动力装置原理与设计复习
第一章、船舶动力装置概论
1、如何理解船舶动力装置的含义？它有那些部分组成？
答：含义：保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作和生活所必需的机械设备的综合体。
组成：a.推进装置：主发动机，主锅炉，推进器，传动设备b.辅助装置：船舶电站，辅助锅炉装置c.机舱自动化d.船舶系统：动力管系，船舶管系e.甲板机械：锚泊机械，操舵机械，起重机械。
2、船舶动力装置的技术、经济及性能指标
答：技术指标代表整套动力装置技术装备总指标。包括功率指标、质量指标和尺寸指标。
经济指标代表燃料在该动力装置中的热能转换率。有燃料消耗率、装置总效率、推进装置热效率、每海里航程燃料耗量及动力装置的运转-维修经济性。
性能指标代表动力装置在接受命令，执行任务中
的服从性、坚固性和对外界条件、工作人员的依赖性。因此它包括机动性、可靠性、自动远操作性能、牵拽性能以及噪声振动的控制等指标。
3、柴油机动力装置、蒸汽轮机动力装置、燃气轮机动力装置、核动力装置的特点。
答：（1）柴油机动力装置的特点：（柴油机没说，但是附上）
优点：A. 有较高的经济性，耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多；B. 重量轻(单位重量的指标小)；C. 具有良好的机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速；D. 功率范围广。
缺点：A. 柴油机尺寸和重量按功率比例增长快；B. 柴油机工作中的噪声、振动较大；C. 中、高速柴油机的运动部件磨损较厉害；D. 柴油机低速稳定性差；E. 柴油机的过载能力相当差。
(2）汽轮机推进动力装置的特点：
优点：A. 单机功率大；B. 转速稳定，无周期性扰动力，机组振动噪声小；C. 工作可靠性高；D. 可使用劣质燃料油，滑油消耗率也很低。
缺点：A. 总重量大，尺寸大；B. 燃油消耗率高；C. 机动性差。
(3)燃气轮机推进动力装置的特点:
优点：A. 单位功率的重量尺寸小；B. 启动加速性能好；C. 重量轻，体积小；D. 独立性较强，生命力好；E. 振动小，噪声小。
缺点：A. 主机不能反转；B. 必须借助启动机械启动；C. 叶片材料昂贵，工作可靠性较差，寿命短；D. 进排气管道尺寸大，舱内布置困难
(4)核动力推进动力装置的特点：
优点：A. 极少的燃料释放巨大的能量；B. 功率大；C. 无需空气。
缺点：A. 装置大；B. 操纵管理检查系统比较复杂；C. 装置造价昂贵。
4、经济航速、续航力的含义。
答：经济航速：指在规定的装载状态及航行条件下，主动力装置及辅助设备部分工作，船舶每海里燃油消耗量最少时所达到的航速。
续航力：指船舶不需要到基地或港口去补充任何一种物质（如燃油、滑油、淡水及备件等）所能航行的最大距离或最长时间。
5、画简图说明推进装置功率传递过程，并解释各个效率的含义。
a.指示功率：pi
表示柴油机气缸中气体作功的能力
b.主机最大输出功率：pn
c.最大持续功率：pmc
在规定的环境状况（不同航区有不同的规定，如无限航区环境条件：绝对大气压为0.1Mpa;环境温度为45℃；相对湿度为60%；海水温度“中冷器进口处”为32 ℃
和转速下，柴油机可以安全持续运转的最大有效功率。
d.轴功率：ps
指在扣除传动设备、推力轴承和中间轴承等传动设备后的输出功率。
e.螺旋桨收到功率
是指ps扣除尾轴承及密封填料损失后所输出的功率。（桨前）
f.推力功率pT
是螺旋桨产生使船航行的功率。
g.船体的有效功率pR
5、主推进装置的基本组成。
答：推进装置由主机、传动设备、轴系、及推进器所组成。
6、主推进装置的型式及特点。
答：推进装置的形式有：
（1）直接传动推进装置
优点：结构简单， 使用寿命长， 燃料费用低， 维修保养方便， 噪声低， 传动损失少， 推进效率高。
缺点：重量尺寸大， 倒车必须利用可逆转发动机， 机动性差经济性差，低速和微速航行受到最低转速的限制。
