I 船舶修造企业质检人员培训教材
轮机检验基础
船舶修造企业质检人员培训教材编写组
二0一四年三月
I
II 目 录
第1章 船舶动力装置概述 ........................................................................................................ 1
1.1 动力装置的组成和基本要求 ........................................................................................ 1 1.2 船舶动力装置的发展 ................................................................................................... 2 第2章 船舶动力装置主要类型——内燃动力装置 ............................................................... 3 第3章 船用柴油机 .................................................................................................................... 5
3.1 船用柴油机概述 ........................................................................................................... 5 3.2船舶柴油机的检测要点 .............................................................................................. 10 第4章 传动型式和设备 ....................................................................................................... 12 第5章 轴系与螺旋桨 ............................................................................................................. 16
5.1 轴系 ............................................................................................................................ 16 5.2 螺旋桨 ........................................................................................................................ 23 5．3螺旋桨和轴系的检验 ............................................................................................... 25 第6章 船舶辅助机械和装置 .................................................................................................. 30
6.1 船用泵 ........................................................................................................................ 30 6.2 空气压缩机 ................................................................................................................ 34 6.3 船用油水分离器 ....................................................................................................... 42 6.4 船舶锅炉 ..................................................................................................................... 50 6.5 冷藏及速冻装置 ....................................................................................................... 54 第7章 管 系 ........................................................................................................................... 58
7.1 概 述 ......................................................................................................................... 58 7.2 船舶管系 ................................................................................................................... 68 7.3 动力管系 ................................................................................................................... 73 7.4 泵和管系的一般规定 ................................................................................................ 77 7.5 油船管系 .................................................................................................................... 81
