船舶動力裝置概論第十七次課ppt課件

1、1,杰拉德R福特級航空母艦正式定名之前，原本被稱為CVN 21未來航母計劃。 福特級預計最快會在2015年時開始服役，并規(guī)劃在2058年之前建造10艘同級艦，取代尼米茲級成為美國海軍艦隊的新骨干。,上節(jié)課要點,5.2核反應堆 5.3 核動力裝置 5.4 核安全,2,1986年蘇聯切爾諾貝利核電站,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,3,4、海上事故,2006年11月21日上午，日本潛艇“朝潮”號在宮崎縣油津港附近海域浮出海面時與排水量為4000噸的巴拿馬籍貨輪相撞，造成潛水艇立舵變形，沒有造成人員傷亡。,潛艇后縱舵變形,事件經過,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,4,2007年1月9日，

2、日本川崎汽船公司的“最上川”號大型油輪和美國“紐波特紐斯”號核動力潛艇在阿拉伯海的霍爾木茲海峽相撞。,油輪局部受損，但沒有人員傷亡，也沒有造成原油和核泄漏事故。,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,5,2000年8月12日，造價10億美元的俄羅斯核潛艇 “庫爾斯克”號在巴倫支海爆炸沉沒，118人殉難 反應堆處于安全關閉狀態(tài)，沒有造成核泄漏,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,6,福島核電站是目前世界世界最大的核電站，由福島一站、福島二站組成，共10臺機組（一站6臺，二站4臺），均為沸水堆。2011年3月12日受地震影響，福島第一核電站的放射性物質泄漏到外部。,第五章 船舶核動力裝置,5.4

3、核安全,7,對船上所有人員的健康和對周圍環(huán)境的清潔與安全有切實可靠的保證。 正常條件下，對人員的放射性輻照低于法定水平； 事故情況下，安全系統及時投入，防止放射性物質外泄至環(huán)境。 由于核裂變過程伴隨著放射性物質的產生，核安全始終 是在核動力裝置的研制和使用中的首要問題。,二、安全性,第五章 船舶核動力裝置,8,C高放射性廢物：乏燃料,（一）三類核廢物,A低放射生廢物 受到輕微污染的固體，例如手套及衣服等。,B中放射性廢物 來自核電站的工藝流程廢物，例如廢樹脂和蒸發(fā)殘渣。,5.4核安全,第五章 船舶核動力裝置,9,核電廠用過的乏燃料，送后處理廠經處理其中97%可循環(huán)再用。 剩余的3%高放射性廢物

4、，需用瀝青固化、水泥固化和玻璃固化等方法，使它變成不易滲透的固體，在后處理廠貯存，并最終送國家高放深地層處置中心處置。,低、中放射性廢物處理,高放射性廢物處理,五個處理步驟 廢物分類及保存廢物包裝經包裝的廢物運往處置場地經包裝的廢物點收后進行處理儲存及記錄質量保證文件。,5.4核安全,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,10,（二）輻射防護措施,核反應堆工作時，不可避免有強烈的放射性輻射，這就要求特別的屏蔽，限制或根本不讓艇員進入潛艇的某些部位。,廣泛采用自動化設備，不斷監(jiān)測空氣的放射性和采用其他一些安全措施。 對船員照射劑量的極限值都有嚴格的標準規(guī)定。,第五章 船舶核動力裝置,11,在放射

5、性物質(裂變產物)和環(huán)境之間設置了四道屏障,只要其中有一道屏障是完整的,就不會發(fā)生放射性物質外泄的事故。,第一道屏障-燃料芯塊 第二道屏障-燃料包殼 第三道屏障-壓力邊界 第四道屏障-安全殼,5.4核安全,（三）四道屏障,第五章 船舶核動力裝置,12,第一道屏障-燃料芯塊,核裂變產生的放射性物質98以上滯留在二氧化鈾陶瓷芯塊中,不會釋放出來 。,第二道屏障-燃料包殼燃料芯塊密封在鋯合金包殼內，防止放射性物質進入一回路水中。,5.4核安全,第五章 船舶核動力裝置,13,第三道屏障-壓力邊界由核燃料構成的堆芯封閉在壁厚20厘米的鋼質壓力容器內，壓力容器和整個一回路都是耐高壓的，放射性物質不會漏到反

