船舶動力裝置概論第十八次.ppt

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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(jìn)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(yīng)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(yùn)行方式 COGAG 燃燃共同使用聯(lián)合推進(jìn)裝置 如采用四臺相同型號的燃?xì)廨啓C(jī)組成的推進(jìn)裝置方案 巡航是使用一臺或兩臺燃機(jī) 全速時使用四臺燃機(jī)共同工作 COG1OG2 燃燃交替使用聯(lián)合推進(jìn)裝置 如采用小型燃?xì)廨啓C(jī)或復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)作為巡航動力裝置 采用大型簡單循環(huán)燃機(jī)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(jī)的功率并入 驅(qū)動螺旋槳以提高航速 并沒有將巡航燃機(jī) 閑置 并且COGAG系統(tǒng)通常采用的都是同型燃機(jī) 供油單一 備件通用 便于維護(hù) 4 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應(yīng)用 采用COGAG推進(jìn)的艦艇 上世紀(jì)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(jìn) 日本16DDH直升飛機(jī)母艦 4臺LM2500燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動兩調(diào)距漿 意大利NUM 新型航母 4臺LM2500燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動兩固定螺距螺旋槳 美海軍高速支援艦 4臺LM2500燃?xì)廨啓C(jī) 雙軸 驅(qū)動兩定距漿 采用COGOG推進(jìn)的艦艇 英國的42型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦 女將型 21型 和大刀型 22型 護(hù)衛(wèi)艦等 都是采用雙軸調(diào)距漿 加速主機(jī)用奧林普斯燃?xì)廨啓C(jī) 巡航機(jī)組是太因燃?xì)廨啓C(jī) 5 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應(yīng)用 4 柴柴聯(lián)合動力裝置 CODAD 在巡航時使用兩臺柴油機(jī)帶動兩個螺旋槳 全速時四臺柴油機(jī)共同工作 特點 動力裝置經(jīng)濟(jì)性好 最大功率適宜 維護(hù)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(yīng)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(yīng)用 采用CODAD的艦船 1 法國海軍的 卡薩爾級 驅(qū)逐艦 A69級 護(hù)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(hù)衛(wèi)艦 8 6 1 2聯(lián)合動力裝置的分類和應(yīng)用 5 燃蒸聯(lián)合動力裝置 COGAS 在燃?xì)廨啓C(jī)排煙道中加裝余熱鍋爐 利用高溫?zé)煔庥酂岙a(chǎn)生過熱蒸汽 推進(jìn)一臺蒸汽輪機(jī) 就構(gòu)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用 發(fā)電總效率可達(dá)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(shù) 對于交替使用的聯(lián)合動力裝置在主機(jī)切換過程的控制問題 要保證在主機(jī)切換過程中 接入主機(jī)能平穩(wěn)可靠地接替離線主機(jī)提供推進(jìn)功率 還需保證在線主機(jī)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(jìn)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(hù)衛(wèi)艦的主推進(jìn)裝置 柴燃并車聯(lián)合動力裝置 一臺燃機(jī)LM250030型 功率20000kW 兩臺MTU的20VI163TB82柴油機(jī) 單機(jī)持續(xù)功率4045kW 兩臺柴油機(jī)加一臺燃機(jī)最大功率30000kW 三種工作方式 兩臺柴油機(jī)工作 最大航速21 8kn一臺燃機(jī)工作 最大航速28kn 最小航速可達(dá)5kn兩臺柴油機(jī)和一臺燃機(jī)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(jìn)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(jìn)系統(tǒng)的組成和性能 2000噸級護(hù)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(jī) 每兩臺帶動一軸一槳 巡航時每軸一臺發(fā)動機(jī)工作 高速時每軸兩臺發(fā)動機(jī)工作 CODAG和CODAD比較 從占據(jù)機(jī)艙空間尺寸方面 兩種要求差不多 但后者要求機(jī)艙上面甲板面積要大一些 最低航速 前者5kn 后者11 5kn機(jī)械重量 前者比后者少加速性 由于燃機(jī)從冷態(tài)啟動到全功率需要約2min 而柴油機(jī)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(jìn)和電磁推進(jìn)動力裝置 1 電力推進(jìn)裝置的組成 Y 原動機(jī)G 發(fā)電機(jī)M 電動機(jī)J 螺旋槳K 控制設(shè)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(jìn)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(fù)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(jìn)和電磁推進(jìn)動力裝置 19 2 電力推進(jìn)裝置的特點 操作靈活 機(jī)動性好易于獲得理想的拖動特性 提高船舶的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能a 低速特性好b 機(jī)動性好c 良好的恒功率特性 利于原動機(jī)的恒功率工作 