船舶電站發(fā)電原動機技術(shù)特點分析及選型研究

摘? 要：該文概要介紹船舶電站及其對發(fā)電用原動機的技術(shù)要求，相應(yīng)闡述汽輪機、柴油機及燃氣輪機等幾類熱力發(fā)動機的技術(shù)特點，重點對幾類發(fā)動機的技術(shù)特點進行對比，并對其在船舶電站發(fā)電原動機領(lǐng)域的應(yīng)用前景及選型進行分析。柴油機工作效率高，無需鍋爐和冷凝器等設(shè)備，在船舶電站領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。無論哪一種船舶，應(yīng)急發(fā)電機組都用柴油機作為原動機。汽輪發(fā)電機組運轉(zhuǎn)穩(wěn)定且功率較高，但由于輔助設(shè)備較多，致使工作可靠性較低，因此，為實現(xiàn)快速備航和提高生命力，也需要安裝柴油發(fā)電機組作為備用機組。燃氣輪機具備尺寸小、重量輕的優(yōu)勢，由于技術(shù)和經(jīng)濟性等原因，目前除少量軍用艦船外，少有民用船舶采用燃氣輪發(fā)電機組，但考慮到其技術(shù)優(yōu)勢，仍有一定的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：柴油機；汽輪機；燃氣輪機；內(nèi)燃機；原動機；船舶電站；電力系統(tǒng)

中圖分類號：U665.12? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）10-0087-06

Abstract： This paper briefly introduces the marine power station and its technical requirements for prime mover for power generation， and accordingly expounds the technical characteristics of several kinds of thermal engines such as steam turbine， diesel engine and gas turbine， with emphasis on the comparison of the technical characteristics of several kinds of engines. its application prospect and type selection in the field of power generation prime mover in marine power station are analyzed. Diesel engine has high working efficiency and does not need equipment such as boilers and condensers， so it is widely used in the field of marine power stations. No matter what kind of ship， the emergency generator set uses diesel engine as the prime mover. The steam turbine generator set operates stably and has a high power， but due to the large number of auxiliary equipment， its working reliability is low. Therefore， in order to achieve rapid standby and improve vitality， it is also necessary to install a diesel generator set as a backup unit. Gas turbines have the advantages of small size and light weight. Due to technical and economic reasons， except for a small number of military ships， gas turbine generator sets are rarely used in civil ships， but considering its technical advantages， there are still certain development prospects.

Keywords： diesel engine; steam turbine; gas turbine; internal combustion engine; prime mover; marine power station; power system

現(xiàn)代船舶設(shè)備已實現(xiàn)了高度電氣化。船上的甲板機械、為主推進發(fā)動機（又稱“主機”）服務(wù)的附屬設(shè)備、艙室輔機、空調(diào)系統(tǒng)與生活設(shè)施、船舶的觀通導(dǎo)航和船內(nèi)照明裝置等設(shè)備都離不開電，可見船上供電的重要性。

1? 船舶電站及發(fā)電原動機選型要求

1.1? 船舶電站的概念與分類

船舶電站的作用是為船舶提供所需的電能，并分配給各用電設(shè)備[1]。船舶電站按用途可以分成主電站和應(yīng)急電站[2]。主電站可確保船舶在正常情況下供電，通常包括若干臺發(fā)電機組。

根據(jù)用途的不同，可將主電站的相關(guān)機組分為主發(fā)電機組、備用發(fā)電機組和停泊發(fā)電機組。主發(fā)電機組是平常用于發(fā)電的機組。備用發(fā)電機組是當某臺主發(fā)電機組故障時，用于替換主發(fā)電機組的其他機組。停泊發(fā)電機組則用于滿足船舶停泊時的發(fā)電需求（部分船舶則并未專設(shè)此類機組）。

應(yīng)急電站則是當主電站無法正常工作時，作應(yīng)急使用的電站，通常包括一臺發(fā)電機組。該機組平時需定期維護，以便隨時維持可用狀態(tài)，其容量應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)要求。

