第講船舶輔助機械與船舶設備

第11講

船舶輔助機械與船舶設備一、船舶輔助裝置

船上除了主機和主推進系統(tǒng)外，還有各種類型的輔助裝置和輔助機械，以滿足全船對電能、熱能和機械能的需要，保證主機、輔機和管路系統(tǒng)的正常工作，滿足船員和旅客的生活、工作需要。

船舶輔助裝置主要是指輔助動力裝置，包括船舶電站和輔助鍋爐。

船舶輔助機械，簡稱輔機，是指消耗電能、熱能和機械能的各種機械設備。包括各種泵、空氣壓縮機，通風機，制冷機，制淡機，凈油機和空調機等。甲板機械也屬船舶輔機。1、船舶電站

現(xiàn)代船舶電站一般以柴油機作為電站的原動機，構成發(fā)電機組，稱為柴油發(fā)電機組，且一般采用中高速柴油機。

大中型船舶的應急電站，也用柴油發(fā)電機組，或是與蓄電池的組合。小型船舶的應急電站則只用蓄電池組。

船舶在營運的整個過程中，對電量的需求是不斷變化的。航行中，用電的設備有舵機、某些泵、通風機和照明設備，用電量??；停泊裝卸貨時，要開動錨機、絞纜機、起貨機，夜間還需要大功率的照明設備，用電量很大。

所以民用船舶多采用兩臺以上的發(fā)電機組。平時只開一臺機組，用電高峰時雙機并車發(fā)電。

對于小型船舶，采用一臺發(fā)電機組，另加一臺主機帶的小型發(fā)電機組，稱為軸帶發(fā)電機組，航行期間只用軸帶機組2、船舶輔助鍋爐

在以柴油機為主機的船上，蒸汽用來驅動某些輔機，給部分設備加熱和滿足船員生活需要，產生這種蒸汽的鍋爐稱為輔助鍋爐。

小型柴油機船上，蒸汽用來加熱生活用水、艙室取暖和廚房用汽。

蒸汽還可用于驅動汽輪發(fā)電機組和汽動甲板機械；還可用于消防系統(tǒng)、沖洗海底閥和清掃貨油艙等。

輔助鍋爐主要有燃油輔助鍋爐和廢氣鍋爐兩類，也有兼具兩種功能的混合式輔助鍋爐。

大中型船上還用于柴油機的暖缸和燃油、機油的加熱。

廢氣鍋爐是利用主機產生的廢氣來加熱水產生蒸汽，所以一般設置在主機排煙道出口附近，內部無需爐膛和燃燒室，結構簡單。

隨著廢熱利用率的提高，多余的蒸汽還可以驅動汽輪發(fā)電機組和其他汽輪機。

廢氣鍋爐主要在航行過程中使用，主機停機時，使用燃油鍋爐。有些船，在發(fā)電機組的柴油機排煙管中也設廢氣鍋爐。

燃油－廢氣混合式鍋爐，是將燃油鍋爐和廢氣鍋爐整合在一起，即可用燃油加熱，也可用廢氣加熱。這種輔助鍋爐應用日漸廣泛。二、船舶輔助機械

泵是船上廣泛應用的一種設備，由電機驅動。泵將旋轉的機械能轉變?yōu)橐后w的壓能，一方面克服管道流動阻力將液體輸送到目的地；另外，液體的壓能也可作為動力驅動液動設備，如液壓舵機等。

船上應用的泵種類繁多，按原理分為三類：1、液體輸送機械（泵）1）葉輪式泵：離心泵，軸流泵，旋渦泵2）容積式泵：分為往復式和回轉式兩種，往復式有活塞泵，柱塞泵；回轉式有齒輪泵，葉片泵，螺桿泵。3）噴射泵