（2）间接传动推进装置
优点：重量尺寸小， 主机转速不受限制， 轴系布置方便， 带到侧顺离合器时可选用不可逆转的主机， 有利于采用多机并车、单机分车与轴带发电机布置。
缺点：结构复杂， 传动损失大， 效率低。
（3）特殊传动推进装置包括
A、可调螺距螺旋桨推进装置
优点：经济性机动性操纵性较好， 适应船舶阻力变化， 主机或减速齿轮箱不必设换向装置， 有利于驱动辅助负载。
缺点：机构比较复杂， 保养困难， 造价较高， 尺寸大， 设计工况下效率比定距桨低。B、电力传动推进装置
优点：机组配置和布置比较灵活， 舱室利用率高， 机动性和操纵性好， 发电机转速不受螺旋桨转速的限制， 具有良好的拖动性能。
缺点：损失大， 传动效率低， 增加了发电机和电动机， 重量和尺寸较大， 造价和维修费用高。
7、主推进装置的选择应考虑的问题。（重点)（按自己需要精简）
答：（1）船舶用途、种类、要求：沿海货船、远洋货船、油船其航行工况比较稳定，主机采用大型低速柴油机，推进装置多是单机单桨直接传动，使用定距桨，设计工况下推进效率较高。客船的重要技术指标是快速性，较高的航速，吃水相对较小，同时对安全性、机动性、操纵性要求很高，因此，推进装置一般采用双机（多机）双桨（多桨）。如主机采用中速机或高速机，必采用间接传动以降低螺旋桨转速。渡船、拖船、渔船等船舶由于工况变化频繁，机动性要求高，而且机舱尺寸有限，故主机采用中或高速柴油机，多机多桨，并采用间接齿轮减速倒顺离合器传动箱或多速齿轮箱，有的为解决多工况问题也可采用可调螺距螺旋桨以适应多变工况的要求。港口的港作船对其操纵性要求高，可采用中、高速柴油机与双机（多机）双桨（多桨）或Z 型全回转推进装置。对于特殊的工程船如挖泥船、破冰船等可采用液力传动或电力传动装置等。
（2）.主机总功率的大小：考虑主机类型与数目、轴系与桨的数目。大型低速柴油机单机功率大、耗油率低、耐用可靠，并可较大幅度降低运输成本和提高运输量，但重量大、尺寸大，适宜大型沿海和远洋运输船舶选用，一般采用单机单桨直接传动。若要求更大的主机总功率，则可采用双机单桨（单轴）、双机双桨（双轴）或多机多桨（多轴）等型式。此时主机大多是采用中速或高速柴油机，重量轻、尺寸小，便于机舱布置。
（3）.按船舶航区的吃水深度：单机单桨直接传动的传动损失小，推进效率较高，但须选用可逆转的低速柴油机，吃水相对较深。采用双桨（多桨）可减小螺旋桨的直径，其舵的转向效果好，能提高机动性，减少船舶的吃水深度。有时根据特殊需要可在传动机组方面采用并车或分车装置等以适应船舶航区的吃水深度。
（4）.按推进装置的经济性：在选择不同的推进装置型式时，应考虑其初投资，运输费用的大小和初投资回收年限等涉及到经济性与综合效益的因素。直接传动比间接传动的传动损失少，效率高。间接传动可降低螺旋桨的转速，提高推进效率，但要增加传动设备，初投资高。近年来，中速机单机功率不断增大，又成功地解决了烧重油的问题，耗油率有很大降低，可靠性和使用寿命大为改善。此外，其重量轻、尺寸小，有利于机舱布置。大型低速柴油机目前世界上日趋于采用B&W-MAN 与SULZER 两种，热效率高、燃料费用低的高效节能机。世界上有一些大型船舶，为了进一步节约能源，出现了超低速螺旋桨船舶，中间利用大型减速齿轮箱，获得桨的高效率，从而进一步提高经济性。再如电力传动，其操纵灵活，机动性好，效果与调距桨相似，从初投资费用看造价比调距桨大，推进效率较低。综上所述，在考虑推进装置型式时，要抓住主要矛盾，从全局的经济性出发，权衡利弊，优化方案，采用最佳的推进装置型式。
8、机桨匹配的两个阶段：初步匹配与终结匹配。
答：机桨匹配初步设计可分两类：
（1）在螺旋桨直径D 给定的情况下，已知船的航速v、有效功率Pe，在一定转速范围内，令机桨功率匹配，确定螺旋桨的最佳转速n、螺距比P/D、主机的功率Pb 以及敞水效率η0。
（2）在螺旋桨转速n 给定的情况下，已知航速v、有效功率Pe，在一定直径范围内，令机桨功率匹配，确定螺旋桨的最佳直径D、螺距比P/D、主机的功率Pb 以及敞水效率η0.
