船舶動力裝置概論第十八次.ppt

1 1 2 上次課主要內(nèi)容 6 1概述6 2聯(lián)合動力裝置推進系統(tǒng)的組成和性能 COSAG或COSOG CODAG或CODOG COGAG或COGOG CODAD COGAS 3 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應用 3 燃燃聯(lián)合動力裝置 COGAG或COGOG 燃燃聯(lián)合動力有兩種運行方式 COGAG 燃燃共同使用聯(lián)合推進裝置 如采用四臺相同型號的燃氣輪機組成的推進裝置方案 巡航是使用一臺或兩臺燃機 全速時使用四臺燃機共同工作 COG1OG2 燃燃交替使用聯(lián)合推進裝置 如采用小型燃氣輪機或復雜循環(huán)燃氣輪機作為巡航動力裝置 采用大型簡單循環(huán)燃機作為加速動力裝置 COGAG與COGOG系統(tǒng)相比 其好處是 COGAG模式下驅(qū)動齒輪箱具有并車和分車的功能 能滿足任意一臺動力裝置投入或退出工作 具有更多的工作工況可供選擇 在高航速時還可以將巡航燃機的功率并入 驅(qū)動螺旋槳以提高航速 并沒有將巡航燃機 閑置 并且COGAG系統(tǒng)通常采用的都是同型燃機 供油單一 備件通用 便于維護 4 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應用 采用COGAG推進的艦艇 上世紀60年代 COGAG最早用在前蘇聯(lián) 卡辛 級驅(qū)逐艦上 70年代美國DD963級驅(qū)逐艦也采用雙軸推進 日本16DDH直升飛機母艦 4臺LM2500燃氣輪機驅(qū)動兩調(diào)距漿 意大利NUM 新型航母 4臺LM2500燃氣輪機驅(qū)動兩固定螺距螺旋槳 美海軍高速支援艦 4臺LM2500燃氣輪機 雙軸 驅(qū)動兩定距漿 采用COGOG推進的艦艇 英國的42型導彈驅(qū)逐艦 女將型 21型 和大刀型 22型 護衛(wèi)艦等 都是采用雙軸調(diào)距漿 加速主機用奧林普斯燃氣輪機 巡航機組是太因燃氣輪機 5 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應用 4 柴柴聯(lián)合動力裝置 CODAD 在巡航時使用兩臺柴油機帶動兩個螺旋槳 全速時四臺柴油機共同工作 特點 動力裝置經(jīng)濟性好 最大功率適宜 維護和后勤方面具有優(yōu)越性 6 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應用 4 柴柴聯(lián)合動力裝置 CODAD 7 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應用 采用CODAD的艦船 1 法國海軍的 卡薩爾級 驅(qū)逐艦 A69級 護衛(wèi)艦 2 日本的 峰云級 山云級 驅(qū)逐艦 3 意大利的 貝爾加米尼級 智慧女神 護衛(wèi)艦 8 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應用 5 燃蒸聯(lián)合動力裝置 COGAS 在燃氣輪機排煙道中加裝余熱鍋爐 利用高溫煙氣余熱產(chǎn)生過熱蒸汽 推進一臺蒸汽輪機 就構成 蘭肯循環(huán) 能量回收系統(tǒng) 可節(jié)省燃料25 9 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應用 5 燃蒸聯(lián)合動力裝置 COGAS 美國 伯克 級驅(qū)逐艦從第五艘開始和日本 金剛 級 