（1）活塞泵

活塞泵是往復泵，利用活塞的往復運動，造成容積的變化，來吸入和排出液體，并提高液體的壓力。船用活塞泵有蒸汽驅動和電動驅動。

柱塞泵與活塞泵的工作原理相同，只是往復運動的部件是柱塞。

（2）回轉泵

利用回轉部件的旋轉，引起工作空間容積的變化，以達到吸、排液體的目的。最常用的是齒輪泵。

葉片泵

螺桿泵

（3）離心泵

由泵殼和帶葉片的葉輪組成。葉輪帶動液體高速旋轉，液體在離心力作用下，沿葉片徑向向四周甩出，葉輪中心形成負壓，吸入液體。

離心泵有流量大而均勻、結構簡單和工作可靠等優(yōu)點。但工作排壓較低，啟動時必須先灌滿液體才能開始工作（不具備“自吸”能力）。

要提高壓力，可加大葉片直徑，或采用多級葉輪串聯(lián)的方式。在船上用作冷卻、消防、壓載和衛(wèi)生水泵，排壓低而排量大。

（4）離心旋渦泵

是一種特殊的離心泵。葉片多次作用于液體，形成縱向旋渦，以產生吸排作用。

旋渦泵具有結構簡單、體積小的優(yōu)點，可制成自吸和抽送氣液混合物的形式。適合于小流量、小功率、高壓的場合。

（5）噴射泵

利用高速射流降低壓力，以形成一定的真空度來吸排液體。

噴射泵結構簡單、體積小、重量輕、無運動部件，使用、維護方便。

各類泵特點不同，流量和壓頭范圍各異，適用于不同的場合。

排量是單位時間內輸送的液體體積或質量。壓頭又稱揚程，是單位重量液體獲得的能量，以位能表示，用米計量，高壓頭的泵可用壓力計量。應用場合：2、氣體輸送機械

船上的氣體輸送機械主要是指空氣壓縮機和通風機。

（1）空壓機

空壓機用來將空氣壓縮，提高壓力。壓縮空氣是船上廣泛應用的一種動力源，可以用于主、輔機的啟動，倒順車及離合器的操縱，汽笛的鳴響，海底閥、油渣柜和過濾器內雜物的吹除，壓力水柜的充氣，潛艇及深潛器壓載水艙的排水等。

空壓機可分為活塞式和離心式兩種，船上多用活塞式空壓機。活塞式空壓機由單缸、雙缸、單作用、雙作用和多級壓縮等型式。

單作用、兩級空壓機

空壓機還可按終點壓力分為低壓、中壓、高壓、超高壓等類型；按排氣量大小分為小排氣量、中排氣量和大排氣量等類型。還可按氣缸數(shù)、氣缸排列形式、壓縮級數(shù)和活塞作用次數(shù)分類。

（2）通風機

船上的大部分艙室都處于封閉或半封閉狀態(tài)，需要人為的進行強制通風，送入新鮮空氣，排出污濁氣體，并維持各艙室的溫度和濕度，以保證乘員健康和營運安全。

某些特殊艙室，如滾裝船的車輛艙，容易積聚可燃性氣體，必須按要求換氣，確保安全。

通風機有離心式和軸流式兩種。

軸流式通風機具有風量大、壓頭低、轉速高、結構輕便、體積小等優(yōu)點。3、其他輔機

（1）離心式凈油機

燃油和滑油中常含有少量的水分和雜質，較粗的雜質可以通過過濾和沉淀去除，而較細的雜質和水分則需要用離心式凈油機來去除。

離心式凈油機利用油、水和固體雜質的比重不同，使其高速旋轉依靠離心力的不同進行分離。

（2）制淡裝置

也稱造水裝置。船上除了船員的日常生活，主副機的冷卻和鍋爐的補給都需要淡水。對于遠洋船舶，除了用淡水儲備艙儲備淡水外，還應該有制淡裝置，這樣可以減少淡水的儲備，又可應對意外情況。

船上常見的制淡裝置是沸騰式或稱蒸發(fā)式制淡裝置。

船上食品的儲存、漁品加工運輸船對漁品的長時間保存、某些特殊貨品的運輸，都需要在低溫條件下進行。所以船上要設制冷裝置。

（3）制冷裝置

制冷裝置通常分為直接冷卻式和間接冷卻式。三、甲板機械

甲板機械一般是指舵機、錨機、起貨機、絞纜機和吊艇機。按驅動方式分為蒸汽驅動、電動、氣動、液動等多種。現(xiàn)代船舶大多采用液壓驅動甲板機械。1、舵機

電動舵機多用于內燃機船，一般采用直流電動機驅動。結構簡單，占據空間小，運轉平穩(wěn)。但在大型交流電源船上，需要配備大功率的變流機組，故逐漸被電－液動舵機取代。

（1）電動舵機

這是一種廣泛應用的操舵設備。首先由電動機驅動液壓泵，產生一定流量和壓力的液壓油，液壓油驅動液壓缸再帶動舵轉動。

（2）電動液壓舵機

為了控制轉舵的速度和轉舵的方向，需要液壓油的流量和流速可變，這可用變量泵或換向閥來實現(xiàn)。

圖示為雙柱塞電動液壓舵機原理圖。該舵機采用變向變量泵，正常航行時，泵排量為零，舵角為零。轉舵時，控制機構接受指令，控制泵的排量增加，液壓油由泵進入液壓缸，驅動柱塞并帶動舵轉動，舵的轉角會反饋給控制機構，當舵角達到指令值時，控制機構使泵排量回零，于是停止轉舵，并維持設定舵角。2、錨機和絞纜機