6、應堆廠房中。,第四道屏障-安全殼反應堆廠房是一個高大的預應力鋼筋混凝土構筑物，壁厚近1米，內表面加有6毫米厚的鋼襯，防止放射性進入環(huán)境。,5.4核安全,第五章 船舶核動力裝置,14,第一道防線主要考慮對事故的預防，它要求核動力裝置必須按嚴格的質量標準和質量保證措施進行設計，制造和運行。 第二道防線防止運行中出現的偏差發(fā)展成事故。第三道防線控制假想事故引起的后果，盡可能使污染限制在允許的水平。,（四）縱深防御,5.4核安全,包括以下三道防線:,15,15,長154米；寬17米；吃水6.1米；滿載排水量：約7000噸； 乘員：280人；最高航速：29節(jié)；續(xù)航力：4500海里/15節(jié)； 170（蘭州

7、號）、171（?？谔枺?動力系統： DA/DN-80燃氣渦輪2 48600馬力； MTU-20 V956 TB92柴油機2 8840馬力,16,本章主要內容,6.1 概述 6.2 聯合動力裝置推進系統的組成和性能 6.3 船舶電力推進和電磁推進動力裝置 6.4 船舶齒輪箱 6.5 船舶離合器及液力耦合器 6.6 船用大功率高速聯軸器 6.7 船舶軸系與螺旋槳,17,本次課主要內容,6.1 概述 6.2 聯合動力裝置推進系統的組成和性能 （COSAG 或 COSOG） （CODAG 或 CODOG） （COGAG 或 COGOG） （CODAD） （COGAS） 6.3 船舶電力推進和電磁推進動

8、力裝置,18,我們已經學習了船舶柴油機、船舶燃氣輪機、船舶蒸汽輪機和船舶核動力裝置等各類動力裝置在最大功率、重量尺寸、裝置經濟性和操縱運行機動性等方面都存在某些不足。 對于民用船舶來說，除經濟性之外，其他問題均可以調整解決。 但是對于軍艦來說，必須滿足艦船的戰(zhàn)術技術要求，也就是盡可能提高航速、機動能力和續(xù)航力。要求動力裝置功率盡可能大，滿足最高航速時的要求；同時必須照顧到減少動力裝置所占有的排水量，以保證所需燃料的儲存量（保證續(xù)航力）。,6.1概述,19,所以，對于常規(guī)排水型船舶，航行速度提高到2倍時，所需功率將提高到8倍。,6.1.1艦船航速變化與所需推進功率的關系,（1）螺旋槳要求的推進功

9、率,V-容積排水量 v-航速 CB-海軍系數,（2）艦船巡航航行占全部航行時間的98%左右； 全速航行僅僅占到全部航行時間的2左右。,為了解決全速航行時的大功率要求和巡航時經濟性好要求的矛盾，各種形式的聯合動力裝置就出現了。,20,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,目前使用的聯合動力裝置有五種型式,1、蒸燃聯合動力裝置（COSAG或COSOG） 2、柴燃聯合動力裝置（CODAG或CODOG） 3、燃燃聯合動力裝置（COGAG或COGOG） 4、柴柴聯合動力裝置（CODAD） 5、燃蒸聯合動力裝置（COGAS）,21,1、蒸燃聯合動力裝置（COSAG或COSOG）,6.1.2 聯合動力裝置的

10、分類和應用,蒸汽輪機提供80%全速以下航行所需的功率（全功率的50%左右），在更高航速時，使用燃氣輪機和蒸汽輪機（COSAG“共同使用”）；也可以是在更高航速航行時只使用燃氣輪機而不使用蒸汽輪機（COSOG“交替使用”）。,英國的郡級導彈驅逐艦 排水量：5440噸（標準）；6850噸（滿載） 主尺寸：長158.65米，水線長153.9米，寬16.4米，吃水6.28米。 動力：采用蒸燃聯合動力裝置，2臺蒸汽輪機，功率30000馬力；4臺燃汽輪機，功率30000馬力。雙軸。 航速：31.5節(jié) 續(xù)航力：3040海里/28節(jié)。,22,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,2、柴燃聯合動力裝置（CODA

