1、本科毕业论文（20届）船舶动力装置的设计原则与优化方法所在学院专业班级轮机工程学生姓名学号指导教师职称完成日期年月目录0引言11船舶动力装置发展概况211选题的背景及意义212国内外发展现状22船舶动力装置的分类与设计概述321按推进装置的形式分类322常用的几种船舶动力装置3221低速柴油机动力装置的类型3222中速柴油机动力装置的类型3223高速柴油机动力装置的类型4224各类船舶与各类柴油机动力装置的适配要点423船舶动力装置设计的主要内容524船舶动力装置设计的阶段划分53船舶动力装置的设计原则731船舶动力装置设计的特点和主要要求7311船舶动力装置设计的特点7312船舶动力装置设计
2、的主要要求732船舶动力装置设计的节能原则833船舶动力装置设计的环保原则834船舶动力装置设计的经济原则94船舶动力装置的优化方法1041船舶动力装置主要指标1042船机桨匹配的最优选择1243减速齿轮箱的优化选择13431选配原则及步骤13432选配实例1444调距桨推进系统的最佳配合1445节能优化1546仿真技术的应用155结论16致谢错误未定义书签。参考文献17附录错误未定义书签。II摘要船舶的生命在于动力装置，动力装置设计的好与坏在一定程度上决定了船舶性能的优劣，决定着船厂造船成本的高低。本文概括了船舶动力装置的分类、构成、设计要求和设计内容，简介了船舶动力装置设计中的阶段划分、节
3、能原则、环保原则和经济原则。从技术、经济、性能指标的角度说明了船舶动力装置的优化方法，同时探讨了船机桨优化匹配、减速齿轮箱的选择、调距桨推进系统最佳配合、节能优化、仿真技术在船舶动力装置优化中的应用。关键词船舶动力装置；设计原则；优化方法；技术指标ABSTRACTSHIPSLIFELIESINPOWERPLANTTHEDESIGNQUALITYOFPOWERDEVICEDETERMINESTHEDISADVANTAGESOFSHIPPERFORMANCEANDTHEBUILDINGCOSTOFSHIPTHISPAPERSUMMARIZESTHECLASSIFICATIONOFSHIPPOWER
4、PLANT,COMPOSITION,DESIGNREQUIREMENTSANDDESIGNELEMENTSINPARTICULAR,THEDESIGNOFMARINEPOWERPLANTPHASES,ENERGYCONSERVATIONPRINCIPLES,ENVIRONMENTALPRINCIPLESANDECONOMICPRINCIPLESAREINTRODUCEDALSO,THEOPTIMIZATIONMETHODSARERAISEDBASEDONTHETECHNICALINDICATORS,ECONOMICINDICATORS,PERFORMANCEINDICATORSATLASE,T
5、HEMATCHOFSHIPPROPELLER,THECHOICEOFREDUCTIONGEARBOX,THECPPPROPULSIONSYSTEMS,THEENERGYSAVINGOPTIMIZATION,THEEMULATIONTECHNIQUEWHICHAREAPPLIEDINTHEMARINEPOWERPLANTAREDISCUSSEDKEYWORDSMARINEPOWERPLANTDESIGNPRINCIPLESOPTIMIZATIONMETHODSTECHNICALSPECIFICATION0引言船舶是水上作业、运输和保卫国家的工具。船舶动力装置是船舶上的机电设备和系统的总称，通常由
6、主推进装置、辅助供能装置、保证船舶生命力和安全的设备及保证船上人员正常生活所需的设备和环境保护设备等组成。而船舶动力装置又是船舶的重要组成部分，它是为船舶的正常航行、作业、停泊和其他需要提供推进动力和各种二次能源（如电、热水、蒸汽、压缩空气等）的一套复杂的机电设备。船舶动力装置的工作性能和效果是船舶整体性能的一个重要方面，它体现出造船技术和设计艺术的水平。船舶动力装置设计的基本内容，通常包括主推进装置设计、辅助供能装置设计、管路系统与设备设计及机舱布置总体设计四大部分。由于船舶动力装置设计工作的复杂性，因此船舶动力装置的设计工程师与科学工作者必须有正确的设计思想和观点，同时应掌握船舶动力装置计