荷蘭海軍的M級都采用能量回收系統(tǒng) 10 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應用 5 燃蒸聯(lián)合動力裝置 COGAS 這種燃蒸聯(lián)合動力裝置在地面發(fā)電廠中獲得廣泛的應用 發(fā)電總效率可達60 以上 11 6 1 3聯(lián)合動力裝置的控制 滿足艦船對于全速航行時功率的要求的同時 單一種動力裝置的功率不能超過限制 也就是保證功率平衡的技術 對于交替使用的聯(lián)合動力裝置在主機切換過程的控制問題 要保證在主機切換過程中 接入主機能平穩(wěn)可靠地接替離線主機提供推進功率 還需保證在線主機能平穩(wěn)地脫離同并車齒輪箱的聯(lián)接 逐漸降低到惰轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速后停車 12 6 1 4XX艦的聯(lián)合動力裝置 13 6 2聯(lián)合動力裝置推進系統(tǒng)的組成和性能 6 2 1CODAG動力裝置的組成和性能特點 14 2000噸級護衛(wèi)艦的主推進裝置 柴燃并車聯(lián)合動力裝置 一臺燃機LM250030型 功率20000kW 兩臺MTU的20VI163TB82柴油機 單機持續(xù)功率4045kW 兩臺柴油機加一臺燃機最大功率30000kW 三種工作方式 兩臺柴油機工作 最大航速21 8kn一臺燃機工作 最大航速28kn 最小航速可達5kn兩臺柴油機和一臺燃機共同工作 最大航速30 3kn 6 2 1CODAG動力裝置的組成和性能特點 15 6 2聯(lián)合動力裝置推進系統(tǒng)的組成和性能 6 2 2CODAD裝置的組成和性能特點 16 6 2聯(lián)合動力裝置推進系統(tǒng)的組成和性能 2000噸級護衛(wèi)艦主推力動力裝置 柴柴并車聯(lián)合動力裝置 4臺同種型號的柴油機 每兩臺帶動一軸一槳 巡航時每軸一臺發(fā)動機工作 高速時每軸兩臺發(fā)動機工作 CODAG和CODAD比較 從占據(jù)機艙空間尺寸方面 兩種要求差不多 但后者要求機艙上面甲板面積要大一些 最低航速 前者5kn 后者11 5kn機械重量 前者比后者少加速性 由于燃機從冷態(tài)啟動到全功率需要約2min 而柴油機所需時間更長 所以前者加速性優(yōu)于后者 17 6 3船舶電力推進和電磁推進動力裝置 1 電力推進裝置的組成 Y 原動機G 發(fā)電機M 電動機J 螺旋槳K 控制設備 水下潛艇通常包括蓄電池組 因為水下無空氣工作條件 6 3 1電力推進裝置的組成性能特點 18 德國海軍近期將裝備世界上第一艘復合使用常規(guī)蓄電池及燃料電池的212A型柴電潛艇U31號 長56米 寬7米 高6米 潛航排水量1830噸 水上排水量1524噸 滿載時最大潛航速度20節(jié) 水面速度12節(jié) 最大下潛深度400米 6 3船舶電力推進和電磁推進動力裝置 19 2 電力推進裝置的特點 操作靈活 機動性好易于獲得理想的拖動特性 提高船舶的戰(zhàn)術技術性能a 低速特性好b 機動性好c 良好的恒功率特性 利于原動機的恒功率工作 發(fā)揮原動機的潛力d 電流特性好e 良好的 堵轉(zhuǎn)特性 6 3船舶電力推進和電磁推進動力裝置 20 推進裝置總功率可以由好幾個機組承擔 增加了設備選擇的靈活性 提高了船舶的生命力原動機與螺旋槳無硬性聯(lián)接 有利于減低振動 降低噪聲 可使原動機與螺旋槳分別在各自最佳轉(zhuǎn)速下工作電力推進裝置重量大 中間損耗大 初投資大 需要維護和運行人員的技術水平高 6 3船舶電力推進和電磁推進動力裝置 