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舰艇的主动力装置是什么?都有哪些类别?

舰艇推进装置或舰艇动力装置,是产生舰艇推进动力的机械、设备和管路系统的统称。其种类主要有:蒸汽轮机动力装置、柴油机动力装置、燃气轮机动力装置、核动力装置和联合动力装置等。

简介

舰艇主动力装置,用于产生和传输推进动力,以推动舰艇运动。由主动力机(亦称主机)、传动装置、轴系和推进器等构成。其工作原理是:利用蒸汽、燃气和水等工质,吸收舰艇携带的化学燃料燃烧或核燃料裂变释放出来的热能,由主机将热能转变为机械能作功,经传动装置带动推进器以推动舰艇。根据工作原理和类型的不同,可分为舰艇蒸汽动力装置、舰艇柴油机动力装置、舰艇燃气轮机动力装置、舰艇核动力装置、舰艇联合动力装置和舰艇电力推进装置等。它们各有优缺点和适用范围。不同类型的舰艇,根据其使命任务、战术技术性能和战斗使用的要求,按照国家的动力政策,选用适合的动力装置类型。舰艇蒸汽动力装置,由蒸汽锅炉、主蒸汽()机、主冷凝器、传动装置、轴系、推进器以及有关的辅助机械、设备和管路系统等构成,其单机功率大,可达51450千瓦,广泛用于大、中型水面舰艇。舰艇柴油机动力装置,由柴油机、传动装置、轴系和推进器等构成,高速柴油机单机功率可达7350千瓦,中速柴油机单机功率可达2.2万千瓦,为中、小型水面舰艇和常规动力潜艇采用。舰艇燃气轮机动力装置,由燃气轮机、进排气装置、传动装置、轴系和推进器等构成,单机功率可达2.22.9万千瓦,广泛用于中、小型舰艇,并可用于大型水面舰艇。舰艇核动力装置,由核反应堆、蒸汽发生器、主汽轮机、主冷凝器、传动装置、轴系、推进器及有关的辅助机械、设备和管路系统等构成,单机功率可达5.5万千瓦,适用于潜艇和大型水面舰艇。舰艇联合动力装置,由两种不同类型和型号主机、传动装置、轴系和推进器等构成,能发挥每型主机的优点和特性,满足舰艇在不同航行工况对动力装置的要求,已广泛用于中、小型舰艇。舰艇电力推进装置,由任何一种动力的发电机组、主电动机、轴系、推进器等构成,广泛用于潜艇和一些勤务舰船。

舰艇辅助装置与辅助机械,用于向舰艇设备提供电能、压缩空气、动力水、生活用蒸汽等。主要有:舰艇电站、空气压缩机、辅助锅炉等机械和装置。

舰艇动力装置是舰艇的重要构成部分。对其战术技术性能的一般要求是:功率大,能持续地发出舰艇全速航行所需的总功率;燃料消耗率低,在全速工况和低速工况下均能保持低燃料消耗率;可靠性高,在动力装置服役的全过程中完成规定功能的能力强;机动性好,从冷状态启动和加速、正倒车转换的时间短,操纵灵活;生命力强,振动小,噪声低,重量轻,尺寸小,寿命长,维修性好等。

舰艇最早使用的动力装置是往复蒸汽机动力装置。它在创制过程中,它的原理与结构类似中国古老的机械水排和风箱。1815年,美国建成第一艘以往复蒸汽机为动力的军舰"德莫洛戈斯"号。1870年,中国福州船政局建成"湄云"号兵船,采用卧式往复蒸汽机,功率235千瓦。由于往复蒸汽机有功率小、重量大、燃料消耗率高等缺陷,促使舰艇采用新型主机。到19世纪末,出现蒸汽轮机动力装置。此后,蒸汽轮机逐渐取代往复蒸汽机,而成为舰艇蒸汽动力装置中唯一主机类型。1897年,德国研制成功柴油机,其热效率高,重量轻,较快地在舰艇上得到广泛应用。第二次世界大战以后,燃气轮机和核反应堆相继研制成功。1947年,英国首次将燃气轮机安装在高速炮艇上。1955年,美国建成第一艘装有核动力装置的潜艇"鹦鹉螺"号。