II
1 第1章 船舶动力装置概述
1.1 动力装置的组成和基本要求
1.1.1 动力装置的组成 一、船舶动力装置的含义
“船舶动力装置”的原始概念是代替人力或风力而产生船舶推进动力的一套机械、设备与系统，通俗称为“轮机”。而现代的“船舶动力装置”是船舶为获取推进机械能、电能和热能而配置的机械设备的有机组合体，其目的是用以保证船舶正常航行、停泊、作业及船员正常生活的需要。
二、船舶动力装置的分类
根据提供能源方式，船舶动力装置可分为： 1、蒸汽动力装置
蒸汽动力装置是以蒸汽机或汽轮机作为主发动机的动力装置。燃料在主锅炉中燃烧，产生蒸汽，由蒸汽带动蒸汽机或汽轮机工作。这种动力装置重量大，占舱容多，船舶上已不采用。
2、内燃动力装置
内燃动力装置是采用内燃机作为主发动机的动力装置，其特点是体积小、重量较轻。目前机动船舶几乎都采用以柴油机为主机的内燃动力装置。 3、核动力装置
核动力装置是用核燃料在反应堆中核反应产生的热能产生蒸汽，用蒸汽带动汽轮机工作。其特点是功率大，续航力强，不需空气助燃，现多用于军事舰艇。
三、船舶动力装置的组成 船舶动力装置由如下装置组成： 1、推进装置
推进装置是提供船舶航行动力的整套设备。它是船舶动力装置中最主要的部分。推进装置包括：
1
2 （1）主发动机
主发动机简称为“主机”， 是指产生推进动力的原动机。机动船舶几乎全部采用柴油机作为主机。 （2）轴系
轴系的作用是将主机的功率传递给推进器。它是由传动轴（推力轴、中间轴、尾轴、螺旋桨轴）、 离合变速装置、轴承联轴器、密封件等组成。 （3）推进器
推进器是将主机的功率转换为船舶推动力的装置。船舶推进器基本上都采用螺旋桨。 2、辅助装置
除了推进装置之外，船上还需供应其他各种能量的设备，如船舶电站、辅助锅炉装置、压缩空气站等，统称为辅助装置。
3、管路系统
为了连接各种机械设备和输送油、水、气等有关工质，还必需有管路系统。其中为主机服务的燃油、滑油、冷却水、压缩空气、进排气及废热利用等系统，称为动力管路系统。此外还有全船服务的管路:系统如为保障安全方面所必需的舱底水、压载、消防等系统：为生活所需要的通风、取暖、空调、冷藏、供水、卫生及制淡等系统。
4、甲板机械
这是为保证锚泊、装卸货物及收放救生艇等所需要的。锚泊机械有锚机、绞缆机和绞盘等。操舵机械有舵机及其操纵和执行机构等。供装卸货物用的有起货机、吊货杆等。装卸液货则使用泵和装卸管路，这就从属于管路系统了。救生艇的收放则有吊艇架和吊艇机等。特种用途的船还有专用的甲板机械，如拖船的绞缆机和渔船的起网机等。
5、机舱自动化设备
这是为实现主机、辅机遥控、集控的设备。它包括自动控制和调节系统，自动操纵和集中监测及报警系统。
在动力装置的五个部分中虽然说推进装置最为重要，但仍必须依赖五个组成部分的有机配合。
1.2 船舶动力装置的发展
船舶动力装置的发展经历了人力到动力机械漫长的历史过程，近代动力机械的出现大大加速了船舶动力装置的发展。早期20世纪20-50年代前，蒸汽机船处于优势地位，但到目前由于更先进的船舶动力装置的飞速发展，使得此类蒸汽机动力装置已濒临绝迹的地步。
2
3 自1893年柴油机获得专利至今已有100年的历史，各种类型的柴油机在这期间得到了巨大的发展。据最近的资料表明，柴油机发展现状具有下列的特点：
（1）电子系统相继在柴油机上应用，如电子控制喷油、调速、喷油提前角的自动调整。 （2）由于人们越来越重视环境污染问题，相应的柴油机排放废气控制的法规相继产生，如控制NOX（氮氧化物）和硫化物的成分近期作了大量的研究并取得了较大的成果。 （3）各个国家纷纷研制气体燃料的发动机，同样也是为了改善发动机排放废气的污染程度。
（4）大多数柴油机制造厂继续致力于柴油机的可靠性、经济性及可维修性的研究。 （5）集中科研技术力量发展新技术、新结构。
随着电子技术的发展和电子计算机船舶动力装置设计、制造和使用中广泛的应用，船舶动力装置的综合自动化是一个总的趋势，可以预料：动力机械加自动化将会促进船舶动力技术革命的到来。
第2章 船舶动力装置主要类型——内燃动力装置
船舶动力装置中，其主机和副机都具有不同的型式。但主机的功率比副机功率通常要大得多。因此，船舶动力装置一般是以主机的结构型式来分类和定名的。船舶主机的作用在于
3
4 把燃料燃烧所产生的热能转化为机械功，以推动船舶运动。根据主机采用燃料的性质、燃烧场合、使用工质及其工作方式，船舶动力装置可分为蒸汽、内燃和核动力三大类。 以内燃机作为船舶主机的推进装置，称为内燃动力装置。燃料直接在发动机气缸内或燃料室中燃烧将高温高压燃气的热能转化为机械功。
根据内燃机的工作方式和特点，可分为往复式柴油机和回转式燃气轮机两种，现主要介绍往复式船舶柴油机。
在现代船舶中，柴油机作为船舶主机，得到极为广泛的应用。从每年完成的造船量来看，柴油机船占造船总数的98%以上，柴油机总功率占造船总功率的99%以上。因为它有许多显著的特点：
1、具有较高的经济性。首先表现在具有最低的耗油率。如大型低速船用柴油机RTA系列最低耗油率达到166g/kg2h；LMC系列的最低耗油率达到160g/kg2h；中速柴油机的耗油率低于180g/kg2h。这是其他类型的发动机无法相比的。
其次，财政开支柴油机的燃料燃烧后直接在气缸内形成高温高压的燃气而膨胀作功，且燃烧及排气的温差大，因此柴油机的有效热效率高，一般可达到35%～46%。而蒸气轮机动力装置的热效率一般为253%。
2、机型多、功率范围广。随着航运事业的发展，已出现各种类型的船舶，排水量小到几十吨，大到几十万吨；对航速和功率也各有不同的要求。因此，作为船舶推进的柴油机的功率，从几十千瓦，且有大中、小型和高、中、低速的各种船用柴油机之分，可满足各类船舶航行的需要。
3、具有良好的机动性。操纵简便，启动迅速，正倒车灵活而简单。一般从准备启动到启动结束约需10min；从冷态启动到全负荷运行也只需10min多一点；在应急时，不超过3～4min；停车只需数秒钟。
4、低速大功率柴油机的尺寸和重量较大。由于柴油机的尺寸和重量在一定的转速下，随功率的增长而成比例的增加因此使单机组的功率受到一定的限制。
5、柴油机是往复式运动的机械，故工作时产生运动的不均匀性和惯性力的作用，使噪声和振动都较大。
6、柴油机在低速运转时，常常由于燃烧不良引起工作的不稳定，一般在额定转速的30%以下不能稳定工作。它的过载能力也较差，一般仅能超过10%，而且连续工作不能超过1h。
4
5 第3章 船用柴油机
3.1 船用柴油机概述
3.1.1 船用柴油机特点 一、船用柴油机分类
柴油机是用柴油为燃料的内燃机。符合船舶检验规范的规定，经验船部门检验认可并发给船用产品证书，适合在船上使用的柴油机称为船用柴油机。船舶用柴油机应经船舶检验部门的检验方可装船。 1、船用柴油机的分类
