国内外舰船的动力驱动装置的发展现状及趋势，详细点，字数多点

【专家解说】：">舰船动力装置概述

一 ﹑舰船动力装置的含义及组成

“舰船动力装置”这一名词实际上来源于“轮机”一词。当船舶由风帆推进发展到使用往复式蒸汽轮机带动一个有桨叶的大转轮（明轮）推进时，人们就把这一名词套用到用来推进船舶航行的动力机械称为“轮机”。后来随着科技的发展，同时也为了适应船舶航行需要，机动船舶的动力机械在“轮机”的基础上，又增加了其他一些机械设备。如发电机组，供水，空调通风等。近几十年来，人们为了适应新的形势和扩大范围，又把船舶中的机械﹑机器﹑设备和系统等，统称为“舰船动力装置”这一术语。
“舰船动力装置”，就是指保证舰船正常航行﹑作业﹑停泊及船员旅客正常工作和生活所必须的机械设备的综合体。它由以下几个方面的内容组成。
1﹑推进装置
推进装置是保证舰船以一定的速率航行的设备，它是舰船动力装置的核心部分，包括：
1）主机 是推进舰船航行的动力机，有柴油机﹑蒸汽轮机﹑燃气轮机等。
2）传动设备 它的功用是隔开或接通主机传递给传动轴和推进器的功率，同时还可以使后者达到减速﹑反转和减震的目的。其设备包含离合器﹑减速齿轮箱和连轴器等。
3）轴系 用来将主机的功率传递给推进器。它包括传动轴﹑轴承和密封件等。
4）推进器 它是将主机所发出的能量转换为推力的设备。如螺旋桨﹑喷水推进设备等。


2﹑辅助装置
除提供舰船的推进能量之外，用来生产舰船上需要的其他各种能量的设备，总称为辅助装置。包括：
1） 船舶电站 它的作用是共给辅助机械及全船所需要的电能。它由发电机组﹑配电板及其他电气设备组成。
2） 辅助锅炉装置 民用船舶一般用它产生低压蒸汽，以满足加热﹑取暖及其他生活需要。它由辅助锅炉及其他为它服务的燃油﹑给水﹑鼓风﹑送气设备及管路﹑阀件等组成。


3﹑管路系统
船舶的管路系统，用来连接各种机械设备，并传送有关工质。包括：
1） 动力管路 主要用来为主机和辅机服务的管路。有燃油﹑滑油﹑冷却水﹑压缩空气﹑进排气及废气利用等。
2） 船舶系统 为保证船舶的抗沉性（生命力）及船员和旅客正常工作生活所需的系统。有舱底水系统﹑压载﹑消防﹑生活供水﹑施救﹑冷藏﹑空调﹑通风及取暖等。


4﹑船舶甲板机械
为保证船舶航向﹑停泊及装卸所需要的机械设备。包括：
1） 锚泊机械设备 包括锚机﹑绞盘等。
2） 操舵机械设备 包括舵机及操纵机械﹑执行机构（舵叶）等。
3） 起重机械设备 如起货机﹑吊艇机及吊杆等设备。


5﹑机舱及其他设备的自动化系统
它包括对主﹑辅机和有关设备的远距离控制﹑调节﹑检测和警报系统等。


在上述船舶动力装置的五个组成部分中，推进装置是最重要的部分。它影响到整个舰船动力装置的性能，其工作的好坏，又直接涉及到舰船的航行性能和安全，故在舰船的设计选型和建造过程中要特别注意。然而推进装置在舰船上发挥的重要作用又必须依赖于动力装置其他各组成部分的配合，故对其他部分也不能忽视，这样才能保证舰船的整体性能。



二﹑舰船动力装置的类型及特点

舰船动力装置的主机和辅机可以有不同的形式。但主机的功率比辅机的功率通常要大许多，因此舰船动力装置的类型一般是以主机的结构形式来命名的。舰船主机的作用在于把燃料燃烧所产生的热能转化为机械能，用于舰船的推进。随着舰船向大型化﹑快速化﹑和高自动化方向的发展，要求动力装置能耗低﹑单机功率大﹑寿命长和可靠性好，同时具有高推进效率的特点。因此，出现了各种各样的动力装置形式以满足舰船的发展需要。目前，常见的有柴油机动力装置﹑汽轮机动力装置﹑燃气轮机动力装置﹑核动力装置和联合动力装置等。以下对各种动力装置做一下简单介绍。