從供電的發(fā)電機組、輸配電的供電網(wǎng)絡(luò)到各用電設(shè)備均構(gòu)成了一個統(tǒng)一整體。在船舶正常運行時，主發(fā)電機組向各用電設(shè)備供電；而在應(yīng)急狀態(tài)下，應(yīng)急發(fā)電機組需能自動啟動，通過應(yīng)急配電板向相關(guān)用電設(shè)備供電。當船舶處于停泊狀態(tài)時，通常由停泊發(fā)電機組向停泊時尚需工作的電氣設(shè)備供電。另外，也常常可通過岸電箱接通岸電，而不必使用停泊發(fā)電機組。

1.2? 船舶電站的電制

船舶電站有直流和交流2種，所以船用發(fā)電機組按電制分類有直流發(fā)電機組和交流發(fā)電機組2種。通常因交流電制具有較顯著的優(yōu)越性，所以，國內(nèi)外一些船舶如油船、客船、貨船等都優(yōu)先采用交流電制，僅在一些特殊船舶和小型內(nèi)河船舶如漁船等采用直流電制[3]。不少小型內(nèi)河船舶上需要能對蓄電池組進行直接充電，故電氣設(shè)備仍以直流為主。近年來，在一些大型集裝箱船、工程船和采用電力推進的船舶上出現(xiàn)了中壓和高壓的交流船舶電站。

1.3? 船舶主電站的功率確定

主電站設(shè)計時應(yīng)滿足的要求是，能滿足船舶在任何正常運轉(zhuǎn)工況下的電力需求，并且在技術(shù)上符合造船規(guī)范。由于船舶上用電設(shè)備眾多，且用途各不相同，通常不會全部同時投入運作。而電站負荷則會隨著船舶工況的不同而隨時變化，如果按全部用電設(shè)備的總額定功率來選用發(fā)電機組，則會造成功率浪費。但如果將額定功率數(shù)值選得太小，則無法滿足多種情況下需要，影響船舶航行安全。因此，必須準確合理地確定電站功率，使主發(fā)電機組能在所有情況下既有一定的功率儲備，又能確保全船的經(jīng)濟航行。確定電站功率即確定電站負荷，常用三類負荷法，其基本步驟如下。

1）統(tǒng)計全船所有用電設(shè)備的數(shù)量及其電功率，即算出總負荷。

2）由于在不同運行狀態(tài)下，船舶電站的負荷也有所不同，通?？蓪⒋肮ぷ鳡顟B(tài)分為航行、機動、裝卸作業(yè)及停泊4種。

3）將各種用電設(shè)備按不同工況分為3類：第一類負荷為連續(xù)使用的負荷，如舵機、主海水冷卻泵、主機滑油循環(huán)泵等；第二類負荷為短時或重復(fù)短時使用的負荷，如主空氣壓縮機、鍋爐給水泵等；第三類負荷為偶然短時使用或按操作規(guī)程可以在用電高峰時不用的負荷，如主機盤車機、吊艇機、電焊機等。

4）按設(shè)備使用特點分類，計算每項設(shè)備的實際使用功率和實際使用時間。通過上述計算可算出船舶在各種狀態(tài)下的用電總量，其中用電最多狀態(tài)的用電總量就是電站主發(fā)電機組的總?cè)萘?，相?yīng)也可確定主發(fā)電原動機的最小總功率。

1.4? 發(fā)電原動機的選型要求

船用發(fā)電原動機應(yīng)滿足以下要求：①工作可靠、壽命長；②具有良好的變負荷工作性能；③操作簡單，啟動方便；④具有較低的燃油消耗率；⑤機組體積小，重量輕；⑥具有良好的安全性；⑦工作噪聲低，必要時應(yīng)配備消音設(shè)施；⑧具有良好的遙控和自動化性能。

