船舶動力裝置原理與設計復習思考題及答案.doc

船舶動力裝置原理與設計復習思考題 第1章 1、如何理解船舶動力裝置的含義？它有哪些部分組成？ 答：船舶動力裝置的含義：保證船舶正常航行、作業(yè)、停泊以及船員、旅客正常工作和生活所 必需的機械設備的綜合體。 組成部分：推進裝置：包括主機、推進器、軸系、傳動設備。 輔助裝置：發(fā)電機組、輔助鍋爐、壓縮空氣系統(tǒng)。 甲板機械 船舶管路系統(tǒng) 機艙自動化設備。 特種設備 2、簡述柴油機動力裝置的特點。 優(yōu)點： a) 有較高的經濟性，耗油率比蒸汽、燃氣動力裝置低得多； b) 重量輕(單位重量的指標小)； c) 具有良好的機動性，操作簡單，啟動方便，正倒車迅速； d) 功率范圍廣。 缺點： a) 柴油機尺寸和重量按功率比例增長快； b) 柴油機工作中的噪聲、振動較大； c) 中、高速柴油機的運動部件磨損較厲害； d) 柴油機低速穩(wěn)定性差； e) 柴油機的過載能力相當差 3、船舶動力裝置的技術特征包括哪些技術指標？ a) 技術指標 標志動力裝置的技術性能和結構特征的參數(shù)。包括功率指標﹑質量指標和 尺寸指標。 b) 經濟指標 代表燃料在該動力裝置中的熱能轉換率。有燃料消耗率﹑裝置總效率﹑推 進裝置熱效率﹑每海里航程燃料耗量及動力裝置的運轉-維修經濟性。 c) 性能指標 代表動力裝置在接受命令，執(zhí)行任務中的服從性﹑堅固性和對外界條件、 工作人員的依賴性。因此它包括機動性﹑可靠性﹑自動遠操作性能﹑牽曳性能以及噪聲振動的控制等指標 4、說明推進裝置功率傳遞過程，并解釋各個效率的含義。 BHP、主機輸出有效功率； DHP、螺旋槳收到功率； EHP、螺旋槳發(fā)出功率 指示功率 →主機額定功率 →最大持續(xù)功率 →軸功率 →收到功率 →推力功率 →船舶有效功率 指示功率：表示柴油機氣缸中氣體作功的能力； 最大持續(xù)功率（額定功率）MCR：在規(guī)定的環(huán)境狀況（不同航區(qū)有不同的規(guī)定，如無限航 區(qū)環(huán)境條件：絕對大氣壓為0.1Mpa;環(huán)境溫度為45℃；相對濕度為60%；海水溫度“中冷器進口處”為32 ℃和轉速下），柴油機可以安全持續(xù)運轉的最大有效功率； 軸功率：指在扣除傳動設備、推力軸承和中間軸承等傳動設備后的輸出功率； 螺旋槳收到功率： 扣除尾軸承及密封填料損失后所輸出的功率。 推力功率：是螺旋槳產生使船航行的功率。 船舶有效功率：Pe=RVs10-3 7、如何理解經濟航速的含義？ 1.節(jié)能航速：節(jié)能航速是指每小時燃油消耗量最低時的靜水航速，它常由主機按推進特性運行時能維持正常工作的最低穩(wěn)定轉速所決定。營運船舶在實現(xiàn)減速航行時，主機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，營運時間被延長，運輸?shù)闹苻D量也少，故當船舶需實現(xiàn)減速航行時，應結合企業(yè)的貨源、運力及完成運輸周轉量的情況綜合考慮后再決策。 2.最低營運費用航速：船舶航行一天的費用，主要由其固定費用(折舊費、修理費、船員工資、港口駛費、管理費、利息、稅金，以及船舶停泊期間的燃、潤油費等)和船舶航行時燃、潤油費用構成。最低營運費用航速是指船舶每航行1海里上述固定費用及航行費用最低時的航速，可供船舶及其動力裝置的性能評價及選型用。