船舶主机

为各类船舶提供动力的机械

船舶主机，即船舶动力装置，是为各类船舶提供动力的机械。船舶主机根据采用燃料的性质、燃烧的场所、使用的工质及其工作方式等的不同，可分为蒸汽机、内燃机、核动力机和电动机。

组成

目前绝大多数的船舶都在使用内燃机中的往复式柴油机作为主机，部分军舰使用核动力主机和电动主机。为保证船舶正常营运而设置的动力设备。船舶主机包括三个主要部分：①主动力装置；②辅助动力装置；③其他辅机和设备。

主动力装置

为船舶提供推进动力的主机及其附属设备，是全船的心脏。主动力装置以主机类型命名。目前，主机主要有蒸汽机、汽轮机、柴油机、燃气轮机和核动力装置等五类。现代运输船舶的主机以柴油机为主，在数量上占绝对优势。蒸汽机曾经在船舶发展史上起过重要作用，但目前几乎全被淘汰。汽轮机在大功率船上长期占有优势，但也日益为柴油机所取代。燃气轮机和核动力装置仅为少数船舶所试用，尚未得到推广。

蒸汽机动力装置

1807年，美国工程师R.富尔顿首次在“克莱蒙脱”号明轮船上用蒸汽机作为推进动力获得成功。当时采用的是一台20马力的单缸摇臂式往复蒸汽机,获得每小时5英里的航速。经过不断改进，到19世纪末，蒸汽机发展成为多级膨胀的立式装置，用以驱动螺旋桨，成为当时典型的船舶动力装置。同时高效、高压的水管锅炉也逐渐取代了早期圆筒式苏格兰烟管锅炉。20世纪初，航行于大西洋上的巨型豪华客船，都以往复式蒸汽机为动力,单机功率达20000马力。蒸汽机动力装置的发展达到了顶峰。

蒸汽机动力装置的优点是结构简单，造价低廉，管理使用方便，制造工艺要求不高；缺点是热效率低，本身重量大，特别是大功率蒸汽机的活塞、连杆等运动部件运转惯性很大，很难平衡，且低压缸尺寸过大，不能获得有效的真空度。因此，自从汽轮机动力装置和柴油机动力装置在船上试用成功以后，蒸汽机动力装置即逐渐被淘汰。第二次世界大战期间，美国为应付战时紧急需要而建造的“自由轮”，是最后一批使用蒸汽机动力装置的远洋运输船舶。中国现在还有少数沿海和内河船舶使用往复式多膨胀蒸汽机动力装置。

汽轮机动力装置

1896年，英国人C.帕森成功地将他发明的汽轮机作为推进动力机应用于一艘快艇上，试航速度达每小时34.5海里。此后汽轮机广泛用于大功率船上。早期用汽轮机直接驱动螺旋桨，不经过减速。为了使螺旋桨能在理想的转速下工作，后来在汽轮机动力装置上加装了减速齿轮，使汽轮机和螺旋桨都能以各自的最佳速度运转。到1916年，几乎所有的船用汽轮机都采用了减速装置，减速比由初期的1:20提高到1:80以上。采用减速装置以后，汽轮机可以更高的速度运转，效率大为提高，机体尺寸相应缩小，整个装置更加紧凑，重量也大大减轻,螺旋桨工作效率也大大提高,使汽轮机成为理想的大功率船用动力装置。至今某些大型客船、超级油船和高速集装箱船等仍采用汽轮机动力装置。

汽轮机的优点是单机功率大，使用可靠，运转平稳，无振动和噪声，检修工作量小，锅炉可燃用劣质油。但汽轮机油耗比柴油机高，即使采用再热循环的汽轮机装置，每马力小时的油耗仍达180～190克，比低速柴油机高40%左右。柴油机由于单机功率、燃烧劣质油的能力和可靠性的提高，逐渐取代了汽轮机。

柴油机动力装置

20世纪初，柴油机开始用于运输船舶。第一艘远洋柴油机船是1912年丹麦建造的“锡兰迪亚”号，主机为两台四冲程八缸柴油机，共1250马力，每分钟140转,直接驱动两个螺旋桨。1914年柴油机船占全世界船舶总吨位0.5%，到1940年上升为20%以上。