7、算机辅助设计的基本理论和方法，包括最优化设计的基本概念。总之，船舶动力装置是一个复杂的系统工程，它包含着数量众多的设备和系统。而船舶动力装置设计的任务是根据用船部门的要求，制定一个既切实可行又效果良好、符合设计任务要求的工程设计。21船舶动力装置发展概况11选题的背景及意义当今世界，全球航运业正在经历一个新的变革，其重心正在向东亚，尤其是向中国转移，这给我国航运业的发展带来了很大的机遇和挑战。30多年来，船舶向着大型化、高速化、自动化和高新技术化方向发展，而动力装置技术同样取得了迅速的发展和长足的进步。船舶是水上活动建筑物，它负担运输、作业、研究等任务。船舶动力装置是船舶的重要组成部分，它为船
8、舶提供动力和各种二次能源（电、蒸汽、热水、压缩空气等）。船舶动力装置是各种机电设备和系统的综合的复杂的工程系统。船舶动力装置的设计对全船的技术经济性能和船舶的造价有着重要的影响。众所周知，船舶的生命在于动力装置，动力装置设计的好与坏在一定程度上决定了船舶性能的优劣，决定着船厂造船成本的高低。然而各种国际公约及规则、各国船级社规范和各国政府主管当局的法规的相继发布、生效或有重大修改，对动力装置设计产生重大影响。随着计算机技术的迅速发展，动力装置的设计手段也发生根本性的变革。因此，熟悉动力装置的分类，掌握动力装置的构成，明确动力装置的设计原则，意义重大。而着手于这方面的研究及应用以探讨优化动力装置
9、方法的意义是不言而喻的。12国内外发展现状我国现在民用运输船舶几乎全部使用柴油机动力装置，仅极个别的液化天然气船使用汽轮机动力装置；柴油机的单机功率已接近7万千瓦；低速柴油机的燃油消耗率已降至114G/KWH；普遍使用高粘度劣质燃料油；主机排气及冷却水的废热的利用、中央冷却系统、无人机舱已普遍被采用；防污染要求也越来越严格等。近10多年来,国外在船舶柴油机、燃气轮机、动力传动装置和综合电力系统4个领域技术发展迅速。其中船舶柴油机在高可靠性、低排放和高功率密度等方面取得了长足的进步,这与船舶柴油机在共轨喷油技术、电子控制技术和相继增压技术等领域的发展密切相关。而国外船舶燃气轮机技术的发展方向主要
10、有3个开发高压涡轮新型叶片涂层技术降低有害物排放,开发多种低排放技术发展油耗更低、效率更高的中冷回热船用燃气轮机技术。对于船舶动力传动装置目前大型船舶主要使用以柴油机和燃气轮机为原动机的联合动力传动装置,此外,还针对特殊的需要开发了采用机电混合推进的传动装置。船舶综合电力系统是一种将推进用电和日用电结合在一起并能相互调配使用的新的出船舶电力系统。综合电力系统具有节省燃料,减少维修,缩短推进轴系,可用多种推进器,提高用电灵活性,布置灵活,提高了有效载荷装载能力等优点。总的说来船舶动力发展方向有下列四个方面船舶柴油机化和发动机生产专营化；建立高效船舶发动机新的功率系列；完善船舶动力装置的能量利用；
11、研究从石油转到使用其它燃料的方法。32船舶动力装置的分类与设计概述21按推进装置的形式分类现代船舶动力装置，按推进装置的形式，可分为5大类柴油机推进动力装置；汽轮机推进动力装置；燃气轮机推进动力装置；核动力推进动力装置；联合动力推进动力装置。在现代民用运输船舶中，所采用的动力装置绝大部分是柴油机动力装置，一小部分是汽轮机动力装置。本文仅论述柴油机动力装置的设计。22常用的几种船舶动力装置民用运输船舶主推进系统的主要类型见表1。表1民用运输船舶主推进系统的主要类型装置形式适用船舶按主机形式柴油机动力装置汽轮机动力装置柴油机电力推进动力装置一切民用船舶LNG船调查船、破冰船、火车渡船、豪华游船按推
12、进形式螺旋桨推进喷水推进一切民用船舶小型浅水航道船舶本文主要介绍柴油机螺旋桨推进的动力装置。221低速柴油机动力装置的类型低速柴油机动力装置的类型见表2表2低速柴油机动力装置类型及主要特点类型主要特点低速柴油机直接连接传动定距桨（LDF）1装置简单、成本低、管理方便、维修量小；2推进效率高、使用最广低速柴油机直接连接传动调距桨（LDC）1使用调距桨能提高船舶操纵性，适用于航道复杂的船舶；2造价比定距桨高低速柴油机经减速齿轮箱传动调距桨（LGC）1使用调距桨能提高船舶操纵性；2减速后螺旋桨直径增大，能提高推进效率3增加齿轮箱系统，装置较复杂；4适用于小型低速柴油机，使用较少低速柴油机经减速齿轮箱