11、G或CODOG）,CODOG-柴燃交替使用,CODOG裝置選用經濟性較好的柴油機巡航，以滿足巡航工況油耗低的要求，在相同載油量的情況下可提高續(xù)航力。 選用重量輕、功率大的燃氣輪機加速，以滿足艦船在高航速航行時的功率要求。 由于柴油機巡航彌補了大功率燃氣輪機在低負荷油耗高的缺點，所以過去的一部分和今后有些艦船還會選用。,23,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,2、柴燃聯合動力裝置（CODAG或CODOG）,CODOG也有明顯的缺點： 一是機型多，傳動裝置也較復雜； 二是柴油機巡航時的傳動效率較低，影響選用柴油機巡航經濟性好這一優(yōu)勢的發(fā)揮； 三是巡航柴油機采用雙層隔振加箱裝體，滿足了減振要求，

12、但代價高； 四是大功率加速燃氣輪機工作時間少，使燃氣輪機的壽命不能充分利用。 因此，隨著發(fā)動機技術發(fā)展，聯合動力裝置將來會向COGAG、 CODAD等方向發(fā)展。,24,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,25,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,26,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,27,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,在該推進裝置中，主要用于巡航的柴油機在船舶高速工況與主要用于加速的燃氣輪機共同工作,有利于提高艦的最高航速。通過跨接齒輪箱和多臺離合器，使任何一臺發(fā)動機都可帶動雙軸工作，可根據航速的需要選擇合理的工作方式，使參與運行的發(fā)動機在其經濟區(qū)內工作，同時又可減少運行機的

13、數量，提高了推進裝置運行靈活和可靠性。但是，其傳動裝置和控制系統比較復雜。 該推進裝置組成：一般有一臺燃氣輪機，二臺柴油機，二部可調槳和傳動裝置；有二臺燃氣輪機、一臺柴油機、二部可調槳和傳動裝置；有一臺燃氣輪機、一臺柴油機、二部可調槳和傳動裝置。,CODAG-柴燃共同使用,28,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,29,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,30,典型應用,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,美國海軍早在1965就在PG-84級高速巡邏炮艇上采用了CODAG系統。 美國的可靠級護衛(wèi)艦采用四機雙軸的常規(guī)組合采用了CODAG系統，阿希維爾級炮艇采用三機雙軸的CODAG系統； 法

14、國的伯爾尼級護衛(wèi)艦采用三機共同驅動一根軸的CODAG系統； 德國的科降級護衛(wèi)艦、意大利的山地步兵級護衛(wèi)艦采用六機雙軸的CODAG系統等。 德國海軍在其新型的F124級護衛(wèi)艦上采用了基于LM2500的CODAG裝置。,31,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,3、燃燃聯合動力裝置（COGAG或COGOG）,燃燃聯合動力有兩種運行方式：COGAG燃燃共同使用聯合推進裝置（如采用四臺相同型號的燃氣輪機組成的推進裝置方案，巡航是使用一臺或兩臺燃機，全速時使用四臺燃機共同工作）；COG1OG2燃燃交替使用聯合推進裝置（如采用小型燃氣輪機或復雜循環(huán)燃氣輪機作為巡航動力裝置，采用大型簡單循環(huán)燃機作為加速動

15、力裝置）。 COGAG與COGOG系統相比，其好處是：COGAG模式下驅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的功率并入，驅動螺旋槳以提高航速，并沒有將巡航燃機“閑置”。并且COGAG系統通常采用的都是同型燃機，供油單一，備件通用，便于維護。,32,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,采用COGAG推進的艦艇： 上世紀60年代，COGAG最早用在前蘇聯“卡辛”級驅逐艦上。 70年代美國DD963級驅逐艦也采用雙軸推進。 日本16DDH直升飛機母艦，4臺LM2500燃氣輪機驅動兩調距漿。 意大利NUM新型航母，