發(fā)電機的原動機可分為汽輪機、柴油機和燃氣輪機等幾類。如上文所述，用于發(fā)電的原動機應(yīng)具有良好的性能指標，包括較低的油耗、較高的效率，并能和主機協(xié)調(diào)運作。發(fā)電機的單機容量確定后，可按配套產(chǎn)品目錄選出滿足以上要求的原動機，其容量應(yīng)滿足發(fā)電機的效率和過載能力等方面的要求。

2? 船用發(fā)電原動機的技術(shù)特點研究

除有專門要求的船舶外，一般船舶都采用交流電站，發(fā)電原動機主要有汽輪機、柴油機和燃氣輪機等幾類。

2.1? 發(fā)電用汽輪機

汽輪機的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，控制方便，高速性能好，運行噪聲低。在以汽輪機為動力的船舶上，利用主鍋爐作為汽輪發(fā)電機組的主供汽源，可以簡化機組的配套設(shè)備，以提高機組運行經(jīng)濟性[4]。

汽輪機的單機容量受汽輪機低壓部分的末級排汽尺寸（平均直徑和葉片長度）影響。末級葉片長度的制造工藝水平，往往限制了汽輪機的功率增加。通常在某一種末級葉片長度的情況下，單排汽口的汽輪機往往有一個最大極限容量。因此，要擴大機組的單機容量，一般都要增加排汽口數(shù)目，采取分流方式。

2.2? 發(fā)電用柴油機

2.2.1? 發(fā)電用柴油機的選用要點

柴油機是目前船舶上應(yīng)用最廣泛的一種發(fā)電原動機。通常將轉(zhuǎn)速為1 000 r/min以上的柴油機稱為高速柴油機，將轉(zhuǎn)速為300～1 000 r/min的柴油機稱為中速柴油機，轉(zhuǎn)速低于300 r/min的柴油機為低速柴油機，但該類機組很少用作發(fā)電原動機，多用作于主機。

選擇柴油機作發(fā)電原動機時應(yīng)注意以下3點：①各種廠家生產(chǎn)的柴油機性能有很大的差異，應(yīng)選那些經(jīng)實踐證明質(zhì)量能保證船舶使用要求的產(chǎn)品作發(fā)電原動機。②軍用艦船或?qū)Πl(fā)電機組尺寸有著較高緊湊性要求的船舶可選用轉(zhuǎn)速較高的柴油機。③柴油機和發(fā)電機的功率應(yīng)能實現(xiàn)合理匹配。柴油機功率選得過小，會減小機組的過載能力，而且柴油機長期過負荷工作會使燃燒惡化，熱負荷和機械負荷增加，使用壽命下降，動態(tài)響應(yīng)性能差。反之，若將柴油機功率選得過大，會使機組長期低負荷運行，燃油消耗率過高，運行經(jīng)濟性差，而且會引起氣缸積炭，增大磨損，同樣導(dǎo)致機組壽命的縮短。

2.2.2? 發(fā)電用柴油機與發(fā)電用汽輪機的對比

與汽輪機相比，柴油機具有如下特點：①啟動和甩負荷時間短，只需幾分鐘到十幾分鐘；②設(shè)備簡單，占地面積較小；③無需大量的冷卻水；④效率較高。

但由于柴油機的通常轉(zhuǎn)速低于汽輪機，因此只能在低速場合下使用。其次，柴油機由于扭矩輸出并不均勻，慣性力矩較大，為了均衡旋轉(zhuǎn)，會在柴油機和發(fā)電機之間裝有飛輪。柴油發(fā)電與送電系統(tǒng)并列時，應(yīng)注意由于旋轉(zhuǎn)不均衡而不易同步。

就目前而言，柴油機具有重量輕、小型、可靠性高、啟動性能好及熱效率高等優(yōu)點，但單機容量不易增大，多用于孤島上的電廠或工廠電源。此外，還用作汽輪機發(fā)電廠中的緊急備用電源。