13、传动定距桨（LGF）1减速后螺旋桨直径增大，能提高推进效率；2增加齿轮箱系统，装置较复杂；3适用于小型低速柴油机，使用较少222中速柴油机动力装置的类型中速柴油机动力装置的类型见表34表3中速柴油机动力装置类型及主要特点类型主要特点可逆转中速柴油机直接传动定距桨（MDF）1装置简单；2螺旋桨转速高、推进效率较低；3机型较老，除小型船舶外已很少采用不可逆转中速柴油机经减速齿轮箱传动定距桨（MGF）1装置较简单；2螺旋桨转速可降低、能提高推进效率；3齿轮箱须具有倒车功能；4国外已改用调距桨，国内尚有使用不可逆转中速柴油机经减速齿轮箱传动调距桨（MGC、MGC/PTO）1典型的中速柴油机动力装置，应
14、用最广；2按船的吃水可选最大的桨径，使推进效率尽可能高；3齿轮箱不必具有倒车功能；4采用调距桨，能提高船舶操纵性；5轴系不必装制动装置；6典型设计可在齿轮箱上接出PTO（POWERTAKEOFF），驱动轴带发电机；7这种轴带发电机还可设计为逆向使用，即必要时（如主机万一损坏）作电动机使用，使动螺旋桨作返港之需双机并车传动调距桨（TMGC）1能满足船舶不同航行工况的功率需要；2装置的可靠性提高；3齿轮箱可接PTO、驱动轴带发电机。典型设计接一个PTO，也可设计2个PTO，也可不需要PTO223高速柴油机动力装置的类型民用运输船舶采用高速柴油机动力装置不多，主要用在小型船舶上。因高速机均为不可逆转
15、，故必须设置多功能齿轮箱。它的主要型式高速柴油机减速齿轮箱定距桨224各类船舶与各类柴油机动力装置的适配要点民用船舶选配柴油机动力装置的类型时应根据各种船舶的特点及特殊要求，从可靠性、运行经济性、操纵灵活性，以及质量、尺寸、污染、维修、成本等方面综合考虑而定。各类船舶所配柴油机动力装置主要有以下几种1大中型货船，包括散货船、油船、集装箱船这类船舶主要考虑安全可靠，运行经济性高。因此，选配方案有基本型低速柴油机直接连接传动定距桨（LDF）；变化型对某些中型船舶如要求有较高的操纵性（如需进出较狭水道着），则可改用调距桨（LDC）。2中小型货船，特别是中小型集装箱船这类船舶除考虑安全可靠、运行经济性
16、外，主要考虑主机的高度，以使船上能运载更多的集装箱。因此，选配方案有基本型中速柴油机经减速齿轮箱传动调距桨（MGC/PTO）并带轴带发电机；变化型基本型不带轴带发电机（MGC）。3客船、车客渡船、调查船、火车渡船等船舶这类船舶主要应考虑操纵性及安全性，基本上设置双桨。并因机舱高度的限制，主要采用中速5机。因此，选配方案有基本型MGC、PTO；变化型MGC。4政务船，如渔政船、海监船等船舶这类船舶必须具有尖峰负荷的功能，因此其动力装置的可选方案有基本型双（中速柴油）机并车驱动调距桨（TMGC/PTO）；变化型1基本型带两组轴带发电机（TMGC、PTO）；变化型2基本型不带轴带发电机（TMGC）。
17、5豪华游船等需很大功率的双桨船舶与一般客船相比，这类船舶需更大的推进功率，可采用双机并车推进装置，其可选方案有基本型TMGC/PTO；变化型TMGC。23船舶动力装置设计的主要内容船舶动力装置的设计包括以下主要内容21主推进系统设计。包括主机选型、主机及齿轮箱配套、主机及齿轮箱和调距桨配套等；2轴系设计；3电站设计（主电站及应急电站）；4热源系统设计（蒸汽、热媒油等）；5动力系统设计（燃油、滑油、冷却水、压缩空气、进排气、加热蒸汽或热媒油等系统）和辅设备选择；6船舶系统设计（疏排水系统，注入、测量、空气系统，供水系统，舱底水系统，压载水系统，消防系统等，以及油船、液化气船和化学品船的专用系统）