（1）按照完成工作循环的方法分，有四冲程柴油机（如潍坊柴油机厂生产的 6160柴油机）和二冲程柴油机（如南通船舶柴油机厂生产的 150系列柴油机）。 （2）按气缸冷却方式分，有水冷柴油机和风冷柴油机。 （3）按气缸进气方式分，有非增压柴油机和增压柴油机。 增压比小于1.7的增压柴油机为低增压柴油机。 增压比为 1.7至 2.5的增压柴油机为中增压柴油机。 增压比大于2.5的增压柴油机为高增压柴油机。 （4）按活塞平均速度或曲轴转速分：
高速柴油机——活塞平均速度大于 8.0m／s或转速大于 1000r／min。
中速柴油机—一活塞平均速度为 6.0至 8.0m／s或转速为 250～1000r／min。 低速柴油机—一活塞平均速度低于6.0m／s或转速小于250r／min。 （5）按柴油机结构特点分： ①筒形活塞式和十字头式柴油机。 ②立式和卧式柴油机。
③根据气缸排列方式，有直列式、V型、W型和星型柴油机。 （6）按柴油机能否倒转分：
可倒转柴油机：曲轴可倒转的柴油机。
不可倒转柴油机：曲轴不可倒转，改变螺旋桨转向需靠倒顺车离合器、齿轮箱或可调螺距螺旋桨。
2、船用柴油机的型号
5
6 我国生产柴油机的型号由数字和汉语拼音字母组成，它能反映出该柴油机的主要结构、用途。
（1）中高速柴油机
这类柴油机的型号表示四个方面的内容。第一部分为气缸数，第二部分为技术特性，第三部分为气缸直径，第四部分为进气状态和用途。 型号示例：
12 VE 230 ZC 进气状态和用途 气缸直径（mm） 技术特性
气缸数目
中、高速柴油机型号表示中的气缸排列形式及技术特性代号意义，目前我国尚未明确规定，现仅就部分工厂规定介绍如下： 技术特性代号：
V一表示气缸排列为V型，不用V则为直列式机型。 E一表示二冲程，不用E则为四冲程。 进气状态和用途： C一船用，无C字为陆用。 Z一增压，无Z字则为非增压。 G一表示改型产品。
上述示例即为：12缸、V型、二冲程、气缸直径230mm、增压船用柴油机。
又如 2105C型表示为 2缸、直列式、四冲程、气缸直径 105mm、非增压船用柴油机。 （2）大型低速柴油机
这类柴油机的型号表示四个方面的内容。第一部分为气缸数；第二部分为技术特性代号；第三部分为气缸直径和活塞行程；第四部分表示改型的第几代产品。 型号示例：
6 ESDZ 75/160 B 改型的第几代产品
气缸直径(cm)/活塞行程(cm)
技术特性代号
气缸数目
技术特性代号是以各汉语拼音第一字母来代表其含义，即 E一二冲程，不用 E则表示四冲程机。 S一十字头，不用S则表示筒形活塞式。
6
7 D一可以直接倒转，不用D则表示不可直接倒转。 Z一增压，不用Z则表示非增压。
上述示例即表示该机为6缸、二冲程、十字头式、可逆转、增压、船用低速柴油机，其气缸直径为 750mm，活塞行程为 1600mm，为第二代改型产品。
又如9EDZ43／67型号的柴油机，表示该机为9缸、二冲程、筒形活塞式、可逆转、增压船用低速柴油机、其气缸直径为430mm,活塞行程为670mm。 3.1.2 船用柴油机基本结构
图 3.1.2.1 柴油机的构造简图
1-曲轴箱 2-曲轴 3-主轴承 4-曲柄销 5-连杆螺栓 6-连杆 7-凸轮轴传动装置 8-凸轮轴 9-喷油泵 10-顶杆 11-进气总管 12-进气阀 13-高压油管 14-气阀摇臂 15-喷油器 16-气阀弹簧 17-排气阀 18-排气总管
19-气缸盖 20-水套 21-活塞 22-活塞销 23-气缸套 24-气缸体 25-轴承座 26-机座
一、筒形活塞式柴油机的基本结构
柴油机的结构比较复杂，而且型式很多，但它们的结构有许多相同或相似之处。本节仅简要介绍船舶普遍采用的筒形活塞式柴油机的基本结构和辅助系统。
7
8 图3.1.2.1为一台四冲程筒形活塞式柴油机的横剖视示意图，基本上表示出柴油机的基本结构。它包括： 1、燃烧室组件
燃烧室由气缸盖19、活塞21和气缸套23等组成，是柴油燃烧和燃气膨胀的气缸工作空间。
2、曲柄连杆机构
包括连杆组件和曲轴组件。连杆6的小头用活塞销与活塞连接，大端与曲轴2的曲柄销4连接。曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变为曲轴的回转运动，把推动活塞的燃气压力转变为扭矩，通过曲轴输出。 3、支承连接组件
它包括主轴承3、机座26和机体24等。主要功能是支承和安装柴油机的所有运动机件、固定机件和附属设备。 4、配气机构
由凸轮轴8、顶杆10、进气阀12、摇臂14、气阀弹簧16、排气阀17、进气管 11和排气管 18等组成；用来在规定的时间以曲轴转角计算向气缸内充入足够的新鲜空气和将气缸内作功后的废气排入大气。 5、燃油喷射机构
由高压喷油泵9、高压油管13、喷油器15等组成，用来在规定的时间以曲轴转角计算将柴油呈雾状喷入气缸。
二冲程柴油机的基本结构与四冲程柴油机相同。不同的是二冲程柴油机用扫气泵进行扫气，完成向气缸内充入新鲜空气和排除废气的功能，所以无四冲程柴油机的配气机构，另设扫气装置。由于扫气口开在气缸套上，从而省去了进排气阀及传动机构，简化了柴油机的构造。图3.1.2.2为二冲程柴油机的横剖视示意图。
二、柴油机的辅助系统
柴油机的辅助系统如图3.1.2.3所示。它主要包括燃油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统和调速、换向、操纵系统。 1、燃油系统
由日用燃油柜、燃油输送泵、燃油滤清器连同柴油机燃油喷射机构组成。用来向柴油机输送清洁的燃油并将燃油喷入气缸。
8
9 2、润滑系统
润滑油泵1经滤网2从柴油机下部油池吸入润滑油，压送经润滑油滤清器3、润滑油冷却器6后进入柴油机内的摩擦面，使作相对运动机件间的摩擦而得到润滑。 3、冷却系统
冷却系统分闭式冷却系统和开式冷却系统。在闭式冷却系统中，海水泵4从船外吸入海水，送至淡水冷却器5冷却淡水后排到船外；冷却过气缸套、气缸盖和排气管等的淡水，经淡水冷却器降温后，进入润滑油冷却器冷却润滑油，再被淡水泵7送入柴油机冷却水空间。膨胀水箱8用来补充调节淡水水量。 海水盐度高，对柴油机部件腐蚀性大。 4、起动系统
船舶上除小功率柴油机有的用电起动外，多数采用压缩空气起动系统。起动时，打开空气瓶 17的排出阀和主起动阀 16后，压缩空气经起动空气分配器11、气缸起动阀10进入气缸，推动活塞运动，同时，燃油系统将燃油供入气缸，使柴油机投入工作。 5、调速、换向装置和操纵系统 调速装置的作用是使燃油系统高压油泵的供油量随负荷变化而自动改变，以使柴油机转速保持稳定。换向装置（指可倒转柴油机）用来改变柴油机曲轴的转向。操纵系统用来控制柴油机的起动、调速、换向和停车等。
图 3.1.2.3 柴油机的辅助系统
1-润滑油泵 2-滤网 3-润滑油滤清器 4-海水泵 5-淡水冷却器 6-润滑油冷却器 7-淡水泵 8-膨胀水箱 9-喷油器 10-气缸起动器 11-起动空气分配器 12-日用燃油柜 13-燃油输送泵 14-燃油滤清器
15-喷油泵 16-主起动阀 17-储气瓶
.