2.2.3? 發(fā)電用柴油機轉(zhuǎn)速的選擇原則

如上文所述，由于多采用交流電，為滿足相關(guān)發(fā)電需求，柴油機的額定轉(zhuǎn)速選擇受到較大的限制，其與機組額定頻率、發(fā)電機的極對數(shù)有關(guān)。個別情況下，若轉(zhuǎn)速不能滿足要求，可在柴油機的功率輸出端配置增速或減速齒輪箱，將柴油機的輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換到所需額定轉(zhuǎn)速后與發(fā)電機成套，由于多了一個環(huán)節(jié)，機組的可靠性有所降低。在柴油機選型時還應(yīng)考慮其調(diào)速性能指標、并聯(lián)運行指標和抗沖擊性能指標等滿足技術(shù)規(guī)格書的要求。

2.2.4? 發(fā)電用柴油機的自動控制

均以柴油機作為原動機時，主發(fā)電機的自動控制原理與應(yīng)急發(fā)電機大致相似，所不同的是，應(yīng)急發(fā)電機組處于應(yīng)急的備用狀態(tài)，只要環(huán)境條件許可就必須啟動。主發(fā)電機處于正常的備用狀態(tài)，除了滿足正常的交換機組的自動控制，還要滿足在異常情況下的交換機組的自動控制。啟動/停機運行要考慮到對機械壽命的影響。在備用狀態(tài)所采取的措施是，需采用冷卻水（淡水）的預(yù)加熱和轉(zhuǎn)動部位的預(yù)潤滑。

冷卻水預(yù)加熱是機組啟動直接加速到額定轉(zhuǎn)速所必須采取的措施。在進行調(diào)試或運行時，需要知道柴油機是否處于預(yù)熱狀態(tài)，決定是否可以啟動運行。

柴油機在啟動運行之前，應(yīng)先啟動預(yù)潤滑油泵，向各轉(zhuǎn)動部位注入潤滑油，約2～3 min后才啟動柴油機，待機運轉(zhuǎn)后，機帶滑油泵工作，關(guān)閉預(yù)潤滑油泵。

2.2.5? 發(fā)電用柴油機的使用

柴油機作為一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原動機，其使用情況對整個柴油發(fā)電機組的安全可靠和經(jīng)濟運行有重要意義。各類型號的柴油機的結(jié)構(gòu)和性能不盡相同，應(yīng)按設(shè)備制造廠的要求進行操作，下面簡單介紹一些使用中的主要問題。

1）保證良好的潤滑。實踐證明，保持潤滑油的清潔，提高潤滑效果，對柴油機的安全經(jīng)濟運行有很大影響。所以在日常運行中，要經(jīng)常清洗潤滑油過濾器，部分會采用在潤滑油中加二硫化鉬的辦法提高潤滑效果，使?jié)櫥椭械奶繙p少結(jié)渣，從而減輕了柴油機轉(zhuǎn)動部分磨損，延長使用壽命。

2）增壓器的運行。增壓器在運行時應(yīng)嚴格遵循制造廠的有關(guān)規(guī)定，轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過額定的最高轉(zhuǎn)速，渦輪機的入口氣溫不得超過允許的最高溫度。除了緊急情況柴油機不應(yīng)在帶負荷時停機。

在運行過程中，還要經(jīng)常檢查柴油機氣缸的進氣壓力和排氣壓力、軸承溫度、冷卻水溫度和壓力，注意傾聽和觀察增壓器的運行是否平穩(wěn)，特別是增壓器的渦輪和壓氣機的轉(zhuǎn)子，不能有偏心或其他不平衡現(xiàn)象，以免引起過大的振動。