舰艇动力装置的发展趋势是:继续降低燃料消耗率;采用微机控制技术以提高操纵和故障诊断的自动化程度;采用更好的制造材料和工艺以减小体积和重量;研究并应用新的能量转换技术和创造新型动力机械等。

分类

蒸汽轮机动力装置
以蒸汽轮机为主机的推进装置。包括:主锅炉、主蒸汽轮机、主冷凝器、主传动装置、轴系、推进器、有关辅机和管路系统等。舰用主汽轮机一般为多缸式,最大功率达51450千瓦(7万马力)。蒸汽轮机动力装置是在19世纪末期发展起来的,其优点是单机功率大,寿命长,可靠性高,可用劣质燃油。缺点是重量和尺寸大,机动性差,经济性低,操纵管理复杂。20世纪70年代以来,新建的大、中型水面舰艇(除航空母舰外),有不少已采用燃气轮机动力装置和各种联合动力装置代替蒸汽轮机动力装置。

柴油机动力装置
以柴油机为主机的推进装置。包括:主柴油机、主传动装置、轴系、推进器、有关辅机和管路系统等。舰用主柴油机一般为中、高速柴油机。单机最大功率,中速柴油机达7350千瓦(1万马力)以上,高速柴油机达4410千瓦(6000马力)。柴油机动力装置是在20世纪初期发展起来的,至今仍为中、小型舰艇广泛采用。其优点是经济性好,重量和尺寸小,机动性高,操纵管理方便。缺点是噪音高,振动大,单机功率小。发展趋向是进一步提高增压比以增大单机功率,采用减振和消音技术以提高隐蔽性,进一步提高经济性和自动化程度。

燃气轮机动力装置
以燃气轮机为主机的推进装置。包括:主燃气轮机、进排气装置、主传动装置、轴系、推进器、有关辅机和管路系统等。一般为双轴或三轴式,单机最大功率达36750千瓦(5万马力)。它是在20世纪中叶发展起来的新型动力装置,兼有蒸汽轮机和柴油机动力装置的优点,单机功率、经济性和寿命等性能指标已达到较高的水平。70年代以来,已被大、中型水面舰艇和特种艇广为采用。其缺点是:低负荷热效率低,须用结构较复杂的变向传动装置或变螺距螺旋桨,进排气装置尺寸大,对制造材料和工艺要求高,造价较高。发展趋向是:提高进气压缩比,以增大单机功率;改进涡轮叶片的材料、工艺和冷却方法,以提高燃气初温,从而进一步提高热效率;提高易损件的质量,改进进气过滤技术,以延长使用寿命;进一步改进换向技术。

核动力装置
以核裂变所释放的能量为能源的推进装置。一般为压水堆双回路式。包括核反应堆、蒸汽发生器、主蒸汽轮机、主冷凝器、主传动装置、轴系、推进器、有关辅机和管路系统等。核动力装置工作时不需要空气,核燃料的贮存能量极大,是潜艇理想的动力装置。但重量和尺寸大,建造周期长,费用昂贵,有放射性污染。



联合动力装置
由两种不同类型或型号的主机联合组成的推进装置。为获得高航速,舰艇须装大功率的动力装置。但舰艇以高速航行的时间很少,大部分时间是以巡航速度或经济航速航行。因此,一种类型或型号的主机很难满足舰艇对主动力装置的全工况要求。联合动力装置能扬长避短,较好地满足上述要求。其种类有:蒸汽轮机-燃气轮机联合动力装置,柴油机-燃气轮机联合动力装置,全燃联合动力装置(巡航燃气轮机和加速燃气轮机)和燃气轮机-蒸汽轮机联合(复合)动力装置等。现代舰艇一般采用柴-燃或全燃联合动力装置。燃-蒸联合(复合)动力装置,是利用燃气轮机废气的余热产生蒸汽轮机所需要的蒸汽,既有机械的联合,又有热力的联合,进一步提高了经济性;但重量、尺寸较大,不适用于小型舰艇。

舰艇主动力装置还有蒸汽机动力装置、电力推进装置和喷水推进装置等。蒸汽机动力装置,现已基本淘汰。电力推进装置和喷水推进装置只用于少数特种舰艇,其主机仍为柴油机或燃气轮机。