錨機和絞纜機是進行錨泊和系泊的動力機械，要求滿足以下要求：1）便于起錨、拋錨，解纜和系纜，工作可靠，可倒轉，有足夠功率

2）起動平穩(wěn)，收放方便，制動可靠

3）能進行多種作業(yè)，可單錨，又可雙錨和絞纜

4）重量輕，占甲板面積小

一般將錨機和絞纜機做成聯(lián)動機組，成為既能起拋錨又能絞纜的錨纜聯(lián)合機。按原動力分為蒸汽驅動、電動和電液動三種。按轉軸位置分為臥式和立式兩種。

（1）臥式電動錨機

電機驅動蝸輪蝸桿機構，經減速齒輪驅動傳動軸，錨鏈輪和卷筒通過離合器與傳動軸接合。

離合器接合錨鏈輪則卷筒不工作；離合器接合卷筒則錨鏈輪不工作。離合器還可控制左右錨單獨收放。無動力時，可手動拋錨，但不能起錨。

（2）立式電動錨機

又稱為絞盤。傳動軸垂直設置，卷筒可卷繞來自任何方向的纜繩。電機、電磁剎車、減速機構均懸空放置在主甲板下面，常用于軍艦，提高生命力。四、船舶設備

為了滿足船舶營運中的各項要求，如控制船舶的運動、可靠停泊、物資裝卸、保證航行安全、人員生活需要等，船上還必須配備不同用途的設備、系統(tǒng)和航海儀器。

船舶設備分為通用設備和專用設備兩大類，通用設備是指各種用途的船舶都必須裝備的設備，如舵設備、錨設備、系泊設備、裝卸設備、救生設備、桅檣設備以及關閉設備等。

專用設備只為某些特殊船舶專門配備，如鉆井平臺的鉆探設備，科考船的各種取樣及探測設備，漁船的漁撈設備，拖船的拖曳設備，補給船的補給設備等。1、舵設備

舵設備是應用最為廣泛的船舶操縱設備。舵設備包括操縱裝置、傳動機構、舵機、轉舵機構、舵，以及自停裝置、舵角限制器、太平舵裝置。

操縱裝置置于駕駛室，包括舵輪和舵角指示器。新埔洋號油輪的駕駛室育鯤輪的駕駛室

傳動機構將操作信號傳遞給舵機，控制舵機的運轉；舵機提供轉舵的原動力；轉舵機構將舵機的原動力轉化為作用在舵柄上的轉舵力矩；舵轉動后受到橫向的水壓力作用，使船回轉。

自停裝置控制舵轉到給定的角度就自動停止；舵角限制器用來防止轉舵超過最大允許舵角；太平舵裝置是備用設備，由人力操作。

從駕駛室到舵機的傳動機構，有機械式、液壓式和電力式，機械式已基本淘汰，液壓式和電力式使用普遍，尤其電力式，操縱輕便，動作靈敏，大多數(shù)船舶采用。

遠洋船舶普遍采用自動操舵裝置，它將操舵機構與陀螺羅經聯(lián)系起來，能自動糾正航向，實現(xiàn)港到港的全程自動導航和自動操舵，實現(xiàn)無人駕駛。

舵的形式很多，按不同的標準有不同的分類方法。1）按舵桿軸線分

非平衡舵：舵葉面積全部在舵桿軸線的后面，水壓力中心遠離舵桿軸線，所需轉舵力矩大。但舵有多個支點，舵桿強度易保證。

（1）舵的結構形式

平衡舵：部分舵葉面積位于舵桿軸線前方，水壓力中心離軸線近，所需轉舵力矩較小，可以節(jié)省舵機功率。

半平衡舵：舵桿軸線前方的舵葉面積并非占全部舵葉高度。

支撐舵：尾柱上有舵的下支撐點。

平板舵：舵的主體是一塊平板，簡單，只用于小船。2）按舵的支撐形式

懸柱舵：舵只有位于船內的上支撐點，沒有下支撐點，類似懸臂梁。

半懸柱舵：船體提供舵的中間支撐點?，F(xiàn)代大型船舶均采用這種形式，它既方便于船尾的設計，不必提供下支撐點，又一定程度減小了舵桿的彎矩。3）按舵葉剖面形狀