1﹑柴油机动力装置
柴油机动力装置具有比较优良的性能，在现代舰船中，不论商船﹑渔船﹑工程船及各种军用舰艇上都得到了极为广泛运用。目前以柴油机作为主机的舰船占90%以上，柴油机船总功率占造船总功率的82%以上。由此可见柴油机动力装置的绝对统治地位。
柴油机动力装置具有以下优点：
（1） 有较高的经济性，耗油率[Kg/(KW.h)]比蒸汽﹑燃气动力装置低得多，其中高速柴油机（1000r/min以上）耗油率为0.16—0.18；中速机（300—1000r/min）为0.125—0.170；低速机（300r/min以下）为0.120—0.140。一般蒸汽轮机的耗油率为0.18—0.35；燃气轮机的耗油率更大，为0.24—0.40Kg/(KW.h)。
这一优点使柴油机舰船的续航力大大提高，换言之，一定续航力下所需的然油储备更少，从而使运行成本降低，有效载荷更高。
（2） 重量轻，柴油机动力装置中除主机和传动装置外不需要锅炉﹑燃烧器及这些设备附带的共质输送管道等，所以辅助机械设备相应减少，布置简单，因此单位重量指标较小。
（3） 具有良好的机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速，一般情况下正常启动到全负荷只需要10到30分钟，紧急时仅需3到10分钟。虽然这一指标比燃气轮机装置差些，但它不需要像燃气轮机装置那样需要一套复杂的启动和倒车设备。柴油机装置停车只需要2到5分钟，主机本身停车只需要几秒钟。

但柴油机装置也存在以下几个缺点：
（1） 由于柴油机的尺寸和重量按功率比例增长快，因此单机功率受到限制，低速柴油机也紧有40000KW左右，中速机20000KW左右，而高速机仅在8000KW或更小，这就限制了它在大功率船上使用的可能性，大功率舰艇希望的功率植普遍在30000到500000KW，故无法胜任。
（2） 柴油机在工作中的噪声﹑振动比较大。
（3） 中﹑高速柴油机的运动部件磨损比较严重，高速机的整机寿命仅1000到2000小时。
（4） 柴油机在低转速时稳定性差，因此不能有较小的的最低稳定转速，影响了船舶低速航行性能。另外，柴油机的过载能力也较差，在超过负荷的10%时，一般仅能运行1小时。
我国航一集团自主开发的QC185型燃气轮机燃气轮机动力装置主要由以下部分组成：
（1） 压气机 它用来压缩进入燃烧室的空气。
（2） 燃烧室 燃料在其中燃烧成为高压燃气。
（3） 燃气轮机 它将燃气的热能，转变为推动轴系和螺旋桨的机械动功。
供燃料燃烧的空气首先进入压气机，经压缩后温度升高到100到200度之间，然后送入燃烧室即燃气发生器中去。与此同时燃料通过喷油嘴进入燃烧室，与高温高压的空气混合后点火燃烧，此时温度可达2000度左右。一般用渗入压缩空气的方法也就是二次进风的办法降低燃气温度至600到700度左右，燃气最后进入燃气轮机，在叶轮片槽道里膨胀，将其热能转化为机械功，使燃气轮机中的叶轮旋转带动轴旋转同时驱动压气机，随后带动轴通过减速齿轮箱带动桨工作。装置的启动是通过用连轴器与燃气轮机连接的电动机进行的。
燃气轮机动力装置很好的满足了现代舰艇对动力装置提出的高速﹑高机动性能和极低单位重量的技术战术要求，故近来建造的大型高速舰艇多采用这一装置。
燃气轮机具有以下优点：
（1） 单位功率的重量尺寸极小。加速用燃气轮机装置的单位重量可达0.65到1.3Kg/KW，全工况用燃气轮机装置为2到4Kg/KW。机组功率也较大，复杂线路的燃气轮机装置（带中冷﹑中热和回热措施）机组功率可以达到60000KW。
（2） 有良好的机动性能，从冷态启动到全功率输出，只要1到两秒，大功率复杂线路的燃气轮机只要3到5秒。相对于蒸汽轮机动力装置其优点是相当明显的。
（3） 燃料消耗率虽不及柴油机，但也达到了200到300g（KW.h），低负荷运行时的经济性恶化比蒸汽轮机小。
但是燃气轮机装置尚有以下缺点：
（1） 主机不可反转，必须为其专门设置倒车机构或配用调距桨。
（2） 必须借助启动马达或其他机械启动。
（3） 由于燃气的高温，叶片材料所使用的合金钢昂贵，工作可靠性较差，寿命相对较短，如燃气温度在750度以上的燃气轮机，寿命仅500到1000小时。
（4） 由于燃气轮机工作时空气流量很大，一般在16到23Kg/（KW。H）柴油机约为5，气轮机约为0.5）因此进﹑排气管道的尺寸大，舱内布置相对困难，甲板上较大的管道通过切口会影响船体强度。
（5） 由于排气温度高需要一套复杂的余热利用系统，对于舰艇来说还会造成红外特征明显，降低了隐蔽性，必须加装喷淋冷却系统以降低红外信号。