18、；7自动控制、监测、报警系统设计；8防污染系统设计（机舱防油污系统、生活污水防污染系统及防止有毒液体物质污染系统等）；9机舱通风系统设计。24船舶动力装置设计的阶段划分船舶动力装置的设计是船舶整体设计的一部分，是非常重要的一部分。设计是同步进行的。过去，分为方案设计或初步设计、技术设计和施工设计3个阶段。现在，随着造船生产模式的改进，一般分为报价设计及合同设计、详细设计和生产设计3个阶段。其中由于船东提供的技术要求模式、船舶日后使用的权属关系、船厂资历的深浅等方面原因，第一阶段又有若干具体的操作模式4。1船东提供造船合同规格书国外一些大航运公司，在建造船舶之前已对其技术要求、指标、状态进行过论
19、证，并由航运公司本身的技术部门或委托其他咨询公司编就了造船合同规格书。在这种情况下，船厂或设计部门的任务是对该规格书进行校核并提出反馈意见与船东讨论（包括主要设备厂商表），经修改后定稿签字作为造船合同的附件。在这种情况下，报价及合同设计同时进行。2船东提供造船的主要要求对这种情况，由船厂或设计部门首先进行报价设计，船厂将初步报价及简要技术规格发给船东。当船东有意向时再做合同设计。63船东提供招标书招标书相当于合同设计的要求书。在这种情况下，船厂或设计部门便根据招标书进行投标设计，其内容即为合同设计。4船东提供任务书对这种模式，设计部门根据任务书的要求进行方案设计或初步设计，以代替报价设计及合同
20、设计。以上4种情况基本类同，仅方式不同而已。图1表示设计阶段划分示意图。1船东提供合同合格书合同设计2船东提供主要要求提价设计合同设计详细设计生产设计3船东提供招标书CHUAN船东提供招标书提价设计或合同设计4船东提供任务书方案设计或初步设计图1设计阶段示意图73船舶动力装置的设计原则船舶是水上活动建筑物，它担负运输、作业、研究等任务。船舶动力装置是船舶的重要组成部分，它为船舶提供动力和各种二次能源（电、蒸汽、热水、压缩空气等）。船舶动力装置是各种机电设备和系统的综合的复杂的工程系统。船舶动力装置的设计对全船的技术经济性能和船舶的造价有着重要的影响。31船舶动力装置设计的特点和主要要求船舶向着
21、大型化、高速化、自动化和高新技术化方向发展，而动力装置技术同样取得了迅速的发展和长足的进步。而船舶动力装置设计的特点和主要要求也是有着相关规定3。311船舶动力装置设计的特点1须符合船舶的特殊使用条件船用条件，包括环境条件、空间条件。2须设计成具有必要的目标任务条件和合适的保障条件，包括营运条件、作业条件、研究条件及工作条件、生活条件和生存条件。3须全面地综合地进行设计、进行通盘考虑，包括动力装置与总体性能、动力装置与其他专业、动力装置内部各子系统之间的综合平衡和匹配，以实现预定的技术经济指标。4须全面掌握动力装置所覆盖的各技术领域，如船舶推进技术、热能转换技术、电气技术、安全技术、消防技术、
22、防污染技术、冷藏技术、通风和空调技术、仿真技术以及人员生活、生存技术等。5受控于国际公约、规则、船级社规范、船旗国法规等要求和约束。6须根据市场经济的特点，对设备的选用和配套应在目标成本的控制下进行。312船舶动力装置设计的主要要求1原则要求1）营运经济性应使整个动力装置的综合经济性设计得最好，并配合船舶总体性能要求提高全船的营运经济性，降低全船的营运费用。2）可靠性设备的选用和系统的设计应具有高度可靠性，应有必要的备用或具有一定的剩余度。3）操纵性设备和系统的使用应避免繁复，以使操纵简单、管理方便。4）可维性设备的结构型式和系统管路的布局应使维修方便、简捷。5）建造经济性应减少设备及管系的成
23、本费用、降低船厂的建造成本。且设备及管系应力求施工简单，减少船厂的人工费用。6）重量、尺寸指标应尽可能做到重量轻，机舱所占的长度、容积最小。7）振动、噪声指标应使振动最小、噪声最小，符合有关规定并创造满意的工作和生活条件。2具体要求81）符合任务书或规格书或合同文本对动力装置的要求。2）符合船舶总体性能对动力装置的要求。3）符合该船所入船级的船级社规范的要求。4）符合该船登记国（船旗国）的有关法规。如挂中国旗，应符合“船舶和海上设施法定检验规范”，如挂德国旗应符合德国SBG（SEEBERUFSGENOSSENSCHAFT）、BSHBUNDESAMTFURSEESCHIFFAHRTUNDHYDR