21 6 3 2超導電磁推進船舶 磁流體推進原理磁流體推進可以算作電力推進的范疇 同常規(guī)機械推進是根本不同的 利用海水含鹽量較高 海水平均含鹽量是3 5 海水可以導電的特性 當導電海水通過船體管道內(nèi)相互垂直的電場與磁場時 海水就會受到電磁力的作用而在管道內(nèi)運動 船體管道就將受到海水運動方向相反的反作用力 此反作用力就可推動船舶前進 22 電磁推進船舶是一種無螺旋槳的水下推進船舶 具有振動噪聲小 航行速度快 控制靈活等特點 和傳統(tǒng)的螺旋槳推進受到空泡腐蝕的限制不同 電磁推進船舶推進裝置之內(nèi)部沒有轉(zhuǎn)動機械 不會受到類似 空泡 問題的限制 因而可以大大提高主機的功率 理論分析認為電磁推進船舶的航行速度可以達到100節(jié)以上 6 3 2超導電磁推進船舶 23 6 4船舶齒輪箱 24 6 4 1船舶齒輪箱的功能 1 減速和變速 2 采用并車和分車以組合或分配推進功率 3 離合與倒順車 船舶齒輪箱中離合器是主要設備 4 自動同步切換工作主機 5 抵抗沖擊和振動 6 滿足主機布置要求 6 4船舶齒輪箱 25 6 4 2對船舶齒輪箱的特殊要求 齒輪箱是船舶動力裝置重要組成部分 其破壞的主要形式為齒輪損壞 主要表現(xiàn)在以下三方面 點蝕 輪齒斷裂 膠合 由于船體運行過程中會發(fā)生變形 動力裝置各部件安裝會有誤差 運行中推進軸系高度會發(fā)生變化等等 這些都會影響到齒輪的嚙合面上 引起載荷不均勻 這些可以成為 環(huán)境 對齒輪箱的影響 主要體現(xiàn)在以下三個方面 1 軸系對船舶齒輪箱的影響 2 發(fā)動機對船舶齒輪箱的影響 3 機座對船舶齒輪箱的影響四點支撐對稱分布 26 6 4 3船舶齒輪箱的組成部分 齒輪箱具有傳遞功率 減速 潤滑冷卻 倒順車 并車以及功率輸出端等裝置 1 傳遞功率通常為各種形式的聯(lián)軸器 多數(shù)是柔性聯(lián)軸器 把主機的功率傳遞到齒輪箱 當速比 8時 使用2級減速 2 減速 潤滑和冷卻大小齒輪嚙合達到減速的目的嚙合齒輪副所傳遞的功率很大 必須保證嚙合面間結合時要有足夠的潤滑 齒輪箱的能量損失變成熱量 需要冷卻 27 6 4 3船舶齒輪箱的組成部分 3 倒順車常見的倒車方式有單離合器惰輪倒車和單離合器平行軸倒車 a b a 單離合器惰輪 b 單離合器平行軸1 輸入軸2 輸出軸3 離合器 4 并車一級減速布置中可以使用三齒輪并車 即螺旋槳軸由大齒輪帶動 并車的二主機各驅(qū)動一個小齒輪 28 5 功率輸出軸軸帶發(fā)電機 軸帶應急滑油泵 軸帶應急海水泵 手動盤車 6 4 3船舶齒輪箱的組成部分 軸帶發(fā)電機組 29 船用雙錐面摩擦離合器 6 5船舶離合器及液力耦合器 30 6 5船舶離合器及液力耦合器 6 5 1船舶離合器的功能和要求 1 離合器的主要功能便于主機在任何時候都能和螺旋槳脫開帶有彈性聯(lián)軸器的離合器調(diào)整臨界轉(zhuǎn)速 從而避開臨界轉(zhuǎn)速可以使用非反轉(zhuǎn)主機 用離合器實現(xiàn)倒車及雙速傳動微速航行保護設備 安全離合器 31 常用的離合器有 摩擦式離合器三S 自動同步超越離合器 離合器液力耦合器 6 5船舶離合器及液力耦合器 32 1 摩擦離合器多片式摩擦離合器錐形摩擦離合器 6 5船舶離合器及液力耦合器 33 6 5船舶離合器及液力耦合器 三S 自動同步超越離合器 離合器 34 A 棘爪B 嚙合齒輪C 中間滑移件D 螺旋花鍵軸E 輸入軸F 輸出法蘭G 棘齒 6 5船舶離合器及液力耦合器 35 6 5 2液力耦合器的原理和應用 1 液力耦合器的原理 由泵輪 渦輪和轉(zhuǎn)動外殼組成 