柴油机动力装置的最大优点是热效率高，燃料消耗明显地低于蒸汽机动力装置。长期以来，柴油机动力装置有一系列改进，主要有：①20年代出现以机械喷油取代用压缩空气喷油的方法；②同一时期试制成废气涡轮增压器，提高了柴油机的功率和性能；③30年代开始燃烧重质柴油，降低了燃料费用。早期柴油机的功率不大。第一次世界大战时期用于商船的最大柴油机功率仅4000马力，第二次世界大战前,单机功率达到20000马力。现在低速柴油机单机功率已达50000马力以上。

现代船用柴油机大部分为低速机,转速约每分钟100转，可直接驱动螺旋桨。80年代初，出现了长冲程和超长冲程的低速机,每分钟转速降到70转以下,使螺旋桨发挥最佳效率。但低速机外形尺寸和重量大。近年来，第二次世界大战后出现的大功率的中速机被逐渐应用于船上。它将气缸排列成V字形,采用减速齿轮，既大大减轻了机身重量，又有利于提高螺旋桨效率。中速机由于机身短小，可以减少机舱的面积和高度，因此特别适用于尾机舱船和机舱位于甲板下的滚装船和载驳船等。

经过不断的改进，柴油机动力装置日臻完善，它的燃料消耗量最低，能使用廉价的渣油，可靠性较高，检修期间隔长达30000小时以上，热效率接近50%,因此成为目前应用最广的船舶动力装置。

燃气轮机动力装置

燃气轮机动力装置在50年代开始用于船舶。目前主要用于军用舰艇。燃气轮机同柴油机和汽轮机比较，单机功率大、体积小、重量轻、加速性能好，能随时起动并很快发出最大功率。燃气轮机在高温、高压下工作，对燃油质量要求很高，热效率也比柴油机低得多，因此在民用运输船舶上应用不多。仅在某些气垫船上用于驱动空气螺旋桨。

核动力装置

以反应堆代替普通燃料来产生蒸汽的汽轮机装置。反应堆中核裂变产生的大能量，被不断循环的冷却水吸收，后者又通过蒸汽发生器将热量传给第二个回路中的水，使之变为蒸汽后到汽轮机中作功。

核动力装置主要用于大型军舰和潜艇。1959年美国在客货船“萨凡那”号上试用功率 20000马力核动力装置成功；1960年苏联在破冰船“列宁”号上采用核动力装置,功率44000马力。此后，联邦德国和日本也分别建造了核动力商船。这些船在试航一段时间后，出于法律和民意上的原因停驶。人们担心放射性物质污染航道、港口和城市环境，因此很多港口拒绝核动力船进港。对核燃料使用后的核废料也还缺乏妥善处理办法。目前这些民用核动力船都已改装为常规动力装置船。

辅助动力装置

为全船提供电力、照明和其他动力的装置，如发电机组、副锅炉等。发电机组是船上最重要的辅助动力装置。蒸汽机船上的发电机组由蒸汽机驱动（有时用小型汽轮机驱动），但容量较小，以供照明电源为主。在汽轮机船上，发电机组由汽轮机驱动，为全船电气设备提供电源。这种汽轮发电机组大部已系列化，容量从500千瓦到2500千瓦不等,可以自由选择。在柴油机船上，有2～3台发电机组，由单独设置的中速或高速柴油机驱动。容量据全船电动机械设备的数量确定，普遍采用440伏三相交流电,频率有50赫兹和60赫兹两种。副锅炉在蒸汽机船和汽轮机船上是供停泊时使用，在柴油机船上供平时取暖和加热用。柴油机船上的副锅炉的燃料可以是燃油，也可以利用柴油机排出的废气所产生的蒸汽。除发电机组和副锅炉外，由于现代船上液压机械设备的驱动需要，还设有液压动力装置，其主要部件为液压油泵，可以用电动机或单独的柴油机驱动。

其他辅机和设备

随着运输船舶性能上的不断完善，船上的辅机和设备也日趋复杂,最基本的有:①舵机、锚机、起货机等辅助机械。这些机械在蒸汽机船上用蒸汽作为动力，在柴油机船上先是采用电动，现多数已改用液压驱动。②各种管路系统。如为全船供应海水和淡水的供水系统；为调节船舶压载用的压载水系统；为排除舱底积水用的舱底水排出系统；为全船提供压缩空气用的压缩空气系统；为灭火用的消防系统等等。这些系统所采用的设备如泵和压缩机等绝大部分是电动的，并能自动控制。③为船员和旅客生活服务的取暖、空调、通风、冷藏等系统。这些系统一般都能自动调节和控制。

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