16、4臺LM2500燃氣輪機驅動兩固定螺距螺旋槳。 美海軍高速支援艦，4臺LM2500燃氣輪機，雙軸，驅動兩定距漿。 采用COGOG推進的艦艇： 英國的42型導彈驅逐艦、女將型（21型）和大刀型（22型）護衛(wèi)艦等，都是采用雙軸調距漿，加速主機用奧林普斯燃氣輪機，巡航機組是太因燃氣輪機。,33,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,4、柴柴聯合動力裝置（CODAD）,在巡航時使用兩臺柴油機帶動兩個螺旋槳，全速時四臺柴油機共同工作。 特點:動力裝置經濟性好，最大功率適宜。維護和后勤方面具有優(yōu)越性。,34,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,4、柴柴聯合動力裝置（CODAD）,35,6.1.2 聯合動

17、力裝置的分類和應用,采用CODAD的艦船： （1）法國海軍的“卡薩爾級”驅逐艦、“A69級”護衛(wèi)艦 （2）日本的“峰云級”、“山云級”驅逐艦 （3）意大利的“貝爾加米尼級”、“智慧女神”護衛(wèi)艦,36,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,5、燃蒸聯合動力裝置（COGAS）,在燃氣輪機排煙道中加裝余熱鍋爐，利用高溫煙氣余熱產生過熱蒸汽，推進一臺蒸汽輪機，就構成“蘭肯循環(huán)”能量回收系統，可節(jié)省燃料25%。,37,6.1.2 聯合動力裝置的分類和應用,5、燃蒸聯合動力裝置（COGAS）,美國“伯克”級驅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。,38,6.1.2 聯合動力裝

18、置的分類和應用,5、燃蒸聯合動力裝置（COGAS）,這種燃蒸聯合動力裝置在地面發(fā)電廠中獲得廣泛的應用，發(fā)電總效率可達60%以上。,39,6.1.3聯合動力裝置的控制,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。,對于交替使用的聯合動力裝置在主機切換過程的控制問題。要保證在主機切換過程中,接入主機能平穩(wěn)可靠地接替離線主機提供推進功率；還需保證在線主機能平穩(wěn)地脫離同并車齒輪箱的聯接,逐漸降低到惰轉轉速后停車。,40,6.1.4 XX艦的聯合動力裝置,41,6.2 聯合動力裝置推進系統的組成和性能,6.2.1 CODAG動力裝置的組成和性能特點

19、,42,2000噸級護衛(wèi)艦的主推進裝置柴燃并車聯合動力裝置。一臺燃機LM2500 30型，功率20000kW，兩臺MTU的20VI163TB82柴油機，單機持續(xù)功率4045kW。兩臺柴油機加一臺燃機最大功率30000kW。,三種工作方式： 兩臺柴油機工作，最大航速21.8kn 一臺燃機工作，最大航速28kn，最小航速可達5kn 兩臺柴油機和一臺燃機共同工作，最大航速30.3kn,6.2.1 CODAG動力裝置的組成和性能特點,43,6.2 聯合動力裝置推進系統的組成和性能,6.2.2 CODAD裝置的組成和性能特點,44,6.2 聯合動力裝置推進系統的組成和性能,2000噸級護衛(wèi)艦主推力動力裝

20、置柴柴并車聯合動力裝置。4臺同種型號的柴油機，每兩臺帶動一軸一槳。巡航時每軸一臺發(fā)動機工作，高速時每軸兩臺發(fā)動機工作。,CODAG和CODAD比較： 從占據機艙空間尺寸方面：兩種要求差不多，但后者要求機艙上面甲板面積要大一些。 最低航速：前者5kn，后者11.5kn 機械重量：前者比后者少 加速性：由于燃機從冷態(tài)啟動到全功率需要約2min，而柴油機所需時間更長，所以前者加速性優(yōu)于后者。,45,6.3 船舶電力推進和電磁推進動力裝置,1、電力推進裝置的組成,Y-原動機 G-發(fā)電機 M-電動機 J-螺旋槳 K-控制設備,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電力推進裝置的組成性能特點,46,6.3 船舶電力推進和電磁推進動力裝置,德國海軍裝備的世界上第一艘復合使用常規(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