图3.1.2.2 二冲程柴油机的结构
1、6-扫气室 2-扫气泵 3-扫气口 4-喷油器 5-排气阀 7-活塞
开式冷却系统直接由海水冷却柴油机气缸套等和润滑油冷却器，省却了淡水系统。但因
9
10 3.2船舶柴油机的检测要点
1、主机修理后的安装检验
（1）检查机架、机座及其垫片的安装情况：
①检查机座、机架的安装是否牢固，各接触面间应紧密巾合，连接螺栓应牢固可靠，机座与垫片间间隙在螺栓拧紧前一般不能插入0.05mm塞尺。
②机座紧配螺栓应不少于总数的15%，且至少不少于4只，垫片厚度应在10—75㎜之间，钢质垫块厚度不大于25mm，铸铁垫块厚度不小于25mm。
单位:mm 表3.2.1 二冲程筒形 气 缸 直 径 >125~150 >150~175 >175~200 >200~225 >225~250 >250~275 >275~300 >300~325 >325~350 >350~375 >375~400 >400~425 >425~450 >450~475 >475~500 >500~525 >525~550 >550~575 >575~600 >600~625 >625~650 >650~675 >675~700 >700~750 >750~800 装配间隙 0.20~0.24 0.24~0.28 0.28~0.32 0.32~0.36 0.36~0.40 0.40~0.44 0.44~0.48 0.48~0.52 0.52~0.56 0.56~0.60 0.60~0.64 0.64~0.68 0.68~0.72 0.72~0.76 0.76~0.80 0.80~0.84 间隙 0.75 0.90 1.00 1.10 1.10 1.20 1.20 1.30 1.30 1.40 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 3.30~3.50 3.50~3.70 3.70~3.90 3.90~4.10 4.10~4.30 4.30~4.50 4.50~4.70 4.70~4.90 4.90~5.10 5.10~5.30 5.30~5.50 5.50~5.70 5.70~5.90 0.72~0.76 0.76~0.82 0.82~0.86 0.86~0.91 0.91~0.95 0.95~1.00 1.00~1.05 1.05~1.10 1.10~1.15 1.15~1.20 1.20~1.30 1.30~1.45 1.45~1.60 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80 2.90 3.00 3.20 3.40 3.80 0.18~0.55 0.51~0.58 0.55~0.62 0.59~0.66 0.63~0.70 0.67~0.74 0.71~0.79 0.76~0.84 0.81~0.88 0.86~0.92 0.91~0.96 0.95~1.02 0.98~1.10 活塞式柴油机 活塞裙部 极限 顶部间隙 装配间隙 极限间隙 裙 部 十字头式柴油机 耐磨环处 装配间隙 2、主柴油机调整器、安全装置检验
主柴油机调速器，超速保护装置、紧急停车、滑油低压、冷却水高温报警等装置，如经修理或换新，应检查各精密配合件的装配间隙与调整记录，按实际可能进行效用试验。 3、缸套及活塞的磨损间隙记录，最大允许间隙一般不应超过表3.2.1、3.2.2的规定。
10
11 检查曲轴臂距差，曲轴与轴系连接后，冷态下的臂距差不应超过表3.2.3的规定。 对活塞行程小于400mm者修理后的臂距差，可为每m活塞行程0.15mm，但不超过0.05mm。对大重量飞轮且属挠性连接者，当飞轮装妥后，近飞轮端的第一道曲拐臂距差，可放宽为每m活塞行程不大于0.175mm。
单位：mm 表3.2. 2 四冲程筒形活塞柴油机 气 缸 铸铁及铝合金活塞顶不间隙 活 塞 裙 部 铸铁活塞 铸铁活塞 铝 活塞 直 径 顶部有冷却 顶不无冷却 装配间隙 极限间隙 装配间隙 >75~100 >100~125 >125~150 >150~175 >175~200 >200~225 >225~250 >250~275 >275~300 >300~325 >325~350 >350~375 >375~400 >400~425 >425~450 0.50~0.64 0.64~0.80 0.80~1.00 1.00~1.16 1.16~1.32 1.32~1.48 1.48~1.64 1.64~1.80 1.80~1.96 1.96~2.12 2.12~2.28 2.28~2.44 2.44~2.60 2.60~2.78 2.78~2.96 0.60~0.80 0.80~1.00 1.00~1.20 1.20~1.40 1.40~1.60 1.60~1.80 1.80~2.00 2.00~2.20 2.20~2.40 2.40~2.60 2.60~2.80 2.80~3.00 3.00~3.20 3.20~3.40 3.40~3.60 0.09~0.12 0.12~0.15 0.15~0.18 0.18~0.21 0.21~0.24 0.24~0.27 0.27~0.30 0.30~0.33 0.33~0.36 0.36~0.39 0.39~0.42 0.42~0.45 0.45~0.48 0.48~0.51 0.51~0.54 0.35 0.45 0.55 0.65 0.72 0.80 0.88 0.96 1.04 1.12 1.20 1.28 1.36 1.44 1.50 0.18~0.22 0.22~0.26 0.26~0.32 0.32~0.38 0.38~0.44 0.44~0.50 0.50~0.56 0.56~0.62 0.62~0.68 0.68~0.76 0.76~0.82 铝 活塞 极限间隙 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40
