第一章-船舶动力装置概述教学提纲.doc

第一章 船舶动力装置概述精品资料第一节 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2030），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：可省去中间轴及轴承，机舱布置灵活。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。倒车功率大，操纵容易，倒航迅速，船舶机动性提高。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 船舶动力装置的要求及性能指标一、对动力装置的要求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= Rvs1/1000 KWPR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，t2）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，t3）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，m32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，kW3）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 mileGT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：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。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：转变为机械功的热为3540。排气带走的热为2750。冷却介质（缸套冷却水、增压空气冷却水、润滑油等）带走的热1530。其他热损失（辐射热、摩擦损失热）28。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4060的电能，并且使整个装置的燃油消耗减少23。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250270，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300400，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