船舶主機

目前絕大多數的船舶都在使用內燃機中的往復式柴油機作為主機，部分軍艦使用核動力主機和電動主機。為保證船舶正常營運而設置的動力設備。船舶主機包括三個主要部分：①主動力裝置；②輔助動力裝置；③其他輔機和設備。

為船舶提供推進動力的主機及其附屬設備，是全船的心臟。主動力裝置以主機類型命名。目前，主機主要有蒸汽機、汽輪機、柴油機、燃氣輪機和核動力裝置等五類。現代運輸船舶的主機以柴油機為主，在數量上佔絕對優勢。蒸汽機曾經在船舶發展史上起過重要作用，但目前幾乎全被淘汰。汽輪機在大功率船上長期佔有優勢，但也日益為柴油機所取代。燃氣輪機和核動力裝置僅為少數船舶所試用，尚未得到推廣。

1807年，美國工程師R.富爾頓首次在“克萊蒙脱”號明輪船上用蒸汽機作為推進動力獲得成功。當時採用的是一台20馬力的單缸搖臂式往復蒸汽機,獲得每小時5英里的航速。經過不斷改進，到19世紀末，蒸汽機發展成為多級膨脹的立式裝置，用以驅動螺旋槳，成為當時典型的船舶動力裝置。同時高效、高壓的水管鍋爐也逐漸取代了早期圓筒式蘇格蘭煙管鍋爐。20世紀初，航行於大西洋上的巨型豪華客船，都以往復式蒸汽機為動力,單機功率達20000馬力。蒸汽機動力裝置的發展達到了頂峯。

蒸汽機動力裝置的優點是結構簡單，造價低廉，管理使用方便，製造工藝要求不高；缺點是熱效率低，本身重量大，特別是大功率蒸汽機的活塞、連桿等運動部件運轉慣性很大，很難平衡，且低壓缸尺寸過大，不能獲得有效的真空度。因此，自從汽輪機動力裝置和柴油機動力裝置在船上試用成功以後，蒸汽機動力裝置即逐漸被淘汰。第二次世界大戰期間，美國為應付戰時緊急需要而建造的“自由輪”，是最後一批使用蒸汽機動力裝置的遠洋運輸船舶。中國現在還有少數沿海和內河船舶使用往復式多膨脹蒸汽機動力裝置。

1896年，英國人C.帕森成功地將他發明的汽輪機作為推進動力機應用於一艘快艇上，試航速度達每小時34.5海里。此後汽輪機廣泛用於大功率船上。早期用汽輪機直接驅動螺旋槳，不經過減速。為了使螺旋槳能在理想的轉速下工作，後來在汽輪機動力裝置上加裝了減速齒輪，使汽輪機和螺旋槳都能以各自的最佳速度運轉。到1916年，幾乎所有的船用汽輪機都採用了減速裝置，減速比由初期的1:20提高到1:80以上。採用減速裝置以後，汽輪機可以更高的速度運轉，效率大為提高，機體尺寸相應縮小，整個裝置更加緊湊，重量也大大減輕,螺旋槳工作效率也大大提高,使汽輪機成為理想的大功率船用動力裝置。至今某些大型客船、超級油船和高速集裝箱船等仍採用汽輪機動力裝置。

汽輪機的優點是單機功率大，使用可靠，運轉平穩，無振動和噪聲，檢修工作量小，鍋爐可燃用劣質油。但汽輪機油耗比柴油機高，即使採用再熱循環的汽輪機裝置，每馬力小時的油耗仍達180～190克，比低速柴油機高40%左右。柴油機由於單機功率、燃燒劣質油的能力和可靠性的提高，逐漸取代了汽輪機。

20世紀初，柴油機開始用於運輸船舶。第一艘遠洋柴油機船是1912年丹麥建造的“錫蘭迪亞”號，主機為兩台四衝程八缸柴油機，共1250馬力，每分鐘140轉,直接驅動兩個螺旋槳。1914年柴油機船佔全世界船舶總噸位0.5%，到1940年上升為20%以上。

柴油機動力裝置的最大優點是熱效率高，燃料消耗明顯地低於蒸汽機動力裝置。長期以來，柴油機動力裝置有一系列改進，主要有：①20年代出現以機械噴油取代用壓縮空氣噴油的方法；②同一時期試製成廢氣渦輪增壓器，提高了柴油機的功率和性能；③30年代開始燃燒重質柴油，降低了燃料費用。早期柴油機的功率不大。第一次世界大戰時期用於商船的最大柴油機功率僅4000馬力，第二次世界大戰前,單機功率達到20000馬力。現在低速柴油機單機功率已達50000馬力以上。