表3.3.3 每m活塞行程的臂距差mm 经修理试车前、后 营运中允许使用范围 最 大 极 限 ≤0.125 0.125~0.25 <0.30 >0.25应限期修理 >0.30应即停航修理 臂距差的测量点，应为距曲柄销轴心线的
S?d处（S为活塞行程，d为主轴颈直径mm） 2如不在规定的测量点时，应进行修正案，测量时，轴应支承在两端的轴承上。 曲臂距差在任何情况下不得用调节贯穿螺栓的顶紧度进行调整。
11
12 第4章 传动型式和设备
船舶柴油机、传动设备和推进器各有不同的结构特点。为适应不同航区、不同船舶的要求，可将三者组合不同的传动型式。现将几种常见的传动型式及其设备作一简要介绍。
1、直接传动
在主机与螺旋浆之间，出岔子传动轴系之外，别无其他传动功率的设备。直接传动的特点是：传动效率高，经济性好。由于某种原因主机大多采用大型低速柴油机，其油耗指标低，这是经济性好的根本原因。但此类主机的重量和尺寸指标都很高，螺旋桨直径通常也较大，对于浅吃水的内河船舶常受到局限，故多用在海洋船舶中。
2、间接传动
如图4.1所示，在主机与螺旋桨之间，除了传动轴系之外，还有减速齿轮箱和离合器装置。
主机
图4.1 间接传动装置
1- 离合器；2-传动设备；3-减速设备，4-尾管；5-螺旋浆
2-
当采用高、中速柴油机主机时，配合以减速比适宜的减速齿轮箱，可以降低螺旋桨的转速，提高推进效率。该类主机为不可逆式，免去了倒车机构，其正倒车由离合器装置来实现。
由于高、中速柴油机的单位功率的重量和尺寸较小，因而易于布置。此种传动型式广泛应用于沿海及内河的中小型船舶上。
离合器主要用来脱开或接通主机与传动轴系的联结，有的还担负着倒顺车的任务。 离合器主要用来或接通主机与传动轴系的联结，有的还担负着倒顺车的任务。
船用离合器，根据控制离合的方法不同，有机械式、液力式和电磁式等不同型式（见表三）。机械式离合器结构简单，常被应用。液力离合器（也称液力偶合器或液力联轴器）有
12
13 对冲击载荷的缓冲作用，当螺旋桨露出水面或被卡住时，主机可受到保护。由于液力离合器的这一特点，所以在救助拖船、挖泥船、破冰船等工程船舶中得到较广泛的应用。
3、电力传动
电力传动由发电装置和推进装置两大部分组成。主机带动主发电机，所发出的电能经配电板供给安装在另一船舱里的推进电动机，用以驱动螺旋桨旋转。
电力传动推进装置的特点是：
主机的转速不受螺旋桨转速的限制，可采用高速或中速柴油机，且能在恒速下运转，转向不变。只需改变推进电动机的电流方向，就可实现螺旋桨的正反转，故主机可采用不可逆式柴油机。操纵简便、灵活。停航时，主机所发出的电力可供他用。由于该传动装置具有操纵性能好，布置方便等优点，所以在某些工程船舶和特种船舶上采用，如托船、渡船、挖泥船、布缆船和破冰船等。 4、Z型传动
该装置分功率传递部分和螺旋桨绕竖轴的回转部分。
功率传递部分：柴油机所发出的功率经弹性联轴器、万向节传动轴、上锥齿轮、竖向传动轴、下锥齿轮、传给螺旋桨，从而推动船舶航行。
螺旋桨的回转部分：由电动机驱动蜗杆、通过蜗轮、使旋转套筒在支架中回转，同时也使螺旋桨绕竖向传动轴的轴线在360。范围内作平面旋转运动，用以控制船的转向。舵叶起着辅助控制船舶转向的作用。
该传动装置的特点是：螺旋桨可绕垂直轴线作360。回转，可以使船舶原地回转、紧急停止、急速转弯、快速进退、横向移动以及微速航行等。
由于该装置功率传递过程较复杂，因此传动效率低。因为该推进装置具有操纵性能好等优点，所以最适用范围于在港内作用船和入选于狭窄道的小型运输船舶上。
5、可调螺距螺旋桨传动
这种装置的结构特点是桨叶与桨毂分开制成，通过调距机构可使螺旋桨的桨叶转动，以改变桨的螺距，从而心迹螺旋桨推力的大小，以使桨及船的负荷相适应。当调整桨的螺距并使螺距为负值时，则推力为负值，般将开始后退。
按照转动桨叶的动力形式，调距桨的转动方式可分为手动、机械、液力及电动等。图4.2示出液力操纵式可调桨装置简图。当操纵杆7推向左边时，控制阀9自当中位置向左移动，进油管11就与右方的油路相通，压力油即进入液夺活塞12的左面，推动活塞向前移动，从而由穿过空心轴的位杆3的夹头4和叶根上的销子5将桨转动。当桨叶转到所需的角度时，停止操纵杆7，跟踪拉杆8便将控制阀9拉回至原来的中间位置，并切断油路桨叶即停止转动。进出控制阀9中的压力油是由专设的电动泵提供。
13
14
14
15 柴油机
图4.2 Z型传动装置示意图
1-柴油机；2-联轴器；3-万向节传动轴；4-上锥齿轮；5-蜗杆；6-竖向传动轴；7-旋转套筒；8-滚动轴承；
9-下锥齿轮；10-舵叶；11-滚动轴承；12-螺旋浆；13-蜗轮
调距桨装置具有以下几个特点：
(1）船舶的前进和后退不必改变主机和螺旋桨的转向，只要转动桨叶就能实现。这样只需采用非反转的柴油机，使装置简化、轻便。
(2）船舶在部分负荷下航行时，通过调节螺旋桨的螺距，使主机与桨也能获得良好的配合，主机处于低油耗工作，改善了经济性，增加了续航力。 (3）船舶的操纵性和机动性。
(4）调距桨的桨毂和轴系等结构复杂，制造、安装较困难，初投资高。 (5）桨毂尺寸较大，其最高效率与同参数的定距桨相比，低1%～3%。
由以上分析可知，调距桨适用于多种航行工况的船舶，以及机动性、操纵性要求高或超低速航行的船舶。如救助、打捞船、挖泥船、渔船和破冰船等。