發(fā)揮原動機(jī)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(jìn)和電磁推進(jìn)動力裝置 20 推進(jìn)裝置總功率可以由好幾個機(jī)組承擔(dān) 增加了設(shè)備選擇的靈活性 提高了船舶的生命力原動機(jī)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(jī)與螺旋槳分別在各自最佳轉(zhuǎn)速下工作電力推進(jìn)裝置重量大 中間損耗大 初投資大 需要維護(hù)和運(yùn)行人員的技術(shù)水平高 6 3船舶電力推進(jìn)和電磁推進(jìn)動力裝置 21 6 3 2超導(dǎo)電磁推進(jìn)船舶 磁流體推進(jìn)原理磁流體推進(jìn)可以算作電力推進(jìn)的范疇 同常規(guī)機(jī)械推進(jìn)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(dǎo)電的特性 當(dāng)導(dǎo)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(yùn)動 船體管道就將受到海水運(yùn)動方向相反的反作用力 此反作用力就可推動船舶前進(jìn) 22 電磁推進(jìn)船舶是一種無螺旋槳的水下推進(jìn)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(jìn)受到空泡腐蝕的限制不同 電磁推進(jìn)船舶推進(jìn)裝置之內(nèi)部沒有轉(zhuǎn)動機(jī)械 不會受到類似 空泡 問題的限制 因而可以大大提高主機(jī)的功率 理論分析認(rèn)為電磁推進(jìn)船舶的航行速度可以達(dá)到100節(jié)以上 6 3 2超導(dǎo)電磁推進(jìn)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(jìn)功率 3 離合與倒順車 船舶齒輪箱中離合器是主要設(shè)備 4 自動同步切換工作主機(jī) 5 抵抗沖擊和振動 6 滿足主機(jī)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(yùn)行過程中會發(fā)生變形 動力裝置各部件安裝會有誤差 運(yùn)行中推進(jìn)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(jī)對船舶齒輪箱的影響 3 機(jī)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(jī)的功率傳遞到齒輪箱 當(dāng)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(dá)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(jié)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(jī)各驅(qū)動一個小齒輪 28 5 功率輸出軸軸帶發(fā)電機(jī) 軸帶應(yīng)急滑油泵 軸帶應(yīng)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(jī)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(jī)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(jī) 用離合器實現(xiàn)倒車及雙速傳動微速航行保護(hù)設(shè)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(yīng)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(guān)鍵 泵輪可以看作是離心泵 而把渦輪看作是渦輪機(jī) 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(jī)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(jìn)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(dǎo)輪5 變矩器輸出軸6 曲軸7 導(dǎo)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(yīng)用 2 液力耦合器的特性扭矩特性 主動軸通過泵輪將機(jī)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(jìn)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(jìn)口的平均半徑三者的乘積之差 對于流進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(jī)的輸出軸接有液力耦合器已經(jīng)成為柴油機(jī)動力裝置的通用布置 液力耦合器使柴油機(jī)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(yīng)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(shè)備稱為聯(lián)軸器 按聯(lián)軸器的不同結(jié)構(gòu)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(yùn)行平穩(wěn) 改善齒輪箱的工作條件補(bǔ)償船體變形及安裝誤差對齒輪箱和軸系的影響 保證推進(jìn)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(wù)是將發(fā)動機(jī)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(yùn)動 軸系是推進(jìn)裝置中的關(guān)鍵部件之一 軸系位于主機(jī) 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(jī)槳配合 45 6 7 3螺旋槳工作原理 特性和機(jī)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(dāng)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(jī)動性提高了航行的經(jīng)濟(jì)性使主機(jī)甚至整個動力裝置的結(jié)構(gòu)得到了簡化提高了主機(jī)和艉軸的使用壽命缺點 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 制造 加工 裝配要求高 成本高 使用維護(hù)要求高 48 3 變距槳的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和組成