加強巡回檢查。為保證機組的安全運行，應(yīng)嚴格遵守各項安全操作規(guī)程，加強對機組的巡回檢查工作。

2.2.6? 基于軍用艦船發(fā)電柴油機的隱身性要求

柴油發(fā)電機組是軍用艦船中一個寬頻帶、高強度的振動與噪聲激勵源，其通過基座和管路傳遞到船體機座的中、高頻振動（即結(jié)構(gòu)噪聲），會引起水下輻射噪聲，影響全艦的隱蔽性。而其輻射出的空氣噪聲，將引起船員疲勞及誤操作等情況，影響艦船的正常使用功能。為了減少空氣動力噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲，發(fā)電機組應(yīng)盡可能安裝隔聲罩和采取隔振措施。

2.3? 發(fā)電用燃氣輪機

2.3.1? 燃氣輪機及其工作循環(huán)

燃氣輪機是一種熱力渦輪機械，通常由壓氣機、燃燒室和渦輪三大部件組成。渦輪所輸出功率的2/3用于驅(qū)動壓氣機，其余功率則通過轉(zhuǎn)軸輸出帶動外負荷。按燃燒加熱的方式，燃氣輪機的循環(huán)可分為定壓加熱循環(huán)和定容加熱循環(huán)兩大類。但定容加熱循環(huán)由于定容燃燒只能間斷地進行，這給結(jié)構(gòu)、運行帶來了許多困難，所以，近代燃氣輪機一般都采取定壓燃燒加熱循環(huán)。

燃氣輪機可以按照開式循環(huán)和閉式循環(huán)工作。開式循環(huán)是指循環(huán)并非處于封閉狀態(tài)，渦輪出來的熾熱廢氣直接排入大氣中，并通過壓氣機內(nèi)吸入其他新鮮的冷空氣。在閉式循環(huán)中，燃氣輪機的工質(zhì)是空氣（或其他氣體工質(zhì)）[5]。工質(zhì)周而復(fù)始在裝置內(nèi)經(jīng)過壓縮、加熱、冷卻，重新壓縮，加熱等過程而重復(fù)循環(huán)，完成軸功率的對外輸出。

2.3.2? 發(fā)電用燃氣輪機的技術(shù)特點

①啟動快，自動化程度高，可實現(xiàn)無人值班運行；②冷卻水耗量少；③組裝程度高，系統(tǒng)簡單，輔助設(shè)施量少，建設(shè)周期短；④排氣溫度水平及含氧量均較高，易于實現(xiàn)熱量回收，并能與汽輪機組成燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)；⑤用于熱電聯(lián)產(chǎn)時，燃氣輪機的電、熱功率比可高達汽輪機的3.5倍；⑥比重量小，體積小，機動性好；⑦運行性能受大氣參數(shù)的影響，大氣壓力的高低對機組功率有明顯影響，大氣溫度的變化則對機組功率和效率都有明顯的影響；⑧單軸燃氣輪機變工況運行經(jīng)濟性差；⑨與汽輪機組相比，對燃料要求較高，但要求比柴油機低，原則上適用于液態(tài)及氣態(tài)燃料，但用固態(tài)燃料近來也有所開發(fā)；⑩需要啟動設(shè)施，燃氣輪機可采用蓄電池組、直流電動機或柴油機作啟動動力源，啟動功率為主機的2%～5%，啟動后還可實現(xiàn)調(diào)相運行。