4﹑联合动力装置
对于军用舰艇来说，从提高战斗力的角度出发要求尽可能的提高航速和机动性能。舰艇在全速时要求动力装置发挥足额功率，但是全速航行在舰艇航行时间中所占的比例很小，一般不超过1%。为此它要花费足够的排水量安置全功率的机械设备重量。而舰艇的巡航时间极长，要求有良好的经济性能以提高续航力。为解决全速时大功率需要和巡航时经济性的矛盾，就出现了两类发动机联合工作的联合动力装置。目前普遍采用的有三种联合动力装置：汽轮机+加速燃气轮机（COSOG或COSAG），柴油机+加速燃气轮机（CODOG或CODAG），燃气轮机+加速燃气轮机（COGAG或COGOG）。
下面简单介绍一下它们各自的特点：
（1） 汽轮机动力装置+燃气轮机加速装置（COSOG或COSAG）
此种装置由于汽轮机装置的一系列优点，与燃气轮机装置联合后，能适用于功率较大的轻型舰艇，蒸汽装置保证在80%全速以下下的航行 （即全功率的50%左右），燃气装置在紧急启动和全速航行情况下使用，以使经济性及重量尺寸最为有利。
（2） 全工况燃气轮机+加速燃气轮机装置（COGAG或COGOG）
这类装置中，巡航燃气轮机装置可采用复式线路（带中间冷却器及回热装置）工作的开式燃气轮机或按闭式循环的燃气轮机。前者具有蒸—燃联合动力装置的大部分优点，燃料消耗和重量尺寸都可以减小；后者在巡航是能保证教高的热效率，部分负荷时性能良好。
（3） 柴油机+燃气轮机联合（CODOG或CODAG）
这类装置中，柴油机作为巡航机，与燃气轮机两者都通过离合器与主减速器相联，采用顺倒离合器或调距桨实现倒车。
这类装置通常被小型舰艇使用，它的常用功率一般小于全功率的50%全功率仅占服役时间的1%左右。
联合动力装置的优点：
（1） 重量尺寸小，一定排水量下可提高航速或增加匹配功率。
（2） 操纵方便，备车迅速，紧急情况下，可将燃气轮机直接启动，用调距桨或倒顺离合器实现倒车。
（3） 从巡航速度到全速工况加速迅速可发出全功率。
（4） 两个机组共同使用一套减速器，具有多机并车的可靠性。
（5） 管理与使用费用较低。
由于是两种机型的联合，因此有下列不足之处：
（1） 必须配用两种不同机种的燃料及相应的管路和储存设备，不同类型的燃料储存比例会影响到舰艇战术性能和后勤补给的不便。
（2） 共同使用一套减速器，小齿轮数目多，结构复杂。
（3） 两种不同类型机组在减速周围的布置上有一定难度。


