设计具有重大支持作用。本书主要介绍了现代船舶与海洋工程动力系统的组成，主要设备和系统的结构、原理和性能，全书共9章。主要内容包括：概论、船舶主推进装置、船舶主推进系统设计、船舶轴系设计、船舶辅机、船舶与海洋工程动力管路系统、船舶与海洋工程辅助管路系统、机舱规划设计与设备布置、轮机系统设计实例。

船舶与海洋工程动力系统目录

目录
“船舶与海洋结构物先进设计方法”丛书序
前言
**章船舶与海洋工程动力系统概述 1
**节船舶动力系统的组成 1
一、船舶动力系统的定义和内涵 1
二、船舶动力系统发展趋势及轮机管理重心的变化 2
第二节船舶与海洋工程动力系统的基本特性指标 4
一、对动力系统的要求 4
二、船舶动力装置的基本性能指标 5
第三节船舶动力装置的可靠性 8
一、船舶的特殊性 8
二、可靠性在船舶动力装置中的应用 8
三、船舶各种机械的故障统计 8
第四节热力学基础知识 10
一、热力状态参数 10
二、热量与功 13
三、水蒸气与湿空气 15
四、传热的三种基本方式 15
第二章船舶与海洋工程主动力装置 18
**节船用汽轮机 18
一、船用汽轮机的分类 18
二、船用汽轮机组的构造 18
三、船用汽轮机推进装置 21
第二节船用燃气轮机 23
一、燃气轮机的工作原理 24
二、船用燃气轮机装置的主要优缺点 24
第三节船用柴油机 27
一、柴油机的总体结构 30
二、燃烧室部件 34
三、曲柄连杆机构 49
四、柴油机的主要固定件 56
第四节船用柴油-LNG双燃料主机 64
一、IMO减排规则推动双燃料发动机发展 65
二、双燃料发动机发展现状 66
三、双燃料发动机的应用前景 70
第三章船舶推进系统设计 71
**节船舶推进的传动形式 71
第二节船舶轴系 73
一、轴系的组成、作用和工作条件 73
二、轴系的布置 74
三、传动轴的设计 77
四、传动轴的基本轴径计算算例 78
五、螺旋桨轴可拆联轴节的设计与计算 79
六、有键连接的螺旋桨轴尾部结构设计与计算 82
七、轴系强度校核 83
八、轴系刚度校核 87
第三节船用螺旋桨 88
一、螺旋桨 88
二、螺旋桨工作特性 89
三、影响螺旋桨特性的因素 90
四、各种航行条件下主机的工况 91
五、船-机-桨配合设计实例 94
第四节特种推进器 98
一、调距桨 98
二、全回转吊舱式推进器 101
第四章船舶辅机 108
**节船用泵 108
一、泵的功用和分类 108
二、泵的性能参数 108
三、泵的结构、原理、特点及管理要点 110
第二节船用风机 118
一、风机分类 118
二、通风机分类 119
三、离心式风机 119
四、轴流式风机 122
五、风机比转数 123
第三节船用锅炉 125
一、燃油锅炉 125
二、废气锅炉 128
三、锅炉的燃油设备及系统 130
四、锅炉的蒸汽和凝水系统 133
第四节船舶海水淡化装置 136
一、船用海水淡化装置原理简述 137
二、真空沸腾式海水淡化装置 141
第五节船舶防污染装置 144
一、油水分离器 144
二、焚烧炉 154
三、生活污水处理装置 159
第六节船用阀门 162
一、常用阀门简介及选用原则 162
二、阀门的分类 166
三、阀门的基本参数 168
四、国产阀门的标注方法 169
第五章船舶与海洋工程动力管路系统 174
**节管系的基本知识 174
一、船舶管系分类 174
二、管路材料 174
三、船舶管系识别 176
第二节燃油系统 176
一、燃油输送系统 177
二、燃油日用系统 177
三、燃油净化管系 177
四、燃油系统的作用及组成 178
五、补重式燃油管系 180
六、燃油储存量及设备的估算 181
七、燃油系统管路的布置 185
第三节滑油系统 186
一、滑油系统的任务及组成 186
二、滑油系统设计的一般要求 186
三、日用滑油系统 187
四、滑油的净化处理 188
五、滑油系统的类型 189
六、滑油系统估算 190
七、滑油系统管路的布置 193
第四节冷却管系 194
一、冷却管系的任务及组成 194
二、冷却管系设计的一般要求 194
三、冷却系统的冷却方式 195
四、冷却水带走热量的一般估计 197