24、OGRAPHIC及BAPT（BUNDESAMTFURPOSTUNDTCLCKOMMUNIKATION）等的规定。5）符合该船受控的国际公约、规则的要求。例如对国际航行船舶须符合国际海上人命安全公约（INTERNATIONALCONVENTIONFORTHESAFETYONLIFEATSEA，缩写为SOLAS）、73/78防污公约（INTERNATIONALCONNECTIONFORTHEPREVENTIONOFPOLLUTIONFROMSHIPS，1973，ASAMODIFIEDBYTHEPROTOCOLOF1978RELATINGTHERETO，缩写为MAPPOL73/78）等公约；对油船须
25、符合石油公司国际海事论坛（OILCOMPANIESINTERNATIONALMARINEFORUM，缩写为OCLMF）规则；对液化气体船须符合国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则（INTERNATIONALCODEFORTHECONSTRUCTIONANDEQUIPMENTOFSHIPSCARRYINGLIQUEFIEDCASESINBULK，缩写为IGC）规则等。6）符合该船营运中所涉水域或港口的有关规定。如该船须进入美国水域或专属经济区，则应符合美国海岸警卫队（UNITEDSTATESCOASTGUARD，缩写为USCG）的规则；须经巴拿马运河者应符合巴拿马运河规则等。7）符合设备厂规定
26、或推荐的系统设计要求，或与其协调，以最终满足具体船舶的要求。32船舶动力装置设计的节能原则船舶节能已成为世界各国造船界和航运界研究的重要课题，它关系到节约燃料资源和费用、环境保护以及船舶运营经济效益等问题。近年来，国际海事组织（IMO）加快了实施绿色造船、限制新建船舶温室气体排放的步伐，明确提出了船舶的能效设计指数（EEDI）和能效运营指数（EEOI）执行的时间表。以推船设计为例,为了降低运输成本,推船采用20号重油,油温在多数情况下需要达到120150才能满足喷嘴前重油粘度的要求,传统重油加热方式是重油蒸汽套管伴送至喷嘴前,然后采用各种形式的蒸汽换热器,但是当加热温度要达到130以上就不行了
27、。考虑实效和节能效果,设计时,使用一种直接用烟气加热重油的新方法,即FH烟气余热燃油加热器。其工作原理为小引风机从炉尾烟道排放的废气中抽出一部分约为总烟气量的1/151/10,送入加热器本体中,与重油进行热交换,小引风机的开停由控温系统自动控制,通过检测加热器出口油温是否达到设定值来控制引风机的开停,从而保证油温恒定,烟气在加热器内的通道中流速很高,平均流速为20M/S,所以烟气不易在通道上积尘,从而避免加热器堵塞。由于油温升高,雾化改善,燃烧完全度提高,烟尘中残量减少,同时起到环保效果。33船舶动力装置设计的环保原则船舶对海洋所造成的污染,大致可分为大气污染、垃圾污染固态垃圾和液态垃圾、压载
28、水污染、噪声污染等。大气污染主要来源于船舶的废气排放固态垃圾主要包括塑料制品、纸制品、9玻璃、金属及食品等废弃物液态垃圾包括含油污水如舱底污水及船员和乘客产生的生活污水噪声污染主要来自机舱、同时还有通风系统、甲板机械、推进系统等所发出的噪声。对船用废气排放的控制,通常有两种途径其一是通过改善燃烧特性和降低燃油中的含硫量,使柴油机不产生或少产生上述有害气体其二是通过对柴油机排气的后处理,降低废气直接排入大气的程度。当前废气排放控制的主流技术是脱硝（SCR）、脱硝脱硫一体化装置，应用这种方法，显著降低了船舶废气中有害气体的含量。处理船舶所产生的固、液体垃圾的途径有三种船舶自行处理如使用船用焚烧炉、
29、港口处理船以及垃圾接受船,接受垃圾运往陆地。使用船用焚烧炉技术虽然处理垃圾效果较好,但由于投资成本较高,不适于中小型船舶。目前从技术上看,将船上的垃圾收集运往陆地,实施资源化管理,即用垃圾接受船将垃圾运到岸上的方法最成熟,也适合我国对垃圾进行二次利用的环保政策。动力装置中产生较大噪声的机械有柴油机、增压器、减速齿轮箱、空气压缩机等。为了轮机员的健康,一般可采用吸声降噪、隔声降噪、采用进、排气消声器来控制发动机的进、排气噪声。措施降低和消除噪声。34船舶动力装置设计的经济原则近年来,船用柴油机市场竞争激烈,许多中速柴油机制造厂商,先后开发了大缸径、大功率新一代中速柴油机,提高了单缸功率,在同等功