現代船用柴油機大部分為低速機,轉速約每分鐘100轉，可直接驅動螺旋槳。80年代初，出現了長衝程和超長衝程的低速機,每分鐘轉速降到70轉以下,使螺旋槳發揮最佳效率。但低速機外形尺寸和重量大。近年來，第二次世界大戰後出現的大功率的中速機被逐漸應用於船上。它將氣缸排列成V字形,採用減速齒輪，既大大減輕了機身重量，又有利於提高螺旋槳效率。中速機由於機身短小，可以減少機艙的面積和高度，因此特別適用於尾機艙船和機艙位於甲板下的滾裝船和載駁船等。

經過不斷的改進，柴油機動力裝置日臻完善，它的燃料消耗量最低，能使用廉價的渣油，可靠性較高，檢修期間隔長達30000小時以上，熱效率接近50%,因此成為目前應用最廣的船舶動力裝置。

燃氣輪機動力裝置在50年代開始用於船舶。目前主要用於軍用艦艇。燃氣輪機同柴油機和汽輪機比較，單機功率大、體積小、重量輕、加速性能好，能隨時起動並很快發出最大功率。燃氣輪機在高温、高壓下工作，對燃油質量要求很高，熱效率也比柴油機低得多，因此在民用運輸船舶上應用不多。僅在某些氣墊船上用於驅動空氣螺旋槳。

以反應堆代替普通燃料來產生蒸汽的汽輪機裝置。反應堆中核裂變產生的大能量，被不斷循環的冷卻水吸收，後者又通過蒸汽發生器將熱量傳給第二個迴路中的水，使之變為蒸汽後到汽輪機中作功。

核動力裝置主要用於大型軍艦和潛艇。1959年美國在客貨船“薩凡那”號上試用功率 20000馬力核動力裝置成功；1960年蘇聯在破冰船“列寧”號上採用核動力裝置,功率44000馬力。此後，聯邦德國和日本也分別建造了核動力商船。這些船在試航一段時間後，出於法律和民意上的原因停駛。人們擔心放射性物質污染航道、港口和城市環境，因此很多港口拒絕核動力船進港。對核燃料使用後的核廢料也還缺乏妥善處理辦法。目前這些民用核動力船都已改裝為常規動力裝置船。

為全船提供電力、照明和其他動力的裝置，如發電機組、副鍋爐等。發電機組是船上最重要的輔助動力裝置。蒸汽機船上的發電機組由蒸汽機驅動（有時用小型汽輪機驅動），但容量較小，以供照明電源為主。在汽輪機船上，發電機組由汽輪機驅動，為全船電氣設備提供電源。這種汽輪發電機組大部已係列化，容量從500千瓦到2500千瓦不等,可以自由選擇。在柴油機船上，有2～3台發電機組，由單獨設置的中速或高速柴油機驅動。容量據全船電動機械設備的數量確定，普遍採用440伏三相交流電,頻率有50赫茲和60赫茲兩種。副鍋爐在蒸汽機船和汽輪機船上是供停泊時使用，在柴油機船上供平時取暖和加熱用。柴油機船上的副鍋爐的燃料可以是燃油，也可以利用柴油機排出的廢氣所產生的蒸汽。除發電機組和副鍋爐外，由於現代船上液壓機械設備的驅動需要，還設有液壓動力裝置，其主要部件為液壓油泵，可以用電動機或單獨的柴油機驅動。

隨着運輸船舶性能上的不斷完善，船上的輔機和設備也日趨複雜,最基本的有:①舵機、錨機、起貨機等輔助機械。這些機械在蒸汽機船上用蒸汽作為動力，在柴油機船上先是採用電動，現多數已改用液壓驅動。②各種管路系統。如為全船供應海水和淡水的供水系統；為調節船舶壓載用的壓載水系統；為排除艙底積水用的艙底水排出系統；為全船提供壓縮空氣用的壓縮空氣系統；為滅火用的消防系統等等。這些系統所採用的設備如泵和壓縮機等絕大部分是電動的，並能自動控制。③為船員和旅客生活服務的取暖、空調、通風、冷藏等系統。這些系統一般都能自動調節和控制。