五、冷却水系统的管路布置 201
第五节压缩空气系统 203
一、压缩空气系统的组成及作用 203
二、压缩空气系统的设计要求 204
三、压缩空气系统的设备估算 206
四、压缩空气系统管路布置 206
第六节排气系统 207
一、排气系统的组成 207
二、排气系统的计算 208
三、排气系统的布置 209
第六章船舶与海洋工程辅助管路系统 212
**节舱底水系统 212
一、舱底水的来源 212
二、舱底水系统的作用 212
三、对舱底水系统的要求 212
四、舱底水系统的组成 213
五、舱底水系统的维护管理 214
第二节压载水系统 216
一、压载水系统的作用 216
二、对压载水系统的一般要求 216
三、压载水系统的布置形式 217
四、压载水系统的组成 218
五、压载水系统的操作 218
第三节消防系统 219
一、水消防系统 220
二、居住舱室水喷淋及机舱局部水雾灭火系统 223
三、CO2消防系统 225
第四节供水系统 227
一、饮用水系统 227
二、生活淡水系统 227
三、卫生海水系统 228
第五节空调系统 229
一、对船舶空调的要求 229
二、船舶空调装置的概况 230
三、船舶空调系统及设备 231
四、船舶空调装置实例 232
第六节冷藏系统 237
一、蒸气压缩式制冷的原理 239
二、制冷剂和冷冻机油 241
三、制冷压缩机 245
四、伙食冷库制冷装置实例 246
第七节货油输送系统 249
一、货油装卸及货油舱扫舱系统 249
二、货油舱透气系统 257
三、油船惰性气体系统 259
四、货油舱洗舱系统 262
五、货油舱液位、温度和船舶吃水遥测系统 264
第八节压载水处理系统 267
一、技术分类 267
二、厂商分类 271
三、物理法处理系统 272
四、化学法处理系统 274
五、综合法处理系统 275
第七章机舱规划设计与设备布置 277
**节机舱布置原则 277
一、机舱位置 277
二、机舱规划的方法与步骤 277
第二节设备布置要点 279
一、主机的布置要点 279
二、轴系的布置要点 279
三、锅炉及废气锅炉的布置要点 280
四、发电机组布置要点 281
五、泵的布置要点 281
六、风机和通风管口的布置要点 282
七、其他辅助设备的布置要点 282
八、维修空间和起重设备的布置要点 282
九、舱柜的布置要点 283
十、集控室、机修间、物料间的布置要点 283
十一、出入口、梯道和花钢板的布置要点 284
十二、机舱棚开口、平台及花钢板的高度 284
十三、防护设施、消防设备的布置要点 285
第三节机舱布置实例 285
一、26000DWT成品油船机舱的布置设计 285
二、400总吨海监船机舱的布置设计 285
三、6000T举力浮船坞泵舱的布置设计 285
第八章轮机系统设计实例 296
**节油船轮机系统设计 296
一、总述 296
二、主机 306
三、轴系和螺旋桨 307
四、蒸汽发生装置 309
五、电站 310
六、泵 311
七、空压机和通风机 313
八、分油机 314
九、制淡装置 315
十、生活污水处理装置 316
十一、舱底水处理装置 316
十二、热交换器 317
十三、主要动力管系 318
十四、机械装置的控制和仪表 322
十五、其他 326
十六、绝热和油漆 327
十七、船舶管系 328
十八、油船专用系统 332
十九、管系附件概述 336
二十、备件和工具 342
第二节渔政船轮机系统设计 342
一、设计依据 342
二、航行设备 344
三、动力管路系统 346
四、船舶管路系统 348
第三节浮船坞轮机系统设计 351
一、概述 351
二、机械设备性能参数 354
三、辅助机械 356
四、坞内管系 358
五、压载水系统 361
六、蝶阀及电液控制系统 362
七、液位测量系统 363
八、消防水泵及消防水管系 364
九、舱底水及污水处理系统 365
十、全坞空气、测深、注入系统 365
十一、空调、采暖及全坞通风 366
十二、压缩空气系统 367
十三、高压水清洗系统 367
十四、氧气、乙炔系统 367
十五、供/接收被修船系统 367
参考文献 368