油的流動是耦合器工作 傳遞功率的關鍵 泵輪可以看作是離心泵 而把渦輪看作是渦輪機 主動軸帶動離心泵工作 使一定壓頭的油經(jīng)過管道而沖動渦輪機的葉片使渦輪轉(zhuǎn)動 從而帶動從動軸工作 油推動渦輪后回到泵輪進油口循環(huán)使用 6 5船舶離合器及液力耦合器 36 1 飛輪2 渦輪3 泵輪4 導輪5 變矩器輸出軸6 曲軸7 導輪固定套 6 5船舶離合器及液力耦合器 37 6 5 2液力耦合器的原理和應用 2 液力耦合器的特性扭矩特性 主動軸通過泵輪將機械能 扭矩 轉(zhuǎn)換成為油的動能和壓力能 根據(jù)動量矩定理 油能量的增加就是動量矩的增加 油在出口動量矩和油在進口動量矩之差 于是主動軸給泵輪油的力矩可表示為油的質(zhì)量 油的流速和出口進口的平均半徑三者的乘積之差 對于流進渦輪的油來說是釋放能量 油的壓力能和動能的減少轉(zhuǎn)化成了從動軸輸出的功率 同樣根據(jù)動量矩定理 油給渦輪釋放的扭矩可表示為油的質(zhì)量 油的流速和出口進口的平均半徑三者的乘積之差 38 效率特性耦合器工作過程中主要有三種損失 油在循環(huán)圓內(nèi)流動時進口的沖擊損失 流道的局部阻力和摩擦阻力損失 其次還有軸承 密封和空氣阻力損失 輸出功率總是小于輸入功率 效率小于1 0 3 液力耦合器的應用耦合器以液體介質(zhì)傳遞扭矩 具有良好的隔振特性 船用柴油機的輸出軸接有液力耦合器已經(jīng)成為柴油機動力裝置的通用布置 液力耦合器使柴油機輸出扭矩固有的波動振幅減小 從而提高傳動齒輪箱輪齒工作的可靠性 6 5 2液力耦合器的原理和應用 39 6 6船用大功率高速聯(lián)軸器 在船舶軸系中常用的剛性聯(lián)軸器有法蘭聯(lián)軸器 夾殼聯(lián)軸器和液壓聯(lián)軸器三種 將兩段軸互相聯(lián)接成整體的設備稱為聯(lián)軸器 按聯(lián)軸器的不同結構特點 可分為剛性聯(lián)軸器 彈性聯(lián)軸器和萬向聯(lián)軸器 6 6 1剛性聯(lián)軸器 40 液壓聯(lián)軸器 6 6船用大功率高速聯(lián)軸器 41 6 6 2彈性聯(lián)軸器 1 彈性聯(lián)軸器的主要功能 回避和消除軸系的共振降低波動扭矩值 使齒輪箱運行平穩(wěn) 改善齒輪箱的工作條件補償船體變形及安裝誤差對齒輪箱和軸系的影響 保證推進系統(tǒng)正常工作 42 6 6 2彈性聯(lián)軸器 2 橡膠彈性聯(lián)軸器 43 6 7船舶軸系與螺旋槳 船舶軸系的基本任務是將發(fā)動機的功率傳給螺旋槳 同時又把螺旋槳的推力通過軸系傳給船體 推動船舶運動 軸系是推進裝置中的關鍵部件之一 軸系位于主機 或齒輪箱 的輸出法蘭和螺旋槳之間 一般由傳動軸 軸承及其它附件所組成 6 7 1船舶軸系的組成和特點 44 6 7 3螺旋槳工作原理 特性和機槳配合 45 6 7 3螺旋槳工作原理 特性和機槳配合 1 螺旋槳 46 變距槳的工作原理與定距槳相同 一只變距槳相當于無窮多個相同外徑不同螺距的定距槳 2 變距槳的工作原理和特性 6 7 4變螺旋槳的原理與基本特性 47 6 7 4變螺旋槳的原理與基本特性 變距槳的槳葉與槳轂是分開的 工作中可以改變螺距 優(yōu)點 能改善艦船的操縱性能 有利于實現(xiàn)駕駛自動化 易于遙控 易于倒車 提高了艦船的機動性提高了航行的經(jīng)濟性使主機甚至整個動力裝置的結構得到了簡化提高了主機和艉軸的使用壽命缺點 結構復雜 制造 加工 裝配要求高 成本高 使用維護要求高 48 3 變距槳的結構和組成 6 7 4變螺旋槳的原理與基本特性 49 6 7 4變螺旋槳的原理與基本特性 3 變距槳的結構和組成