在滿足完成運輸周轉量的前提下，船舶按最低營運費用航速航行，其成本費用最省，但它并未考慮停港時間及營運收入的影響，故不夠全面。 3.最大盈利航速：最大盈利航速是指每天(或船舶在營運期間)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)運費收入、停港天數(shù)及船舶每天付出的固定費用有關。一般在運費收入低、停港時間長、運距短、油價高的情況下，其最大盈利航速相對較小。 （圖在下一頁） 8、功率減額輸出 答：把最高燃燒壓力維持在標定功率時的最高燃燒壓力，降低標定功率時的有效壓力，使二者比值增大，來實現(xiàn)比標定功率時低的燃油消耗率。 第2章 1. 什么是電力傳動推進裝置？有哪些優(yōu)缺點？適用于哪些船舶？ 電力傳動是主機驅動主發(fā)電機發(fā)電，然后并網，再由電網供電給電動機驅動螺旋槳的一種傳動型式。主機和螺旋槳間沒有機械聯(lián)系，機、槳可任意距離布置。 優(yōu)點：機組配置和布置比較靈活、方便，艙室利用率高；改變直流電動機的電流方向可使螺旋槳轉向改變，便于遙控，機動性和操縱性好；發(fā)電機轉速不受螺旋槳轉速的限制；正倒車具有相同功率和運轉性能，具有良好的拖動性能。 缺點：能量經過兩次轉換，損失大，傳動效率低；增加了發(fā)電機和電動機，裝置總的重量和尺寸較大，造價和維修費用較貴。 適用的船舶： 2. 主機選型與螺旋槳參數(shù)確定需進行那幾個階段？各階段的主要任務是什么？ a) 初步匹配設計： 已知：船舶主尺度、船舶要求的航速Vs、船體的有效功率曲線Pe(V)、螺旋槳的直徑D或轉速n 確定：螺旋槳的效率、螺旋槳參數(shù)盤面比、 螺距比p/D、螺旋槳的最佳直徑、所需主機的功率 b) 終結匹配設計： 已知：主機的功率與轉速、船舶的有效功率曲線、傳動設備與軸系的傳送效率ηs 、槳的收到功率 Pd、船身效率ηh 等 確定：船舶所能達到的最高航速 、螺旋槳的最佳要素 ( 螺旋槳直徑、螺距比及螺旋槳效率) 3. 軸系的基本任務是什么？由哪些部件組成？ 軸系的基本任務是：連接主機(機組)與螺旋槳,將主機發(fā)出的功率傳給螺旋槳,同時又將螺旋槳所產生的推力通過推力軸承傳給船體,以實現(xiàn)推進船舶的使命。 軸系的組成： 1. 傳動軸：中間軸、推力軸、尾軸或螺旋槳軸 2. 支承軸承：中間軸承、推力軸承及尾管軸承 3. 聯(lián)軸器：固定聯(lián)接法蘭、可拆聯(lián)軸節(jié)、液壓聯(lián)軸節(jié)、彈性聯(lián)軸節(jié)、夾殼聯(lián)軸節(jié)、齒形聯(lián)軸節(jié)、萬向聯(lián)軸節(jié)等 4. 軸系附體（用于連接傳動軸的聯(lián)軸器；制動器；隔艙填料函、尾管密封；還有中間軸承、推力軸承、尾管軸承的潤滑與冷卻管路；接地裝置；防腐蝕裝置等） 5. 減速齒輪箱 6. 電氣接地裝置。 4. 船舶推進軸系工作時，所受機械負荷有哪些？ 答：螺旋槳在水中旋轉的扭應力，推進中正倒車產生的拉應力，軸系自重產生的彎曲應力，軸系安裝誤差、船體變形、軸系振動以及螺旋槳的水動力等所產生的附加應力等。 5. 軸系設計有哪些具體要求？ 1.有足夠的強度和剛度，工作可靠并有較長的使用壽命； 2.有利于制造和安裝，在滿足工作需要的基礎上，力求簡化，使制造與安裝方便并便于日常的維護保養(yǎng)； 3.傳動損失小、合理選擇軸承種類、數(shù)目及潤滑方法； 4.對船體變形的適應性好，力求避免在正常航行狀態(tài)下因船體變形引起軸承超負荷； 5.