15
16 第5章 轴系与螺旋桨
5.1 轴系
一、轴系的作用和分类
船舶从主机至推进器之间，以传动轴为主的一整套设备统称为传动设备，也称轴系，它是船舶动力装置的重要组成部分。轴系的作用是将主机发出的功率传递给推进器，同时又将推进器在水中旋转产生的轴向推力传递给船体，以推动船舶在水中运动。
轴系根据带动螺旋桨的数目，分为单轴系（一个螺旋桨）和多轴系 （2～3个螺旋桨）。 轴系的数目主要取决于船舶作业要求、船体主尺度和工作可靠性。
轴系又可根据其长短分为长轴系和短袖系。具有两根或两根以上中间轴的轴系或中间轴的总长度与直径之比大于30的轴系，称为长轴系。具有一根以下中间轴的轴系或中间轴的总长度与直径之比小或等于30的轴系，称为短轴系。
轴系的长短是由机舱的位置决定的。长轴系的柔性比较好，比较容易调整，但安装调整工作量大。短轴系的刚性比较大，安装的要求也相对较高。 二、轴系的结构
船舶轴系结构通常包括传动轴（尾轴、中间轴、推力轴）、支撑部件（中间轴承、推力轴承、尾管装置）、联轴器、制动装置、离合变速装置、防漏装置等部分。 1、传动轴 （1）尾轴
传动轴中，如尾轴伸出船体过长并由两段组成，则装螺旋桨的那段轴称为螺旋桨轴，装在尾轴管内的轴称为尾轴或尾管轴。一般船舶螺旋桨均装在尾轴上，尾轴即指螺旋桨轴，简称桨轴。它是轴系中最后一段轴。
装有轴套或直接与尾轴轴承接触部分称工作轴颈，工作轴颈之间的中间部分称轴干。轴干部分一般包覆玻璃钢防腐保护层。尾部制成锥形，供装螺旋桨，端部车有螺纹，用来装锁紧螺母，螺纹应与轴系正车转向相反，尾轴首部一般也制成锥形，供装可拆式联轴器用（也有的与法兰制成一整体，安装时须由船内向外装）。
规范规定，桨轴锥形部分的锥度应小于或等于1／12；锥体部分与圆柱部分相连处不应有凸肩或圆角。 （2）推力轴
16
17 推力轴一般设在齿轮箱输出轴与中间轴或尾轴（无中间轴者）之间。其作用是将螺旋桨产生的推力通过推力轴承传递到船体。推力轴上设有整锻式法兰，中间的大法兰称为推力环。由于推力环要承受较大的推力，所以推力轴的直径比中间轴直径大，并且在推力环两侧近处的轴颈上用两道径向轴承支承。推力轴的长度一般比中间轴短得多，其长度以足够安装推力轴承及与相邻轴的法兰相连即可。
在轴系较短的小型船舶上，如齿轮箱或主机本身就设有推力轴承，能够承受螺旋桨产生的推力，也可不设推力轴。 （3）中间轴
中间轴是设在推力轴与尾轴之间起连接作用的轴。两端有整锻法兰或可拆联轴器，用来与其他轴相连，靠近一端法兰处设工作轴颈，与中间轴轴承配合。
传动轴在运转中由于受力情况复杂，因此要求其材料具有足够的强度、高的冲击韧性、疲劳强度和良好的耐磨性。规范对传动轴材料选择范围均有规定。一般船舶广泛采用优质碳素钢经过锻制做为传动轴的材料，用得较多的是35号优质碳素钢。小型船舶允许采用直径不超过250mm的热轧圆钢制造传动轴。
传动轴的最小直径以及轴径的修正，规范提供了计算公式，此处不作详述 2、支撑部件 （1）中间轴承
中间轴承是为了减少轴系挠度而设置的支承点，用来承受中间轴本身自重和运转时产生的径向负荷。中间轴承按其基本结构和与中间轴接触部分的摩擦形式，分为滑动轴承和滚动轴承两种。
目前船舶轴系多采用滑动式中间轴承。中间轴的轴颈直接与中间轴承中的浇有白合金的轴瓦相接触，轴瓦置于轴承座上。这种轴承结构简单，制造成本低，承受冲击载荷能力好，安装维修方便。
滑动式中间轴承的润滑一般不采取压力润滑，润滑油靠中间轴旋转带动的油盘或油环从轴承油池中带起来流入轴颈与轴瓦之间。
滚动式中间轴承一般选用带锥形紧定套的双列向心球面球轴承或双列向心球面滚子轴承。前者适合于小于或等于60mm的轴径，后者适合于大于60mm的轴径。这两种滚动轴承均能够自动调位，能在轴有轴向移动（温度变化或正倒车变化）或轴发生2～3°倾斜（船体变形）时正常工作。紧定套的应用可使轴承安装在轴上不同位置，且多次装拆也不影响装配质量。滚动轴承的润滑，一般采用润滑脂作润滑剂，润滑方式是定期旋紧黄油杯盖，压入一定数量的润滑脂到轴承中，旋入量为滚动轴承空隙的 1／2—1／3，过多会使轴承过热。 滚动式中间轴承与滑动式中间轴承相比，具有摩擦系数小，滑油消耗少，一般不需冷却，便于修理更换等优点。但其承受冲击载荷能力较差，运转时噪音大，对 安装工艺要求较高，要求其中间轴至少有一端需采用可拆联轴器。
17
18 （2）推力轴承
轴系中设有推力轴，就需要设推力轴承。推力轴承与船体牢固联接，将推力传递到船体。推力轴承也有滑动式推力轴承和滚动式推力轴承。
滑动式推力轴承最常用的是单环式滑动推力轴承，也称“米契尔”式推力轴承。推力轴承前后支撑垫上，均匀分布浇有白合金的扇形推力块。推力块背后设有硬化顶头，偏心地支承在支撑垫上。这样在推力轴运转时，在推力环与推力块之间形成楔形油膜，实现液体摩擦，既能使推力块受力均匀，又可减少摩擦损失。
推力轴承润滑方式有两种。一种是压力润滑，用油泵将滑油打入推力轴承，工作后受热的滑油抽至冷却器冷却后回到循环油柜。另一种是单独自然润滑，滑油不做压力循环，轴承靠飞溅润滑，受热的滑油通过引进舷外水进行冷却。 滚动式推力轴承一般用在小功率、高转速的快艇上。 （3）尾轴管装置
尾轴管装置一般由尾轴管、尾轴承、密封装置以及润滑与冷却系统组成，其作用是支承尾轴（螺旋桨轴）防止舷外水漏入船内或滑油外泄。 ①尾轴管
尾轴管有整体式和连接式两种。
整体式尾轴管用在单轴系的船舶上，内部装有尾轴承、尾轴、密封装置等构件。安装时，尾轴管由船内向外穿过隔舱壁及尾柱。尾管后端车有外螺纹，用螺母将其与尾柱固紧。尾轴管前端设有法兰，将其固定于水密舱壁的焊接座板上，法兰与座板间往往装有铅质垫片。