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船舶与海洋工程动力系统节选

**章船舶与海洋工程动力系统概述　　**节船舶动力系统的组成　　一、船舶动力系统的定义和内涵　　船舶动力系统是保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员与旅客正常工作和生活所必需的机械设备与系统的综合体。　　船舶动力系统的主要任务是：发出一定功率，产生各种能量，通过能量转化和分配，使船舶各种设备系统正常运行。现代的船舶动力系统主要由推进装置、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。它是船舶动力系统中*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。主要包括柴油机、汽轮机和燃气轮机等。　　(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；同时也可使推进器达到减速、反向或减振的目的。主要包括离合器、减速齿轮箱和联轴器等。　　(3) 轴系。轴系用来将主机的功率传递给推进器。主要包括传动轴、轴承和密封件等。　　(4) 推进器。推进器是能量转换设备，用于将主机发出的能量转换成船舶推力。主要包括螺旋桨、喷水推进器和电磁推进器等。　　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。主要包括船舶电站、辅锅炉装置、海水淡化装置、风机和空压机组等。　　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、滤器和热交换器等组成，包括：　　(1) 动力管系。动力管系是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) 辅助管系。辅助管系是为船舶平衡和稳性、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　　甲板机械是为保证船舶航行、停泊、装卸货物所设置的机械设备。主要包括舵机、锚机、绞缆机、起货机、舱口盖启闭装置、吊艇机及舷梯升降机等。　　5. 防污染设备　　防污染设备是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。主要包括油水分离装置(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　　自动化设备是为改善船员工作条件、减轻劳动强度及维护工作量、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、船舶动力系统发展趋势及轮机管理重心的变化　　1. 船舶动力系统发展的趋势　　(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 船用柴油机的控制技术向电子化、智能化方向发展。　　④ 双燃料发动机用于船舶推进装置的前景可观。　　液化天然气(liquefied natural gas，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，如天然气燃油的双燃料二冲程和四冲程发动机等。与常规动力装置相比，双燃料发动机*大限度地利用了气体燃料，明显降低了燃油消耗(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的排放量也相当低。因此，双燃料发动机是LNG船主机的首选。目前，主要机型有瓦锡兰(Wartsila)公司生产的Wartsila DF系列双燃料发动机、曼恩(MAN)公司生产的MEGI双燃料发动机。随着人们对不污染海洋环境和大气“绿色船舶”的期望，世界上众多科研机构正在努力，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如下：　　② 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，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。　　由于燃气轮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和可靠性高、振动小、NOx排放量低等优点，常被有较高航速要求的军船采用。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，而将燃气轮机具有的良好起动性能用于加速工况，燃气轮机和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，也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向成套供货方式发展。　　(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余配置。除了将化学品船、液化气体船和油船等设计成双壳船体，还应采用冗余配置推进装置及舵系，或设置应急动力装置，保证即使主推进装置失效，船舶仍能在恶劣海况下以6kn航速前进。*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。人类对环境保护的要求日益严格，使得船用柴油机废气排放对大气污染的影响也受到密切的关注。根据《MARPOL73/78公约》附则VI中对功率大于130kW的柴油机NOx排放的规定，现今的智能柴油机通过控制燃烧，已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，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) 在轮机设备的检修方面。由于对船舶设备的工况检测仪器与仪表、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) 在船机设备的使用方面。由于船机设备的自动控制系统、自动故障监测系统的广泛使用，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) 在轮机人员的业务要求方面。轮机人员不但要有精湛的船机方面的知识，还要掌握船电方面专业的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) 在轮机人员的业务培训方面。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) 在机电设备故障远程诊断方面。加强专家故障诊断系统的建设和完善。　　(6) 在机舱资源管理方面。加强机舱资源(包括人力和设备等)的管理，使机舱的资源能够充分发挥各自应有的作用。　　第二节船舶与海洋工程动力系统的基本特性指标　　一、对动力系统的要求　　对船舶动力系统的要求，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，船舶动力系统的维护费用占船舶营运总费用的比例很大，现在已超过50％。为了提高船舶的营运效益，必须尽量提高动力系统的经济性。　　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，而船舶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　　起航时间是指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。起航时间越短，船舶机动性越好。　　2) 发动机由起动开始至达到全功率的时间　　发动机由起动开始至达到全功率的时间是加速性能的指标，这段时间的长短主要取决于发动机的型式、船体形状、螺旋桨型式、吃水及外界阻力等因素。影响发动机加速的因素是其运动部件的质量惯性和受热部件的热惯性，受热部件的热惯性更为突出，中速机的热惯性优于低速机。船舶本身的阻力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　　发动机换向时间是指主机在*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的时间(滑行距离) 　　船舶由全速前进变为倒航所需的时间(滑行距离)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，总是明显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*低稳定转速和转速禁区　　在多缸柴油机中，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。因此，船用主柴油机有一个使各缸都能够均匀发火的*低转速，称为*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*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*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　　动力系统各种设备的重量和尺度是由制造厂决定的。　　5. 续航力　　续航力是指船舶在加足航行所需物资(燃油、滑油和淡水等，主要指燃油)后所能航行的*大距离或*长时间，它是根据船舶的用途和航区确定的。续航力不仅与动力装置的经济性、物资储备量有关，也与航速有很大关系。　　6. 生命力　　生命力是指船舶在船机发生故障的情况下*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和经济指标。这些指标是对船舶进行选型、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　　技术指标是表示动力装置的技术性能和结构特性的参数，主要包括下列几个指标。　　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。

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