保證在規(guī)定的運行轉速范圍內不發(fā)生扭轉、橫向和耦合共振； 6.避免海水對尾軸的腐蝕，尾管裝置具有良好的密封性能； 7.盡可能減小軸的長度和減輕軸的重量。 6. 何為軸線？理想軸系是如何確定的？為什么有些船舶的軸線具有傾斜角和偏斜角？ 軸線是指主機（或離合器或齒輪箱）輸出法蘭端面中心至螺旋槳槳轂端面中心間的連線。 理想軸線的布置與龍骨（基線）線平行。 有時為保證螺旋槳浸入水中有一定的深度，而主機位置又不能放低，只能使軸線向尾部有一傾斜角，軸線與基線的夾角α，一般限制在0一5之間。雙軸線時除α角外，其與船舶縱中垂面偏角β，一般限制在0-3 ，從而保證軸系有較高的推力，不會因α、β角太大而使推力損失過多。 7. 如何防止軸的腐蝕？ 答：1、軸的防腐措施一般采用的 “ 陰極保護法 ” ，或使軸和海水隔離 2、 軸上涂防腐漆或鍍金屬 3、 聯(lián)合保護法：即在涂層上面又包上一層防護層，并在其上面刷涂防腐漆。 4、 軸上包以橡膠復蓋層 8. 簡述滑動式中間軸承和滾動式中間軸承的特點。 答：滑動式中間軸承： 優(yōu)點：結構簡單，工作較可靠；承受載荷較大，抗 振抗沖擊性好；安裝修理方便；制造成本低。 缺點：摩擦系數(shù)大；必須有一定的間隙才能正常工作，轉速和載荷變化過大時難于形成較佳的承載油膜；潤滑與維護保養(yǎng)麻煩。 滾動式中間軸承：優(yōu)點：摩擦損失??；無須冷卻，滑油消耗少；軸承有自動調整能力；修理時便于更換，并可直接在市場購置。 缺點：工作噪聲大；軸承為非剖分式，為能安裝，中間軸至少一端用可 拆聯(lián)軸節(jié)；承載能力??；安裝工藝要求高。 9. 尾管裝置的任務是什么？由哪幾部分組成？有幾種結構形式？ 任務：1.支撐螺旋槳軸；2.保持船體的水密性，防止舷外水的大量漏入或滑油的外泄;3、提供潤滑。 組成部分：由尾管、尾軸承、密封裝置、潤滑與冷卻系統(tǒng)等部分組成。 按潤滑方式可分為油潤滑和水潤滑尾管裝置兩種。 10. 簡述白合金軸承、橡膠軸承、鐵梨木軸承的特點。 白合金軸承：耐磨性好，不傷軸頸，抗壓強度較高，散熱性好，不易發(fā)生發(fā)生摩擦發(fā)熱而致燒軸。 橡膠軸承： 鐵梨木軸承：適用于水潤滑，重量大，具有抗腐蝕性能。 11. 何為軸系的合理校中？有哪些計算方法？ 答：在規(guī)定的負荷、應力、轉角等限制條件下，有意調整各軸承在垂直方向上的高低位置，使軸承負荷高者降低，小者增大，以使各軸系的負荷均勻、壽命長、工作安全可靠。 計算方法有：有限元法、傳遞矩陣法、三彎矩方程法。 第3章 1、船舶后傳動設備的在推進裝置中主要有哪些作用？ 減速及變速傳動 用以并車和分車組合或分配推進功率 離合與倒順 抗振與抗沖擊 布置中的調節(jié)作用 2、推進軸系中彈性聯(lián)軸器有哪些作用？ a) 可以大幅度地降低軸系扭振的自振頻率 b) 緩解由于船體變形所引起的柴油機、齒輪箱和軸承增加的負荷 c) 可允許軸線有微小的傾角和位移，補償安裝中的誤差，使軸線校中容易，并能保護齒輪裝置 d) 降低軸系校中的安裝工藝要求 第4章 1. 何謂船舶管路系統(tǒng)？船舶管路系統(tǒng)有哪幾類？ 船舶管路系統(tǒng)是船舶為了完成一定任務而專門用來輸送和排放液體或氣體的管路（管子及其附件的組合）、機械設備和檢測儀表等的總稱，常簡稱為船舶管系。 船舶管路系統(tǒng)按其用途不同，可分為動力管路和船舶系統(tǒng)兩大類。前者主要為船舶動力裝置中的主、輔機服務，后者主要保證船舶安全和滿足人員的生活需要。 