30、率下做到比低速柴油机尺寸小、重量轻。在提高经济性方面,开发出能直接燃烧劣质燃油并降低了油耗的中速柴油机。船舶动力装置的经济性，就是在不同功率配置下计算出最佳船机桨性能参数，选择最佳的螺旋桨转速，计算出不同主机功率配置下的最优自由航行航速及系柱拖力，这些问题，在动力装置设计阶段就应考虑进去，以达到动力装置的最佳经济效果。104船舶动力装置的优化方法船舶动力装置的优化方法有很多，它们的共同点就是达到节能、环保、经济的目的，而动力装置的主要指标是衡量优化结果的标准。本章从船机桨优化匹配、减速齿轮箱的优化选择、调距桨推进系统的最佳配合、节能优化、仿真技术等方面介绍船舶动力装置的优化方法。41船舶动力装
31、置主要指标船舶动力装置的优化，首先应掌握船舶动力装置的主要技术经济指标，从各个指标参数中，总结出动力装置的优化方案8。1技术指标1）功率指标对民用运输船舶，可用每一载重吨、每一节航速所需的主机额定功率PA（KW/TKN）来表示MEASPPDWTV1式中MEP主机的额定功率（KW）；SV船舶服务航速（KN）；DWT船舶的载重量（T）。2）质量指标主机功率的单位质量MEG（T/KW）MEMEMEGGP2式中MEG主机的质量（T）；MEP主机的额定功率（KW）。动力装置功率的单位质量PPG（T/KW）PPPPMEGGP3式中PPG动力装置总质量（包括主机、辅机、锅炉、轴系、管系等）（T）。主机的相对
32、质量MET/TMEMEGDWT4动力装置的相对质量PPT/T11PPPPGDWT53）尺寸指标面积饱和度ERK（KW/2M）MEERERPKS6式中MEP主机的额定功率（KW）；ERS机舱所占的面积（2M）。容积饱和度RK（KW/3M）MERPKV7式中V机舱所占的容积（3M）。长度比L（M/M）ERLPPLL8式中ERL机舱的长度（M）；PPL船舶的垂线间长度（M）。2经济指标1）主机燃油日耗量FOCGT/D32410FOCCSRCSRGPG9式中CSRP主机在CSR（CONTINUOUSSERVICERATING）时的功率（KW）；CSRG主机在CSR时燃油消耗率（KG/KWH）。2）船舶
33、燃油日耗量DG（T/D）DFOGGDABGGGG10式中GDG发电柴油机的日耗油量（T/D）；ABG辅锅炉的日耗油量（T/D）。123）每海里燃油消耗总量NG（T/NMILE）24DNSGGV11式中SV船舶航速（KN）。3性能指标1）动力装置机动性系指动力装置能迅速改变工况的能力，通常以时间长短作为指标。一般包括起动、加速、倒车及停车等性能。2）动力装置可靠性系指动力装置在规定的维护、修理、使用条件和时间内，能正常稳定工作的能力。动力装置的可靠性既取决于设备本身的可靠性，也取决于整个系统的组成。应采用冗余理论和技术，使动力装置在某一或几台设备发生故障或损坏时，仍能维持推进力及供电。随着设备可
34、靠性的提高以及装置设计的更趋简化、合理，民用船舶动力装置越来越具有较强的生命力。3）动力装置自动化程度系指机舱机电设备自动化及遥控的等级。一般分为有人机舱和无人机舱两大类。4）噪声的控制和有害振动的预防系指满足噪声和振动的控制指标。由以上指标，我们明确了船舶动力装置优化的目标，下文具体探讨了船机桨优化匹配、减速齿轮箱的优化选择、调距桨推进系统的最佳配合、节能优化、仿真技术几种优化方法。42船机桨匹配的最优选择船机桨的匹配要求，归结为螺旋桨设计点的确定，船舶设计部门除根据自己的设计经验外，尚应参考主机厂得推荐。以SULZER为例说明。图2表示无轴带发电机的SULZER低速机定距桨装置螺旋桨设计点