2.3.3? 燃氣輪機與柴油機及汽輪機的對比

在燃氣輪機中，空氣不斷地流過壓氣機，與噴油泵噴入的油在燃燒室內(nèi)進行燃燒，燃氣進入燃氣輪機膨脹做功。可見，與柴油機一樣，燃氣輪機也是以燃料燃燒產(chǎn)生的高溫燃氣為工質(zhì)。在柴油機內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)換過程中，高溫工質(zhì)在氣缸內(nèi)直接膨脹，推動活塞而做功，但由于受氣缸長度的限制只能膨脹到一定程度。但同時，即使氣缸自身足夠長，工質(zhì)膨脹后期的壓力較小，所做的功同樣也會較少。由于柴油機放熱時近于定容排熱，從能量利用觀點看并不經(jīng)濟，這是由于柴油機的所有過程全在同一個設(shè)備（氣缸）的空間中進行。而對于燃氣輪機而言，其能量轉(zhuǎn)換過程與汽輪機相同，高溫工質(zhì)的熱能先轉(zhuǎn)換成動能再對外做功，并且工質(zhì)會一直膨脹至大氣環(huán)境壓力，在定壓條件下向大氣排熱。由于燃氣輪機熱力循環(huán)的各個過程分別在獨立的設(shè)備中進行，某一個設(shè)備中只進行一個過程（例如，在壓氣機內(nèi)進行壓縮；在燃燒室內(nèi)進行燃燒；在渦輪內(nèi)膨脹做功等），這就使各過程的進行更為充分，更有利于過程的組織與安排。

除了工質(zhì)不同，燃氣輪機的工作原理大致與汽輪機相類似，二者的差別首先在于工質(zhì)的不同。汽輪機的工質(zhì)是水蒸汽，而燃氣輪機的工質(zhì)則是自燃燒室中燃燒液體或氣體燃料所獲得的燃氣。此外，燃氣輪機自身可被視為一類完整的動力設(shè)備，而汽輪機必須與蒸汽鍋爐、給水泵等輔助設(shè)備相結(jié)合，共同組成完整的動力系統(tǒng)。

由此可知，燃氣輪機兼?zhèn)洳裼蜋C的“內(nèi)部燃燒”和汽輪機的“旋轉(zhuǎn)”2項特點，因此可制成高速大功率機組，具有裝置總體積較小，比功率較大，啟停和增減負荷速度較快，所需冷卻水又較少等優(yōu)點?？傮w而言，其與柴油機與汽輪機的對比見表1。

表1? 燃氣輪機相比于汽輪機與柴油機的優(yōu)勢

然而，因受金屬材料（噴管、葉片）耐高溫的限制，采用簡單循環(huán)的燃氣輪機，其熱效率明顯低于柴油機。如果采取回熱等措施，雖能提高燃氣輪機的熱效率，卻又增加了設(shè)備，提升了機組重量、尺寸及相應(yīng)的成本，抵消了前述的一些優(yōu)點[6]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬耐溫性正在不斷提高，葉片的冷卻技術(shù)也在不斷改進，且使用固體燃料也已獲得相當?shù)脑囼炐Ч?，還可與核能反應(yīng)堆相配合，因此除了發(fā)電領(lǐng)域，燃氣輪機可在許多領(lǐng)域與柴油機或汽輪機開展競爭，有著廣闊的發(fā)展前景[7]。

2.4? 廢氣渦輪發(fā)電

利用主柴油的廢氣余熱來推動廢氣渦輪發(fā)電，可以提高機組運行經(jīng)濟性，并降低油耗[8]。但以主機廢氣的有效利用來解決船舶航行所需發(fā)電量，取決于從廢氣中能獲得的電能與航行中所需電能的平衡。由于主機效率不斷提高，可利用的排氣廢熱下降，再加上存在機組所占空間較大、初始成本較高等問題，廢氣渦輪發(fā)電機組應(yīng)用并不廣泛。

3? 船舶電站發(fā)電原動機技術(shù)特點歸納及選型研究

如上文所述船舶發(fā)電機用的原動機型式，主要有柴油機、汽輪機和燃氣輪機等幾類。

柴油機工作效率高，可以隨時啟動，無需配備鍋爐和冷凝器等設(shè)備，工作獨立性強。當柴油機為原動機時，為了使用和維修的便利性，對機組的容量有不同要求，為滿足上述要求，盡可能選用機型系列相同，但氣缸數(shù)不同的其他柴油機來滿足對發(fā)電機組功率的要求。