按任務不同，動力管路可分為五種：燃油管路、滑油管路、冷卻管路、壓縮空氣管路、排氣管路。 船舶系統(tǒng)可分為如下幾種：艙底水系統(tǒng)、壓載水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、制冷與空調系統(tǒng)、貨油系統(tǒng)等。 2. 滑油管路的功用、組成、種類 l 功用： 滑油管系給柴油機、增壓器等船舶動力裝置設備供應足夠的、合乎質量要求的滑油，確保有關摩擦副處于良好的潤滑狀態(tài)，避免發(fā)生干摩擦，并在潤滑過程中帶走部分熱量，起一定的冷卻作用。 減磨：潤滑的主要作用 冷卻：帶走部分熱量 清潔：洗滌運動表面的污物和金屬磨粒 密封：如活塞與缸套間的油膜還起密封燃燒室的作用。 防腐：油膜使金屬表面與空氣、酸不能接觸 減輕噪聲：緩沖作用 傳遞動力：如推力軸承中推力盤與推力塊之間的動壓潤滑 l 組成：滑油管系一般由滑油貯存艙（柜）、滑油循環(huán)柜、滑油泵、凈化設備（濾器、分油機）及滑油冷卻器等組成。 l 種類: 滑油管系通常根據柴油機的結構型式可分為濕底殼式和干底殼式兩種。 3. 冷卻管路的功用和主要形式 功用: 冷卻管路的功用是對船舶上需要散熱的機械設備供以足夠的液體(淡水、海水、江水和冷卻油)進行冷卻，以保證其正常工作。 形式: a.開式冷卻管路 冷卻液體為舷外水(海水、江水)，舷外水由船外吸進，冷卻機械設備后，仍排出船外，進行開式循環(huán)，又叫直接冷卻。 b. 閉式冷卻管路 由淡水泵吸入淡水對主輔機進行冷卻，舷外水則通過淡水冷卻器帶走淡水的熱量，又叫間接冷卻。 c. 集中式冷卻管路 用一個中央冷卻器取代管路中服務于不同冷卻對象的各分冷卻器，進行海水和淡水的熱量交換。 4. 船舶柴油機的冷卻系統(tǒng)中所使用的冷卻介質有哪些？其各有什么特點？ 答：1、海水：水質差，對金屬壁有腐蝕作用并在冷卻空間沉淀水垢，使 傳熱條件變化，金屬壁過熱受損；但水源豐富。 2、 淡水：水質好，不會產生堵塞流道和鹽析現(xiàn)象，積垢少 3、 冷卻油： 5. 畫簡圖說明開式冷卻管路的原理和特點. 特點： a.管路較簡單，維護方便，舷外水資源豐富； b.舷外水水質差； c.舷外水溫度變化大，直接受季節(jié)、區(qū)域的影響，變化幅度大，直接進入柴油機氣缸，勢必造成缸壁內外溫差懸殊，使缸壁熱應力過大而導致碎裂，不利于進入柴油機進行冷卻。 d.開式管路只能應用于工作要求不高的小型柴油機氣缸，以及一些冷卻溫度不高 或對冷卻水質要求不十分嚴格的設備部件。如：各種熱交換器、空氣壓縮機、排氣管、艉軸管等。 6. 畫簡圖說明閉式冷卻管路的原理和特點 a.淡水水質好，不會產生堵塞，流道暢通； b.不會產生析鹽現(xiàn)象、積垢少； c.利于控制柴油機進出水溫度； d.管路設備多、管路復雜、維修管理不及開式管路方便。閉式冷卻管路廣泛用于大多數(shù)柴油機。 7. 膨脹水箱的作用 答： 膨脹：適應管路內淡水隨溫度變化而產生的體積變化； 透氣：在柴油機的淡水管最高處接出透氣管與膨脹水箱上部相通，讓淡水中分離出來的汽體逸入大氣； 保持水壓：位于淡水泵吸入端前，使吸入管路保持一定的水壓，防止產生汽化現(xiàn)象； 補水：各管路中補充淡水。 8. 冷卻水進出柴油機的溫度有何要求？為什么？ 答： 柴油機工作時，冷卻水的正常溫度應保持在75~90℃，此時柴油機可發(fā)出最大功率，燃油消耗最經濟，機件磨損也不大。 