终结匹配设计：
是根据初步匹配设计所选定主机的功率与转速，传动设备与轴系的传送效率ηs，算得桨的收到功率Pd、桨的效率η0、船身效率ηh 等，计算船舶所能达到的航速和螺旋桨的最佳要素；即已知主机功率、转速和船舶的有效功率曲线，确定船舶所能达到的最高航速、螺旋桨直径、螺距比及螺旋桨效率。
9、课件98、99页110—121页MANB&W、Wartsila公司的Sulaer看一下。
10、何谓柴油机的推进特性？有何实用意义？
答：当柴油机作为船舶主机带螺旋桨，按螺旋桨特性(P = c ⋅n3)工作时，为柴油机的推进特性。
推进特性的实际意义：首先是根据柴油机的工作能力合理的设计、选用螺旋桨；其次是确定使用中功率与转速的配合点；第三是确定推（拖）船舶在各种工况下的负荷；第四是用以确定船舶的经济航速。
11、画简图说明柴油机的允许使用范围。
由限制特性线限定允许工作范围：
最高负荷限制特性线
最低负荷限制特性线
最高转速限制特性线
最低转速限制特性线
13、指出图中各线的含义，并说明I、II、III区的意义。
答：A点(MCR点100%功率、转速）C点（可作为实际设计负荷点功率储备）
D点（可作为实际设计负荷点转速储备）
AA’线：设计状态理论推进线（P= c ）
EE’和 CC’ ：桨过重或过轻时的推进线
Pe%线是平均有效压力pe的分数线
DD’:极限转速线 区域I：安全工作区 （A-D） 区域II ：短时工作区 （B-A）桨过重 区域III：超转速工作区（D-F）试航时为达到设计航速使其能在100%pe条件下作超转速运转。
14、简述单机直接带桨的特点，画简图说明其配合特性。
答：PD=Pd，QD=QP,nD=nP
用柴油机不经过传动机组，直接带动一只螺旋桨。
（D主机，p螺旋桨）；
只要改变柴油机油门，就会破坏机桨平衡，使二者获得新的配合，并使n增高或下降，得到不同转速。
I、 II 、III是螺旋桨推进曲线
I:设计推进曲线；II：桨重；III 桨轻
无论桨重桨轻，主机都不能发出全功率
15、何为轴线？理论轴线是如何确定的？为什么有些船舶的轴线具有倾斜角和偏斜角？
答：（1）、轴线是指主机（或齿轮箱）输出法兰端面中心至螺旋桨桨毂端面中心间的连线。
（2）、先确定首尾基准，然后用下述方法确定：
拉线法：在规定的位置安装拉线架，并拉一根直径0.5—1.0mm的钢丝调整钢丝位置使其通过首尾基准点，此时钢丝就代表理论轴线。
光学法：利用光在均匀介质中直线传播的原理测定。先将光学仪器按两个基准光靶调好位置，使光轴同时通过光靶上的十字线中心，此时主光轴就代表理论轴线位置。
（此问答案不确定）
（3）、有时为保证螺旋桨浸入水中有一定的深度，而主机位置又不能放低，只能使轴线向尾部有一倾斜角，轴线与基线的夹角α，一般限制在0一5°之间。双轴线时除α角外，其与船舶纵中垂面偏角β，一般限制在0-3 °。从而保证轴系有较高的推力，不会因α、β角太大而使推力损失过多。
16、中间轴轴承跨距的确定受哪些因素的影响？
答：不宜过小：对轴的弯曲变形、柔性和应力影响大（牵制多，附加负荷大）；
不宜过大：（1）、轴系回旋振动和横向振动限制，若过大，易共振；
(2)、轴系间距过大，会使相应轴段的挠度因其重量的增加而增大，造成轴承负荷分配的不均匀性；
（3）、轴承间距太大，受制造与安装工艺的限制。（此题需斟酌）
17、画简图说明螺旋桨轴尾部结构各部分的作用。
螺旋桨轴的尾部是供安装螺旋桨所用，并传递和承受以下的负荷：
（1）、锥形部分用来承受正车推力；
（2）、倒车推力出固定螺母来承受；
（3）、主机的转矩则靠其键槽中所装的键或者液压安装螺旋桨过盈配合锥面的摩擦力传给螺旋桨。
18、简述白合金轴承、橡胶轴承、铁梨木轴承和赛龙轴承的特点。
答：（1）、白合金耐热性好,不伤轴颈；抗压强度较高。散热性好,不易发生摩擦发热而
致烧轴的事故,适用于各类船舶轴系。其缺点是制造修理复杂，而且价格昂贵。
