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早就想写一篇有关船用发动机的科普帖,今天终于写好了。

由于知识水平有限,帖子中免不了会有差错和谬误,欢迎各位看官批评指正。

文中的部分图片来自网络。

发动机的定义

广义上说,发动机泛指所有将其它形式的能量转换成机械能的装置,包括外燃机、内燃机、电动机等。而一般意义上的发动机,通常是指热机,即通过燃烧将燃料中的化学能转换成机械能的装置。显然,上述三类动力装置中,电动机不属于热机。

以下我们所讲的发动机,仅指热机。

发动机的分类

根据燃料在机外燃烧还是机内燃烧,发动机可分为外燃机和内燃机两大类。外燃机包括蒸汽机、热气机和蒸汽轮机;内燃机包括汽油机、柴油机和燃气轮机。而汽油机和柴油机又可分为二冲程和四冲程。

船用发动机浅谈(科普帖)

这里有两点需要特别指出:

1. 发动机也可以按照其它标准进行分类,例如按传动机构分类,可分为活塞式和涡轮式;按用途分类,可为为船用发动机、航空发动机等等。

2. 汽油机和柴油机最大的区别并非所用的燃料不同,而是采用不同的循环方式。汽油机采用的是奥托(Otto)循环,柴油机采用的是狄塞尔(Diesel)循环。区分两种循环最直观的方法,是看燃料是否与助燃空气一起参与压缩。参与的是奥托循环,不参与的是狄塞尔循环。

发动机的发明时间与发明人

外燃机

蒸汽机:1712年;托马斯·纽科门(英)

热气机:1816年;罗伯特·斯特林(英)

蒸汽轮机:1882年;古斯塔夫·拉瓦尔(瑞典)

内燃机

汽油机:1876年;尼科劳斯·奥托(德)

柴油机:1892年;鲁道夫·狄塞尔(德)

燃气轮机:1920年;H·霍尔茨瓦特(德)

很多人都听说过这样一个故事,说瓦特从烧水时壶盖被蒸汽顶起受到启发,进而发明了蒸汽机。其实这不过是个传说而已。蒸汽机的真正发明者是纽科门,公认的发明时间是1712年。而这个时候,瓦特还没出生呢!瓦特的贡献,在于其对纽科门的蒸汽机进行了脱胎换骨的革命性改进,使之真正成为一种高效实用的动力机械。我个人觉得把纽科门称为“蒸汽机之父”,把瓦特称为“蒸汽机之王”比较合适,就象我们称老斯特劳斯称为“圆舞曲之父”,称小斯特劳斯为“圆舞曲之王”一样。

发动机的主要特点及适用船型

蒸汽机

优点:结构简单

缺点:笨重,效率低

适用船型:已基本淘汰

船用发动机浅谈(科普帖)

蒸汽动力船舶中,最著名的无疑是泰坦尼克号了。泰坦尼克号由三台主机推进,包括两台蒸汽机和一台蒸汽轮机。

船用发动机浅谈(科普帖)

目前,蒸汽机推进的船舶基本只限于旅游用途。这是瑞士琉森湖上的蒸汽机游船和110多年前生产的推进主机。

热气机

优点:热效率较高,振动小

缺点:功率小,制造难度大

适用船型:AIP (AirIndependent Propulsion) 潜艇

船用发动机浅谈(科普帖)

这是几型装有热气机的潜艇。各位能分辨出她们的具体型号吗?

蒸汽轮机

优点:功率大,振动小

缺点:热效率较低,加载慢

适用船型:大型军用作战舰艇,LNG运输船

船用发动机浅谈(科普帖)

她们大家应该很熟悉、很亲切吧?

汽油机

优点:结构紧凑、振动小

缺点:功率小、热效率较低

适用船型:小型快艇

船用发动机浅谈(科普帖)

什么时候有这么一艘快艇就好了!

柴油机:

优点:热效率高

缺点:功率偏小,振动大

适用船型:大型军用作战舰艇外的所有船舶

船用发动机浅谈(科普帖)

图中的这台柴油机,是有迄今建造过的最大的船用柴油机。长26.5米,宽8米,高13.5米,重2300吨。功率将近11万马力。

燃气轮机

优点:功率大,振动小,加载快

缺点:效率偏低,制造难度大

适用船型:大型军用作战舰艇,大型豪华游轮

船用发动机浅谈(科普帖)

对今天的中国人来说,乘坐豪华游轮已不再是梦想。

功率—发动机最重要的技术参数

发动机的主要功能是将燃料中的化学能转换为机械功,因此发动机最重要的技术指标当然就是功率了。所谓功率,就是单位时间做的功。国际标准的功率单位是瓦特(包括千瓦、兆瓦)。1瓦特相当于1牛顿的力,用1秒钟将物体沿力的方向移动1米。即1瓦=1牛顿米/秒。

除瓦特外,常用的功率单位还有马力。一匹健康强壮的马,可以在1秒钟内将75公斤的重物提升1米。所以1马力=75公斤米/秒,相当于0.735千瓦。

历史上还曾经有过第三种功率单位----驴力。驴力于1884年由英国工程师勃里斯提出,1驴力=2/3马力=50公斤米/秒。从计算的方便性看,驴力明显比马力有优势。但很不幸,这一单位始终没得到推广。

船用发动机浅谈(科普帖)

1驴力=2/3马力

气缸排量—乘用车发动机最常用的“功率”指标

气缸排量:活塞从上死点移动到下死点所通过的空间容积称为气缸排量。我们通常用排量,而不是真正的功率单位来描述汽车发动机的大小。但是,排量能准确反映发动机的功率大小吗?

船用发动机浅谈(科普帖)

部分1.6升排量的车用发动机功率比较

表中的数据告诉我们,气缸排量往往不能准确反映发动机的功率大小。

发动机其它重要指标

除功率以外,发动机还有其它一些重要指标,例如燃油消耗率、有害物排放量、单位功率的重量、使用寿命、运行可靠性、操作难度、制造成本等等。

本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]
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