连接式尾轴管一般用在多轴系船舶。它借法兰或螺纹法兰固定于尾轴架（人字架）毂和前支承上。
船舶用尾轴管一般用铸钢或铸铁件加工制做，小型船舶也有用钢管制做。 ②尾轴承
尾轴承设在尾轴管或人字架和前轴承座中。因其工作条件恶劣，运转期间难于检查和维护，所以要求其有坚固的结构，能长期可靠地工作。
尾轴承有油润滑和水润滑两种形式，以油润滑的轴承一般使用寿命长，摩擦系数小，尾轴在尾轴管内无需采取防腐蚀措施，但技术（特别是后油封防漏）要求高。用水润滑的轴承设备简单，管理方便，不耗用润滑油，不会污染水域。
尾轴承由轴承衬套及其内浇铸或镶嵌的摩擦材料组成。油润滑的尾轴承一般用铜套轴承，铜套以静配合方式压入尾轴管内。铜套材料多为黄铜或锡青铜。也有的在衬套内表面浇铸一层白合金，改善其耐磨性。水润滑的轴承可采用铁梨木、层压胶木、橡胶、增强塑料、MC尼龙布等制成，鉴于铁梨木需进口且价格昂贵，故船舶使用层压胶木和橡胶轴承较多。
18
44 发生，多孔介质上的油粒逐渐集聚、增大，最后被水流推动脱离多孔介质，上浮至分离室的顶部。
左、右集油室中各装有油位检测器8。油位检测器为上、下限油位继电器。当被分离出的油积到一定量时，通过控制箱使自动排油电磁阀11开启，利用油水分离器内部液体的压力排出污油。当油位排至上限时，排油电磁阀又自行关闭。为了缩短排油时间，自动排油阀开启时，排水阀自动关闭，以保持分离器的内部压力。集油室中设有电加热器7，寒冷季节或油的粘度较高时，可将含油污水加热，以利于油、水分离和排油。细分离室中的油量不多，可用手动排油阀10排油。
CYF型油水分离器处理过的排放水，含油量可降至15p.p.m以下，能满足在12海里以内排放船舱水的要求。
国产CYF型油水分离器品种有0.05m3／h；0.1m3／h；0.25m3／h；0. 5m3／h；1m3／h；2m3／h；3m3／h；5m3／h等不同规格，能满足不同吨位船舶使用要求。其技术参数见表。
表6.3.1 CYF0.05-0.25 技术参数
型 号 处 理 能 力 排 放 标 准 工 作 压 力 (MPa) 专 用 泵 排 油 控 制 方 式 电 器 控 制 箱 电 源 外 型 尺 寸 (mm) 重 量 (kg)
CYF0.05m3／h 0.05m3／h ＜15mg/L ＜0.15 DZ-50电动泵手摇泵 手动 CYF0.1m3／h 0.1m3／h ＜15mg/L ＜0.2 DZ-100 CYF0.25m3／h 0.25m3／h ＜15mg/L ＜0.2 DZ-250 自动或手动 AC380V 50Hz 470×320×760 37 889×417×663 125 1100×417×873 170 表6.3.2 CYF-B 系列技术参数
型 号 处 理 能 力 排 放 标 准 工 作 压 力 (MPa) 专 用 泵 和 电 机（kw） 排油控制方式 集油室加热方式 电 器 控 制 箱 电 源 CYF-0.5B 0.5m3／h ＜15mg/L ＜0.25 CYF-1B 1.0m3／h ＜15mg/L ＜0.25 CYF-2B 2.0m3／h ＜15mg/L ＜0.25 电动往复泵 CYF-3B 3.0m3／h ＜15mg/L ＜0.25 CYF-5B 5.0m3／h ＜15mg/L ＜0.25 0.37 0.55 0.8 自动和手动 电加热或蒸汽加热 AC 380V 50Hz 1.1 1.1 44
45 外 型 尺 寸 (mm) 重 量 (kg) 1250×520×1720 1300×620×1460 1400×700×1750 1530×850×1940 1870×960×2230 350 500
800 1000 1300 三、YSC型船用油水分离器
这种油水分离器主要利用粗粒化元件，通过过滤，使油粒聚合、上浮，与水分离。如图6.3.2所示，它由三级滤器组成。第一级滤器5的下部过滤材料为砂，上部为聚氯乙烯合成纤维。第二、第三级滤器8和9的材料均为聚氯乙烯合成纤维。
含油污水由电动柱塞泵输入第一级分离筒的上部，利用油和水的密度差，粗大油粒首先上浮分离，聚集至顶部集油腔中。含油污水则自外向里流人第一级聚合芯5（过滤器）。油粒经聚合上浮至分离筒的顶部。然后流经第二级、第三级聚合芯9和8，进一步截留细小的油粒，聚合成大颗粒油粒后上浮至顶部集油腔中。当油层达到一定厚度时，液位电极7发出信号，激发电磁阀6开启，自动排油。当集油腔中油层厚度减少到一定值时，液位电极又促使电磁阀自动关闭，停止排油。经过处理后的水则由第三
图6.3.2 YSC型油水分离器
1、2、3、4-截止阀 5、8、9-滤器 6-电磁阀 7-液位电极
级分离筒的下部排出。排水中的含油量可低于10p.p.m。
该型油水分离器还配有反冲冲洗系统。经过较长使用后，第一级聚合滤芯可能被阻塞，可以关闭阀门1、4，打开阀门2、3，进行反冲洗。冲洗完毕后，打开阀门1、4，关闭阀门2、3，即可投入正常处理工作。
该两种油水分离器均设有污油自动排放装置，使用方便可靠。其原理如图6.3.3、6.3.4所示。
经舱底油污水分离装置分离上浮到左集油室的污油，根据一定的油位讯号通过自动排放装置向污油柜排油，以保证油水分离器正常运行。油位讯号是利用油和水的电导率的差异而取得的。布置在集油室的液位讯号器，将感受的这个差异讯号送至控制单元——自动排油控制箱，操纵电磁阀的启、闭动作。当电磁阀开启时，达到自动排油的目的，电磁们关闭时，排油停止。当集油室油水界面呈A状态时开始排油红色指示灯亮。随着油的排出，油水界面上升，排油停止，是由排油控制箱中液位继电器控制，当油面呈B状态时，排油自动中止红
45
46 色指示灯关闭。直至油水界面再次呈图A状态时，重新排油。如此实现自动间歇排放，保证油水界面在给定的范围内变化。