流線型舵：舵的水平剖面呈流線型，結構較復雜，但水動力性能好，航行阻力小，舵效高。舵可以看成小展弦比、對稱型機翼。

從上面的分類可以看出，舵桿軸線的位置主要影響所需的轉舵力矩，這影響了舵機功率的大?。欢娴闹涡问接绊懰畡恿Χ鏃U形成的彎矩，這涉及到舵桿的強度問題；剖面形狀影響舵面上的水壓力和結構強度。1）襟翼舵

這種舵的舵葉包括主舵和襟翼兩部分，類似飛機機翼的襟翼。

為了改善船舶的操縱性，特別是小舵角的舵效，出現(xiàn)了一些新型舵。另外，舵和螺旋槳是一個整體，一些改進型的舵不但可以提高舵效，還可以提高螺旋槳的推進效率。

（2）特殊形式的舵

主舵轉動一個角度時，襟翼相對于主舵再轉動一個角度，形成一個不對稱的拱形舵剖面，使舵上的水動力提高1.5~2.5倍，大大提高舵效，特別是小舵角時，效果明顯。

這種襟翼舵已廣泛應用于大型海洋船，襟翼舵可使船的定常回轉直徑減小，襟翼相對主舵的轉動有齒輪傳動和搖臂傳動等方式。2）反應舵

又稱迎流舵，舵葉以螺旋槳軸線為界，上下分別向左右不同方向作一定程度的扭曲，迎著螺旋槳向后推出的水流，可以減小阻力，提高螺旋槳的推力。3）整流帽舵

正對螺旋槳的部位，加一個流線型圓錐體，即整流帽。它可以改善槳后的水流狀態(tài)，提高槳的效率，減小槳的激振力。4）主動舵

舵后加裝一個小型導管螺旋槳，可以大大提高轉船力矩，特別是微速航行時。

潛艇不僅需要舵控制器其水平面內的航向改變，還需要舵控制其垂直面內上浮和下潛。而且這兩種運動會同時進行。

潛艇在垂直面內運動用升降舵控制，一般有兩對：首升降舵和尾升降舵。首升降舵可用圍殼舵代替。

潛艇的水平操縱裝置是方向舵和垂直穩(wěn)定翼。方向舵用來改變航向，穩(wěn)定翼用來保持航向。

（5）潛艇的舵設備2、錨泊和系泊設備

船的停泊有兩種方式。利用錨抓抓住海底，使船停于海面的一定位置稱為錨泊。利用繩索系結于碼頭、岸邊、浮筒或相鄰船舶，稱作系泊。

停泊設備用以保證船舶在浪、風和流的作用下安全停泊而不產生嚴重的漂移。

（1）錨泊設備

組成：錨、錨鏈、錨鏈筒、制鏈器、錨機、錨鏈管和錨鏈艙。

錨泊時，拋錨的方式有多種。常用的是首拋錨，分為單錨和雙錨，雙錨可限制船的活動范圍。側拋錨利于艙室的自然通風，尾拋錨適用于內河的順水航行。1）錨

錨應滿足抓力大、入土性能好、能適應多種土質、便于收藏等要求。

有桿錨。有單抓和雙抓之分，特點是錨柄上有穩(wěn)定橫桿，工作時僅以一個抓嵌入泥中。

最具代表性的是海軍錨，抓力大，適應各種土質，但橫桿不便于收藏。

無桿錨。不帶穩(wěn)定桿，雙抓，錨柄與錨抓用銷釘連接，工作時兩抓同時入土。抓力低于海軍錨，但便于收藏，應用廣泛?；魻栧^

大抓力錨。錨的抓力與其重量之比稱為抓重比，抓重比較大的錨稱為大抓力錨。特點是嚙土面積大，入土深，抓力大。有些大抓力錨只適用于松軟的砂質底，不宜在硬質海底拋錨。尾翼式ZY6型戎氏錨2）錨鏈

錨鏈是連接錨和船體、有足夠長度和強度的鏈條。由鏈環(huán)、轉環(huán)、卸扣和連接鏈環(huán)等組成。

拋錨時，放出錨鏈的長度取決于水深。水過深時，也使用由鏈條和鋼索組成的錨鏈，以減小自重。

錨鏈的大小以鏈環(huán)的斷面直徑，即錨鏈口徑表示。鏈環(huán)按結構分為有檔和無檔兩種。

整條錨鏈由25米長的短鏈段組成，稱為“節(jié)”。鏈段之間用卸扣或可拆的連接鏈環(huán)連接。