5﹑核动力装置
核动力装置是一种以原子的裂变反应产生巨大的热能，通过工质（蒸汽或过热燃气）推动汽轮机或燃气轮机工作的一种装置。现有的核动力舰艇或民用船舶几乎全部采用压力水型的反应堆。
正在吊装堆芯的秦山核电站
核反应堆里装有反应堆芯存放有核燃料如浓缩铀235，控制箱可以通过控制棒的插入和提升来控制核裂变速度和释放能量大小，并控制堆的启动与停止。核裂变时释放的热能被压力水带走，压力水由冷却剂循环泵供给，压力水经过反应堆被加热后温度升高，然后进入蒸汽发生器（也乘热交换器）将热量传递给2次回路中的水，本身温度被带走，然后进入冷却剂循环泵重新送入反应堆中加热。因此压力水形成一个闭合回路，称为第一回路。由蒸汽发生器中产生的蒸汽，一路进入高压蒸汽轮机和低压蒸汽轮机，膨胀作功，通过减速器驱动桨来推进舰船。另一路蒸汽则进入辅汽轮机膨胀作功驱动发电机工作为全船供电。作功后的乏气分别进入主﹑辅冷凝器凝结成水，再由主给水泵送如蒸汽发生器。这样完成一个工作循环，称为第二回路。第二回路中的设备基本原理和一般的蒸汽轮机是相同的，第一回路中的稳压筒其作用是保证供入蒸汽发生器中的压力水有足够的压力。
核动力装置具有以下优点：
（１） 核动力装置以极少量的核燃料释放出巨大的能量，这就可以保证船舶以较高的航速航行极远的距离，不存在续航力的问题。如１１０００ＫＷ的核动力装置工作一昼夜所消耗的能量仅有１５g左右。
（２） 核动力装置在限定舱室空间内所能供给的能量比其他常规能源动力装置要大得多，也就是说核动力装置能够发出极大的功率，这主要取决于大功率主机制造及螺旋桨所能吸收的最大功率。
（３） 核动力装置的最大特点是不消耗空气而获得热能。这就不需要进排气装置，这对于军用舰艇有非常重大的意义特别是核潜艇。这正潜艇广泛应用核能的主要原因，大大提高了潜艇的隐蔽性能和战斗力。使其能长期隐蔽在深水中，减少了被发现概率在提高自身生命里的同时更提高了打击的突然性。同样在水面舰艇中采用核能也有巨大意义，因为不需要空气，可以省略掉复杂烦琐的进排气装置，同时减少了甲板开口，并在核战争条件中减少了放射性尘埃进入舰艇内部的危险性，易于核防御，而且降低了红外特征。
　但是核动力装置也有以下缺点：
（１） 核动力装置的整体重量尺寸较大，由于核裂变反应放出大量的放射性物质，对人体有严重的杀伤作用必须有一套笨重的屏蔽设备，同时为防止意外事故造成核泄漏导致对环境的极大破坏，除核反应堆加数层围阻屏蔽系统，动力装置也同样要加屏蔽系统。这些设备有很大的尺寸和重量，使整个装置的重量大大增加。其中屏蔽系统的重量占全套装置的３５％以上。
（２） 操纵管理检查系统相对复杂。
在防护层之内的所有设备必须进行远距离操纵，而且在核动力装置的舰船上还必须配备独立的其他形式的能源用作应急动力。这就增加了整套装置的复杂性。另外还必须设置专门的机械设备用来装卸核燃料和放射性排泄物。
（４） 核动力装置的造价昂贵。由于反应堆的活性区域材料都是价格很贵的稀有高级合金，同时技术要求高，研制费用高昂。据统计建造一个潜艇用反应堆比同样排水量的常规潜艇的动力装置造价要高１０倍。另一方面核燃料也是昂贵的，尤其是浓缩铀，浓缩度越高价格越贵，如洛杉矶极核潜艇约两年更换一次核燃料要花费的价钱比常规动力潜艇要高１０倍左右。
（５） 核动力装置舰艇的报废处理也要花费高昂的代价。

目前核动力装置主要运用在大型水面舰艇或潜艇上，民用船舶也只有破冰船和航天测量船上有过使用，在民船上的进展不大。
目前由于柴油机动力装置具有热效率高﹑重量相对较轻切设备简单可以燃烧劣质燃油的特点在民用船舶中占有绝对的主导地位。同时中﹑高速柴油机在小型舰艇上的运用还是很广泛的。