图6.3.3 集油室污油自动排放装置示意图 图6.3.4 集油室油水界面状态图
四、 油水分离器的安装要求
油水分离器的安装位置，必须满足在任何情况下都不会产生虹吸作用的要求，以使处于 停用状态的油水分离器内部的水面不致于下落和失水，保证顺利启动和正常运行。一般来说 应注意下列各点：
1、油水分离器应装于船舶中部，以减少摇摆对其工作的影响。在安装高度上，应保证 在任何情况下都不会出现虹吸现象，因此，在排出水管路上应装设压力调节阀。
2、在船舶上，有的将本船的舱底泵用作油水分离器的输水泵，若泵的流量超过油水分离 器的容量时，在分离器进水管路上应设有带调节阀门的旁通管路。当分离器内的水位达到危 险水位或排放水中的含油量超过规定要求时，可将旁通调节阀门打开，减少进人分离器内的含油污水量，确保油水分离器能正常可靠地工作。
3、为了防止含油污水中的杂质损坏泵与堵塞聚合滤芯，在泵前必须装有过滤器。 4、在排出水管上应装有止回阀以防海水倒灌。安装完毕试车时应首先向分离器内注满清水，然后才能引入含油污水而投入工作。
五、防止油污染系统设备的要求 1、一般要求
油船和非油船机器处所应用研究有防止油污设备和措施，并符合下列要求： 装设排油监控系统和滤油设备； 设置机舱残油（油泥）舱； 闭市标准排放接头；
油类与压载水的分隔和首尖舱内载油。 2、排油监控系统与滤油设备
①凡400总吨及以上但小于10000总吨的任何船舶，应装有符合本间2③规定的滤油设备。凡载有大量燃油的这种船舶，应符合本章规定。
46
47 ②凡10000总吨及以上的任何船舶，应装有滤油设备和当排出物的含油量超过15ppm时能发出报警并自动停止含油物排放的装置，并应符合本意2④规定。
③本章2①所述的滤油设备的设计，应经批准，而且应保证通过该系统排放入海的含油混合物的含油量应不超过15ppm。
④本章2②所述的滤油设备的设计，应经批准，而且应保证通过该系统排放入海的含油混合物的含油量应不超过15ppm。该系统应装有报警装置，在不能保持这一标准时发出报警。该系统还应装有在排出物的含油量超过15ppm时能保证自动停止含油混合物排放的装置。
舱底油污水分离器容量的选择见表13。 3、残油（油泥）舱
（1）400总吨及以上的船舶，应参照其机型和航程长短，设置一个或几个有足够容量的舱柜，以接收按本章要求不能以其他方式处理的残油（油泥），例如由于净化燃油、各种润滑油和机器处所中的漏洞所产生的残油。
（2）对新船，这种舱柜的设计和建造，应能便利其清洗和将残油排入接收设备，对现有船舶，应在合理和可行的范围内尽力符合这一要求。
（3）本章4所述的标准排放接头外，进出残油舱的管路不得直接连通舷外。 （4）残油（油泥）舱舱容的确定：
①不用燃油舱装压载水的船舶，其最小残油舱舱容V1应按下式计算：
V?KCD m3
11式中：K1——系数
K1=0.01——如主机使用净化重燃油；
K1=0.005如船舶使用柴油或使用前不需净化的重油； C——日燃油消耗量，m3 ：
①计算对象：主机取最大持续功率时的耗油量，辅机取全部辅机最大连续功率时耗油量的一半；
②运转时间按航区确定：遮蔽航区和相当遮蔽航区为8h，沿海航区为16h，近海航区为24h；
D——航次中所排油泥上岸的港口间最长时间（天），遮蔽航区和相当遮蔽航区为2天，沿海航区为4天，近海航区6天，如无确切数据，应采用30天；
②设有均化器、油泥焚烧炉或其他已获承认的船上油泥控制设备的船舶，用以代替上述规定的最小残油舱舱容V1应为：
1m3和由①式计算的值中取较小值——适用于400总吨及以上但小于4000总吨船舶； 2m3和由①式计算的值中取较小值——适用于4000总吨及以上船舶； 拟在燃油舱装压载水的船舶，其最小残油舱舱容V2应按下式计算：
47
48
V?V?KB m3
212式中：V1——上述①或②所确定的残油舱舱容，m3； K2——系数：
K2=0.01——适用于重燃油舱； K2=0.005——适用于柴油燃油舱； B——能兼作燃油舱的压载水舱的容量，m3。 4、油类标准排放接头
为了使接收设备的管路能与船上机舱舱底残余物的排放管路相连结，在这两条管路上均应装有符合图6.3.5、表6.3.3的标准排放接头。
项 目 外 径 内 径 螺栓节圆直径 法兰槽口 排放接头法兰的标准尺寸 表6.3.3 尺寸 215mm 按照管路的外径确定 183mm 直径为22mm的孔6个等距分布在上述直径的螺栓节圆上，开槽口至法兰盘外沿。槽口宽22mm 20mm 6个，每个直径20mm,长度适当 法兰厚度 螺栓和螺母：数量、直径 注：法兰应设计为能接受最大内径不大于125mm的管路，以钢或其他同等材料制成，表面平整。这种法5
兰连同一个油密材料的垫圈，应能承受5.9310Pa的工作压力。
5、免除排油监控系统与滤油设备的条件
400总吨以下新船和400总吨以下现有船舶，当下述条件全部满足时，可免除本章2①的要求：
（1）设有能储存船上全部机舱舱底含油污的储存柜，其容积至少应满足下列公式计算结果：
V?15Tq m3 /h
式中：V——机舱舱底含油污水贮存柜容积，m3 ，且实取的V值应不小于48q；对港内作业船舶，按船船实际情况，经同意，可适当放宽，但不应小于0.1 m3 ；
T——含油污水留存船上的时间，h；根据船舶实际使用情况确定； Q——假定每小时产生的舱底水量，m3 /h ； 计算时：
q=3.5310-5GT——适用于尾管轴承为水润滑； q=3.5310-5GT——适用于尾管轴承为油润滑； q=3.5310-5GT——适用于港内作业船舶； GT—船舶总吨位
(2)应设有对贮存柜进行清洗和将其中的残油或含油污水排入接收设备的适当设施;
48