35、的要求。从图中可见，螺旋桨设计点须考虑5的轻运行裕度，亦即螺旋桨的最佳流体动力点应优化在B点。B点应为90CMCR功率10138CMCR转速。轻运行裕度100RDDNNLRN1343减速齿轮箱的优化选择431选配原则及步骤1按推进系统形式选择减速齿轮箱的功能表4减速齿轮箱功能选择推进系统形式减速齿轮箱应具有的功能不可逆转柴油机减速齿轮箱定距桨减速带离合器、可逆转、内置推力轴承不可逆转柴油机减速齿轮箱调距桨减速、内置推力轴承不可逆转柴油机减速齿轮箱调距桨（连轴带发电机）减速、内置推力轴承、具有PTO双机单桨应采用双进单出并车齿轮箱2按推进系统布置的尺寸要求选择减速齿轮箱的结构形式表5减速齿轮箱结
36、构形式选择推进系统的尺寸特征减速齿轮箱结构形式螺旋桨中心高低位置适中、机舱上下部位尺寸足够可用输入、输出在同一轴线上的减速齿轮箱螺旋桨中心位置偏低、机舱下部受结构限制应采用高输入、低输出的垂直偏心减速齿轮箱螺旋桨中心位置无法进一步降低、机舱高度有限制应采用输入、输出在水平方向的水平偏心减速齿轮箱3按船舶吃水、航速（螺旋桨的最大可能直径）及主机转速大小考虑适当的减速比。4算出传扭能力，即输入额定功率（KW或BHP）/输入转速（R/MIN）。5在所定型号的减速齿轮箱选择图表上（注意船级社的不同）查出具体规格。6在名义减速比的基础上进一步查出实际减速比。7根据实际减速比核算具体规格的正确性，并核定减
37、速齿轮箱实际输出转速13。额定螺旋桨特性图2螺旋桨设计点（SULZER机，无轴带发电机）CMCRRXA5LRDBP（RX）6590100N（RX）100螺旋桨曲线SM015PSM10PEM/OM14432选配实例柴油机WARTSILA8R32EP3280KW，1N750R/MIN；调距桨2N155R/MIN；选齿轮箱WICHMANNSCV型113280437MIN750PKWRN12750484155NIN查图3，可选定齿轮箱型号为SCV750。图3WICHMANN齿轮箱选型图44调距桨推进系统的最佳配合1低速柴油机直接连接调距桨螺旋桨与主机的转速相同，因而螺旋桨的直径基本上与定距桨相同（由于
38、桨毂增大，效率要低12），螺旋桨的直径尽可能设计得大，以提高推进效率。但需使桨叶顶端与船体之间留有一定的间隙。2低速柴油机经减速齿轮连接调距桨这种情况应用较少，仅用于小型低速机（如MANB第二阶段是技术设计阶段,即要提供详尽的计算书第三阶段是施工设计。船舶动力装置推进系统本身是一个复杂的非线性系统,无法用常规的分析方法计算它在各种机动工况下的动态特性,而借助于陆上试验和海上试验费时长、投资多、风险大,且受到各种条件的限制,因此,目前动力装置的设计,存在计算量大、工况计算不全等缺点。目前,仿真软件系统以多用户、多任务操作系统为基础,包含了多种应用软件,软件设计多采用多种语言混合编程的模式。动力装
39、置是一个非常复杂的非线性系统,随着对其仿真软件功能要求的逐渐提高,仿真软件结构变得越来越复杂。它往往是由许多不同开发人员协同开发的,由于各开发人员的个性、特长和实现功能的不同,因而软件代码的组织便成为一个非常重要的问题。利用模块化建模原理,采用C软件构建动力装置的仿真系统。根据初步设计参数,利用该仿真系统对全燃动力装置的各运行工况进行实时、动态仿真计算,并根据动力装置的设计要求,通过仿真准确计算出动力装置各部件的性能参数。根据仿真结果可以得出结论设计参数能完全满足船舶的技术性能,在运行过程中,动力涡轮转速符合主机的要求,其他各部件的性能参数与国外同类型船舶的性能参数相一致。因此,利用仿真系统为
40、准确设计船舶动力装置提供了一个准确、方便的计算方法,在设计一种新的动力装置中,我们只需要修改其基本参数,便能准确知道各运行工况下的运行特性,简化了设计11。综上所述,船舶动力装置的优化在考虑了船舶环保性能的同时,又要兼顾船舶的经济效应,以及要有较强的可行性和实用性,这就要求在动力装置设计的阶段中解决船舶设计节能、环保和经济的矛盾。同时应注重船舶动力装置计算机辅助设计的基本理论和方法，以应用在船舶动力装置设计的过程中。165结论动力装置作为船舶的心脏,一直是各国船舶研究的重点,近年来国外船舶动力装置在各个领域均发展很快。我们应对国外动力装置发展现状及趋势进行总结,针对各项新技术对船舶动力装置发展