柴油發(fā)電機組不僅廣泛用于柴油機船上。無論哪一種船舶上，應(yīng)急發(fā)電站都會優(yōu)先采用柴油機作為發(fā)電原動機。就目前而言，船用柴油發(fā)電機組已在國內(nèi)得到了長足發(fā)展，部分代表機型如圖1和圖2所示。

圖1? 由廣西玉柴船電動力有限公司推出的YC16VC型

船用發(fā)電機組[9]

汽輪機轉(zhuǎn)速均勻，調(diào)速特性好，蒸汽利用率高，通常在以汽輪機為主機的船舶上，除了采用汽輪發(fā)電機組之外，為了快速備航和提高生命力，也會配備柴油發(fā)電機組。

圖2? 由廣西玉柴船電動力有限公司推出的YC6C型

船用應(yīng)急發(fā)電輔機[10]

燃氣輪機無需鍋爐設(shè)備，和柴油機一樣可以實現(xiàn)獨立工作。其與前2類原動機相比，具有體積小、質(zhì)量輕、啟動快、無需大量冷卻水、運行維護簡便、機動性強、造價和運行費用較低等一系列優(yōu)點，但是也存在葉片材料用的合金鋼成本高昂、工作可靠性較差、壽命短等問題。另外，由于燃氣輪機工作時空氣流量較大，致使機組進、排氣管道尺寸較大，艙內(nèi)布置較為困難，限制了其在船舶發(fā)電原動機領(lǐng)域的應(yīng)用。綜上所述，幾類主機各自的技術(shù)特點定性對比見表2。

在幾類原動機中，由于柴油機經(jīng)濟性較好，所以廣泛將其用作于發(fā)電原動機。柴油機具備易于啟動，對其他設(shè)備依賴性低等特點。目前，在大型船舶上多采用中速機來作為發(fā)電機組，并認為該類機組有著較好前景。因為與低速柴油機相比，中速柴油機重量輕，體積小，啟動性較好；而與高速柴油機相比，中速柴油機更為可靠、耐用，大修期更長，燃油消耗率也較低。特別是現(xiàn)代中速機已可燃用與主機相同規(guī)格的燃油，所以主、副柴油機及鍋爐應(yīng)用同樣燃料的“單一燃料船舶”越來越多。而使用中速柴油機時應(yīng)注意其過載能力較為有限，通常不超過額定功率的10%。

但在噸位較小或?qū)C艙容積要求比較嚴格的船上，以高速柴油機作為原動機也較常見，這是由于高速柴油機有較小的體積和較輕的重量，在機艙中容易布置。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，高速柴油機的尺寸和重量越來越小，燃油消耗率在持續(xù)降低，振動和噪聲在持續(xù)優(yōu)化，壽命在不斷延長，再加上相關(guān)修理工作易于在機艙內(nèi)開展，為此有著較多優(yōu)勢。而部分船型甚至可以采取整機調(diào)換的修理方法，即將在工廠內(nèi)修好的柴油機與船上待修的柴油機進行整機調(diào)換。由此可以減少船舶因修理而停航的時間，進而增加船的運轉(zhuǎn)能力。

汽輪機具有功率大及運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的優(yōu)點，隨著動力裝置余熱利用的發(fā)展和深化，余熱汽輪發(fā)電機組在船舶領(lǐng)域已進入實用階段[11]，其能量的梯級利用方案更具優(yōu)越性。

單機容量較大的汽輪發(fā)電機組，單位功率的設(shè)備投資費用較低，運行時的熱效率較高，發(fā)電成本也比較低。在設(shè)計船用汽輪發(fā)電機組時，也需要注意主鍋爐不能供汽時的供電問題，如主鍋爐沒有點燃或破損等情況。因此，在以汽輪機為主機的船舶上，除安裝汽輪發(fā)電機組作為主發(fā)電機組之外，為了快速備航和提高生命力，還應(yīng)配備一定數(shù)量的柴油機或其他動力的輔助發(fā)電機和應(yīng)急發(fā)電機，以使各種工況的供電都能得到保證。