（2）、橡胶尾管轴承：
优点：a.具有一定的弹性，可吸振，对安装误差及冲击的敏感性小，安装方便，工作平稳。
b.结构简化，毋须后密封，摩擦功的损失少，对水域无污染，运转费用低，管理方便。
c.对水中泥沙有一定的适应能力。轴系回转过程中硬砂粒被压入橡胶，避免砂粒对轴的磨损，面积存于纵向槽内的砂粒可被水流冲走。
d.由于橡胶有弹性，其接触面积较大，负荷分布合理。
缺点：a.制造比较麻烦，硫化工艺要求高需要加工精确的模具。
b.橡胶轴承中含有硫分，对轴有一定的腐蚀性。
c.橡胶的传热性差，温度超过65—70℃时易老化失效。
（3）、铁梨木木制组织细密坚硬，重量大，具有抗腐蚀性，顺纤维方向抗压强度高。浸于水中能分泌出一种粘液，可作为润滑剂；和青铜摩擦时，摩擦系数小，几乎不伤青铜轴套；耐磨性尚好，运转可靠。但当干燥时容易裂开和弯曲，在水中工作时会被泡涨，故加工安装前要浸泡。
（4）、桦木层压板材质坚实，强度较高、耐磨、耐水、耐腐蚀、电气绝缘性能好。取材方便，工艺简单，水涨性比铁梨木小，不会干裂，价格便宜。但是硬度高，材质较脆，切削性差，磨损量大，产生的摩擦热较大，在混浊水区铜套磨损量大。
（5）赛龙轴承具有耐磨性高、低摩擦、抗冲击性能好、加工性好安装简便的优点。
19、何为轴系的合理校中？有哪几种计算方法？（附加可能是轴系校中）
答：轴系合理校中是指根据轴系的机构要素，按允许的约束条件，用计算方法求出轴承的高低位置来调整轴系，使轴系上各轴承的负荷和轴截面上弯矩得以合理分配。计算方法有三弯矩法、有限单元法、力矩分配法。
20、简述多片式离合、倒顺、减速齿轮箱的原理。（重点）
答：书p130 此题有图较复杂。
21、推进轴系中弹性联轴器有那些作用？如何选择弹性联轴器？
答：弹性联轴器的作用
（1）、弹性联轴器的柔度很大(刚度很小)，可以大幅度地降低轴系扭振的自振频率，有可能使柴油机在使用转速范围内不出现危险的共振，是轴系扭振、调频、避振的有效措施之一。
（2）、可以缓解由于船体变形所引起的柴油机、齿轮箱和轴承增加的负荷，
（3）、可允许轴线有微小倾角和位移，补偿安装中的误差，使轴线校中容易，并能保护齿轮装置
（4）、降低轴系校中的工艺要求。
22、简述滑油管路的功用、组成与种类。（组成看图）
答： 功用： 滑油管系给柴油机、增压器等船舶动力装置设备供应足够的、合乎质量要求的滑油，确保有关摩擦副处于良好的润滑状态，避免发生干摩擦，并在润滑过程中带走部分热量，起一定的冷却作用。
减磨：润滑的主要作用
冷却：带走部分热量
清洁：洗涤运动表面的污物和金属磨粒
密封：如活塞与缸套间的油膜还起密封燃烧室的作用。
防腐：油膜使金属表面与空气、酸不能接触
减轻噪声：缓冲作用
传递动力：如推力轴承中推力盘与推力块之间的动压润滑
组成：滑油管系一般由滑油贮存舱（柜）、滑油循环柜、滑油泵、净化设备（滤器、分油机）及滑油冷却器等组成。
种类: 滑油管系通常根据柴油机的结构型式可分为湿底壳式和干底壳式两种。
23、画简图说明开式冷却管路的原理和特点。
特点：a.管路较简单，维护方便，舷外水资源丰富；
b.舷外水水质差；
c.舷外水温度变化大，直接受季节、区域的影响，变化幅度大，直接进入柴油机气缸，势必造成缸壁内外温差悬殊，使缸壁热应力过大而导致碎裂，不利于进入柴油机进行冷却。
d.开式管路只能应用于工作要求不高的小型柴油机气缸，以及一些冷却温度不高或对冷却水质要求不十分严格的设备部件。如：各种热交换器、空气压缩机、排气管、艉轴管等。
24、画简图说明闭式冷却管路的原理和特点
答：图在上题
特点： a.淡水水质好，不会产生堵塞，流道畅通；
b.不会产生析盐现象、积垢少；
c.利于控制柴油机进出水温度；
d.管路设备多、管路复杂、维修管理不及开式管路方便。闭式冷却管路广泛用于大多数柴油机。
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