原因： 1) 冷卻水溫度過高對柴油機的影響：加速零件磨損；零件配合間隙被破壞，強度下降；充氣量減少，功率降低； 2) 冷卻水溫度過低對柴油機的影響：熱損失增加，燃料消耗量增大；燃燒惡化，整機性能變壞；加速零件磨損，輸出功率減少。 9. 壓縮空氣在船上的主要用途 答： 1) 柴油機起動 2) 柴油機換向 3) 離合器操縱 4) 海底門、排水集合井、油渣柜的沖洗 5) 壓力柜的充氣海、淡水壓力柜和液壓裝置中的壓力油柜等的充氣 6) 氣笛、霧笛的吹鳴 7) 氣動儀表和閥件的操縱使用 8) 滅火劑的驅動噴射 9) 軍用船舶上武器裝備的發(fā)射和吹洗； 10) 雜用 10. 排氣管路的功用是什么？有哪幾種形式？ 答： 排氣管的功用是將主、輔柴油機及輔鍋爐的廢氣排到機艙外的大氣中去，使機艙保持良好的環(huán)境。此外，還要考慮降低排氣噪聲、余熱利用和滿足特殊要求(熄滅廢氣中的火星)。 柴油機的排氣是由各氣缸排出匯集于排氣總管，然后經過廢氣渦輪增壓器、補償裝置、廢氣鍋爐或消聲器排入大氣，其形式有水上排氣和水下排氣兩種。水下排氣用在軍用船上較多。 第5章 1. 簡述船機槳三者之間的關系。 答： 主機是能量發(fā)生器，槳是能量轉換器，船是能量吸收器。 2. 如何反映船、機、槳的工作特性？ 答： 船的特性：用航速變化時的阻力特性表示 機的特性：主要用柴油機的供油量、平均有效壓力、軸的輸出扭矩及功率等隨轉速的變化關系表示 槳的特性;受到槳的結構和水動力因素的影響，常用推力和扭矩表示。 3. 何謂工況？研究工況與配合的目的是什么？ 答： 工況：船、機、槳三者的工作條件。 目的：1.合理地確定設計平衡點的負荷，使能量供求平衡。2.對船、機、槳進行合理的組合和優(yōu)化，以提高經濟效益和滿足使用要求。3.找出具有最佳營運經濟性和投資效果的設計方案，并能合理地進行管理。 4. 下列哪些屬于穩(wěn)定工況？哪些屬于變動工況？ 前進工況 后退工況 變速工況 系泊工況 拖頂工況 制動工況 5. 什么叫柴油機工況？根據其用途不同，船舶柴油機有哪幾種工況？簡述其運轉特點？ 答：柴油機的工作條件。 發(fā)電機工況：調速器控制使n恒定（如電力傳動主機和發(fā)電副機） 螺旋槳工況：直接驅動槳的主機穩(wěn)定工況下，主機發(fā)出功率等于槳吸收功率 其它工況：功率與轉速沒有一定的關系，功率由阻力決定。 6. 何謂柴油機的外特性？包括哪幾種？有何實用意義？ 答：外特性：柴油機運轉中，指改變轉速，而Pe保持不變的運轉特性。包括：1小時功率特性；12小時功率特性；標定外特性和部分外特性。 意義：確定柴油機允許工作的最高負荷限制線，用于分析機帶槳工作時的匹配情況。 7. 何謂柴油機的推進特性？有何實用意義？ 答：當柴油機作為船舶主機帶螺旋槳，按螺旋槳特性工作，為柴油機的推進特性。 意義：1.根據柴油機的工作能力合理的設計、選用螺旋槳； 2.確定使用中功率與轉速的配合點； 3.確定推（拖）船舶在各種工況下的負荷； 4確定船舶的經濟航速。 柴油機；2.確定柴油機的允許工作界限；3.用于檢查柴油機的工作狀態(tài)。 8. 何謂螺旋槳進速？他和船速有何差別？ 答： 9. 如何描述螺旋槳的敞水特性？ 答： 10. 為什么柴油機要設最低穩(wěn)定轉速線？ 答： 1.隨著曲軸轉速的降低，調速器與柴油機在配合中可能出現(xiàn)較大的波動，最終導致柴油機不能正常工作；2.曲軸轉速過低時，會導致柴油機的熱力循環(huán)不能正常進行；3.曲軸轉速過低，就不能保證建立連續(xù)的油膜。 11. 如何確定螺旋槳設計負荷點？ 