如上文所述，燃氣輪機具有重量輕、體積小，啟動快，運行維護方便，便于集中控制，少用水甚至不用水，并可燃燒多種燃料和廉價等諸多優(yōu)點，為此在船舶推進領(lǐng)域有著廣闊的前途。與用于坦克和機車領(lǐng)域的燃氣輪機不同，船用燃氣輪機在外形尺寸方面受到限制較小，可持續(xù)提升其經(jīng)濟性和動力性指標。除用于推進主機之外，燃氣輪機對船舶電站同樣有一定技術(shù)吸引力[12]。近年來已有不少船舶采用燃氣輪機作發(fā)電原動機，并配備了高度自動化的控制設(shè)備，能在各種工況下可靠工作[13-14]。

燃氣輪機的其中一項重要缺點在于燃油消耗率較高，尤其在電網(wǎng)處于變負荷或低負荷工況時，其燃油消耗率顯著高于其他類型的機組。為了解決這一問題，部分船舶將發(fā)電燃氣輪機排出的廢氣引到專用鍋爐，加入燃料以進行混燒，然后利用高溫燃氣來產(chǎn)生高溫蒸汽，以回收能量。燃氣輪發(fā)電機與專用鍋爐項組合，可以使整個能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率高達70%。

此外，燃氣輪機的另一項重要缺點是噪聲較大，通常需安裝在防沖擊和消音的機架上，并需設(shè)置隔音罩。就目前而言，控制柴油機排氣噪聲的有效方法是安裝合適的消聲器。燃氣輪機則有所不同，其進氣噪聲較高，并且為高頻性噪聲。排氣噪聲相對較低，對人產(chǎn)生影響較小，但由于排氣噪聲頻帶較寬，傳播距離更遠，對周邊環(huán)境會造成一定的干擾。所以，在發(fā)電過程中，對燃氣輪機的噪聲進行治理顯得格外突出和重要。鑒于燃氣輪機組噪聲源多、發(fā)聲部件多，為此必須采取隔聲罩（消除機械性噪聲）、采用機座隔振（減弱固體噪聲），以及在進、排氣口分別裝設(shè)消聲器等一系列控制措施。

4? 結(jié)論

綜合上文所述，船用發(fā)電機組按原動機的種類分，主要有柴油發(fā)電機組和汽輪發(fā)電機組，在軍用艦船上也會采用燃氣輪發(fā)電機組。

柴油發(fā)電機組工作效率高，啟動、停車、操縱使用方便，調(diào)速特性均勻，維護保養(yǎng)工作也較為簡易，而且附屬設(shè)備數(shù)量較少，因此是船舶上應(yīng)用最廣泛的發(fā)電機組，不僅用在以柴油機為主機的船舶上，而且也會用在以其他類型主機為動力來源的船舶上。

汽輪發(fā)電機組也是船舶上一類常用的發(fā)電機組。汽輪機轉(zhuǎn)速均勻，調(diào)速特性好，蒸汽利用率高，由于轉(zhuǎn)速較高，多通過減速齒輪箱與發(fā)動機相配合。但汽輪機需要設(shè)置包括鍋爐、冷凝器在內(nèi)的附屬設(shè)備，其運行及維護方面技術(shù)要求較高。

燃氣輪發(fā)電機組具有體積小、質(zhì)量輕、功率大、機動性好等一系列優(yōu)點，其現(xiàn)階段的重要缺點在于燃油經(jīng)濟性較差，特別是在部分負荷工況下。但即便如此，燃氣輪發(fā)電機組作為軍用艦船的主機已得到了長足發(fā)展，但燃氣輪發(fā)電機組除了在軍用艦船領(lǐng)域被用作于主機，在一般民用船舶中尚未被作為主機或發(fā)電原動機而被推廣使用，但考慮到其技術(shù)特點，仍有著較好的發(fā)展前景。

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