41、的推动作用和影响进行总结，以应用在我国船舶的建造中。本文分析了船舶动力装置的分类、设计内容、设计原则及船舶动力装置的主要指标，然后探讨了船机桨优化匹配、减速齿轮箱的优化选择、调距桨推进系统的最佳配合、节能优化、仿真技术五种优化方法的原理和各自的特点，得出如下结论1从不同类型动力装置的对比分析中，我们看到了各类动力装置的使用特点以及各类动力装置与各类船舶的适配要点，我们要明确船舶动力装置的设计内容以及设计的阶段划分，做好船舶动力装置设计前得准备工作。2由船舶动力装置设计的特点、主要要求，总结出船舶动力装置设计中的原则要求和具体要求。同时，我们应掌握船舶动力装置设计中节能原则、环保原则、经济原则，
42、在动力装置设计阶段中解决船舶设计节能、环保和经济的矛盾。3技术指标、经济指标、性能指标，是动力装置优化应要达到的标准，船机桨优化匹配、减速齿轮箱优化选择、调距桨推进系统的最佳配合、节能优化、仿真技术这五种优化方法在动力装置设计中的应用，就是为了使动力装置的各个指标达到最优结果。特别是仿真技术的应用，是当前动力装置设计的发展趋势计算机辅助设计。4船舶动力装置优化的方向与发展趋势节能、环保与经济。17参考文献1吴志良，郭晨船舶电力系统浮动频压节能技术的研究与应用J中国造船，2007，21713152杨磊60T打捞/1M3抓斗挖泥两用船动力装置设计J江苏船舶，2003，20327293宋帆，李路25
43、6TEU敞口集装箱船动力装置设计J江苏船舶，2004，21117184陈勇1500T成品油船动力装置设计特点J江苏船舶，2002，19526275王麟1600箱集装箱船动力装置的设计J船舶设计通讯，2000，14（8）11146张建霞，许乐平MSC在船舶动力装置设计中的应用J中国水运，2010，101019267朱智春玻璃钢高速船动力装置设计J上海船舶运输科学研究所学报，2009，32211158张跃峰船用水动力节能装置分析J上海造船，2010，12（6）19219马俊，王明新，张仁兴仿真技术在动力装置设计中的应用J造船技术2006，1513162210杜剑维，汤建华，李南国外舰船动力装置技术
44、发展现状及趋势J舰船科学技术，2010，328172311刘永葆，马俊，王明新基于仿真技术的动力装置优化设计技术研究海军工程大学学报，2007，197252912LIYINGLIN,ZHANGXIAOSONG,PARAMETRICOPTIMIZATIONOFPOWERSYSTEMFORAMICROCCHPSYSTEMJOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITYENGLISHEDITION,VOL26,2010,2172113金华建我院拖船动力装置设计的回顾与展望J船舶设计通讯，1999，146212414汪涛，蒋学亮新型17M航政艇动力装置的优化J江苏船舶，2009，2611217
45、15李超斌，张更云，王旭东一种坦克辅助动力装置的设计与分析J四川兵工学报，2009，308141916张长荣，李幸平，孙有亮架桥机喂梁后动力装置设计J建筑机械化，2004，343101617宋秋红，泰淳，张健渔船动力装置优化配置的研究J造船技术，2007，113222518ANTONIPODSIADLO,WIESLAWTARELKO,MODELLINGANDDEVELOPINGADECISIONMAKINGPROCESSOFHAZARDZONEIDENTIFICATIONINSHIPPOWERPLANTS,DEPARTMENTOFENGINEERINGSCIENCES,GDYNIAMARITIMEUNIVERSITYAUL2007,23313919NUSACHEV,YUBSHPOLYANSKII,BPISTORIKPERFORMANCECONTROLOFAMARINEPOWERPLANTINTHERUSSIANARCTICCOASTANDPROSPECTSFORTHEWIDESCALEUSEOFTIDALENERGY,TRANSLATEDFROMGIDROTEKHNICHESKOESTROITELSTVO,2004,71723