答： 螺旋槳的設計負荷點與設計時所選定的機、槳特性曲線有關，將他們的特性曲線示于同一功率----轉速特性圖上，其交點就是配合點。 12. 現(xiàn)代船用大型柴油機在選配螺旋槳時為什么均留有一定的功率儲備 答： 船舶在航行中遇到風浪或使用一段時間后因污底而使船體阻力增加，這會導致螺旋槳加“重”，進而導致轉速和功率降低。為了保證在長期運行期間主機負荷不會過重，就要在選螺旋槳時留有一定的功率儲備。 13. 何謂功率儲備、轉速儲備、阻力儲備？ 答： 功率儲備：取主機功率的某一百分比，轉速為百分百，船體阻力取新船滿載試航時的阻力作為設計工況。 轉速儲備：取100%主機功率，適當增加轉速，而船體阻力取滿載試航時的阻力作為設計工況點。 阻力儲備：取100%主機功率，100%轉速，而船體阻力則取滿載運行時船底有一定程度的污底、并有風浪時的阻力作為設計工況點。 14. 簡述單機直接帶槳的特點，畫簡圖說明其配合特性。 ? 答：1、單機、單槳直接傳動推進裝置只有一個最佳配合工作點，即在設計載荷時的設計工作點（A)。 ? 2、在非設計工作點工作時，推進裝置功率不能全部利用，綜合效率下降，經濟性變壞。 ? 3、因此，這種推進裝置對工況和載荷多變的船舶不太適應，而對工況穩(wěn)定的（如海洋和沿海運輸）船舶，則能發(fā)揮其優(yōu)越性。 15. 減速傳動有何意義？ 答：意義:對于中、高速柴油機，采用減速齒輪箱傳動，借以獲得較低的轉速，有以下好處： 1)可提高螺旋槳效率2)改善螺旋槳的空泡性能 16. 簡述雙機并車的特點，畫簡圖說明其配合特性。 采用雙機并車減速傳動時，螺旋槳收到功率與主機發(fā)出功率的關系是 2Peb=Pd、螺旋槳轉速與主機轉速的關系是 np=nd/i、螺旋槳轉矩與主機轉矩的關系是Qp=2iMp，當船舶在高于設計航速航行時，主機是在 超負荷 狀態(tài)下工作。 17. 多機多槳傳動有何優(yōu)點？ 1.明顯減少了剩余功率范圍。2.一旦某臺主機發(fā)生了故障，船舶仍可繼續(xù)航行，提高了裝置的可靠性。3.對工況多變和裝載多變的艦船，相應地具有較好的操作性。同時，主機可以輪換工作、方便維修，總體上可以延長裝置的壽命。 18. 何謂調距槳？有何特點？ 調距槳：通過轉動槳葉來改變螺距，從而改變船舶航速或正、倒航的一種螺旋槳推進裝置。 特點： 1任何工況下均能吸收主機的全功率。 2不同的轉速和螺距比相配合，可得到需要的船舶航速。 3槳轉速n不變下，改變螺距比可改變航速。 19. 畫出系泊工況的配合特性圖，并加以說明。 此時，J=0時，KT、Kq最大，此時推進特性線最陡。如裝全制式調速器，不能把 主機轉速開到額定值，否則超負荷。配合點b的轉速要求nB=(0.8~0.85)nA. 20. 畫簡圖說明船舶起航和加速時的特性。 答：加速時，供油量增，外特性線由 1 → 2 ，瞬時 Vs 不變主機轉速 n 增大，故 J 減小，推進特性線變陡，機槳匹配沿 II 線由 a → a ’ ，此時供大于求，沿外特性線 2 由 a ’ → b ，故總的過程為 a → a ’ → b 。 21. 畫簡圖說明船舶減速時的特性。 答：減速時，供油量減，外特性線由 2 → 1 ，瞬時 V S 不變主機轉速 n 減小，故 J 增大，推進特性線變平，機槳匹配沿 III 線由 b → b ’ ，此時供小于求，沿外特性線 1 由 b ’ → a ，故總的過程為 b → b ’ → a 。 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