摘 要

近年来，由于经济的发展，各国之间贸易往来、人员交流的频繁，人们生活水平得到了提高，加快了船舶领域的发展，而作为船舶业“奢侈品”的豪华游轮也得到了飞速的发展。游轮因为其高档、全面的配置得到了越来越多人的喜爱，能够迅速带动企业甚至国家经济的发展，国内外越来越多的企业制作游轮，游轮业的竞争力变得越来越大，要想在该行业占据一席之地，就必须对游轮动力装置提出更高的要求。

船舶动力装置的类型很多，如蒸汽轮机动力装置、柴油动力装置和燃气轮机动力装置等。目前用的最广泛的是柴油机动力装置，而燃气轮机装置等动力装置在各自领域也有着应用。

为了提高游轮的各项性能指标，满足日益激烈的市场、船舶整体竞争力，对游轮动力装置的研究与设计刻不容缓。本文分析了游轮动力装置的现状以及未来的发展趋势，同时考虑它所在航区以及工况等条件，遵循游轮动力装置的设计要求，对主机、螺旋桨以及轴系进行了选型与设计，同时分析了动力装置的节能性与经济性。具体内容主要有以下几点：

1. 了解游轮动力装置的工作原理以及系统组成，明确工作水域和工况，划分航区，分析游轮的尺度与船型特点；
2. 进行主机选型设计：根据已知船舶参数，利用艾亚法估算出主机功率；进行机桨匹配设计：通过初步匹配设计与终结匹配设计估算出转速、效率等参数；
3. 查阅轴系资料进行轴系设计，主要包括轴径、轴系长度的计算，选择轴承、密封装置等，最后对整个轴系进行强度校核；
4. 了解动力系统的组成、现状以及发展趋势，并对此进行优化和仿真设计，最后对它的经济性作出评价。

关键词：动力装置；动力系统；轴系；效益分析

Abstract

In recent years, due to the development of economy, frequent trade and personnel exchanges between countries, people's living standards have been improved, the development of ship field has been accelerated, and the luxury cruise ship, as the "luxury" of ship industry, has also been developed rapidly. Because of its high-grade and comprehensive configuration, cruise ships are loved by more and more people, which can rapidly drive the development of enterprises and even the national economy. More and more enterprises at home and abroad begin to manufacture cruise ships, and the competitiveness of the cruise industry is becoming more and more big. In order to occupy a seat in the industry, it is necessary to put forward higher requirements for the power devices of cruise ships.

There are many types of marine power plant, such as steam turbine power plant, diesel power plant and gas turbine power plant , which have different application areas. At present, the most widely used is diesel engine power device, and gas turbine power device and other power devices are also used in their respective fields.

In order to improve the performance of the cruise ship, meet the increasingly fierce market, the overall competitiveness of the ship, the research and design of the cruise ship power plant is urgent. This paper analyzes the current situation and the future development trend of the power plant of the cruise ship, considering the conditions of its navigation area and working conditions, and following the design requirements of the power plant of the cruise ship, the main engine, propeller and shafting are selected and designed, and the energy conservation and economy of the power plant are analyzed. The specific contents are as follows:

1. Understand the working principle and system composition of the power device of the cruise ship, define the working water area and working conditions, divide the navigation area, and analyze the scale and ship type characteristics of the cruise ship;
2. The main engine selection design: according to the known ship parameters, the power of the main engine is estimated by the aiya method; the matching design of the engine and the propeller is carried out: the parameters such as speed and efficiency are estimated by the preliminary matching design and the final matching design;
3. Consult the shafting data for shafting design, mainly including the calculation of shaft diameter and length, selection of bearing and sealing device, etc., and finally check the strength of the whole shafting;
4. Understand the composition, current situation and development trend of the power system, optimize and simulate the design, and finally evaluate its economy.

Key Words： power plant; power system; shafting; benefit analysis

目 录

第1章 概 述 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1游轮动力装置的研究水平及发展概况 3

1.2.2游轮动力装置的应用 3

1.2.3游轮动力装置仿真研究 4

1.3研究目的、内容与技术路线 5

1.3.1研究目的 5

1.3.2研究内容 5

1.3.3研究方法与技术路线 5

第2章 游轮动力装置设计的基本理论 7

2.1游轮动力装置的工作原理及系统组成 7

2.2长江中上游船舶航区及工况 7

2.3游轮的尺度与船型特点 8

2.4 本章小结 9

第3章 动力机械匹配选型 10

3.1 主机选型设计 10

3.1.1主机选型研究现状 10

3.1.2主机选型流程 10

3.1.3主机功率预估 11

3.2 机桨匹配设计 13

3.3 选择备选机型 15

3.4 本章小结 15

第4章 轴系的设计与校核 16

4.1 概述 16

4.1.1轴系的定义与组成 16

4.1.2轴系的作用、设计要求 16

4.2轴径 17

4.3 轴系长度 18

4.3.1桨轴后锥体计算 18

4.3.2轴系基本长度 19

4.4艉轴、艉轴承设计 19

4.4.1艉轴轴承间距 19

4.4.2艉轴承的选择 19

4.4.3艉轴密封装置的选择 19

4.4.4可拆联轴器的选择及前锥体的计算 20

4.4.5桨轴总长度 22

4.5 中间轴、中间轴承设计 22

4.5.1中间轴总长度 22

4.5.2轴承的选取 22

4.6 强度校核及负荷就算 22

4.6.1螺旋桨轴承负荷计算与桨轴静强度校核 22

4.6.2中间轴承负荷计算与中间轴静强度校核 26

4.6.3扭转作用下轴扭转角度的计算 29

4.7 本章小结 29

第5章 船舶动力系统 30

5.1 概述 30

5.1.1动力系统的组成 30

5.1.2动力系统的现状及发展趋势 30

5.2 动力系统的配置 31

5.3 动力系统的优化方案及仿真设计 31

5.4 动力系统的经济性评价 31

5.5 本章小结 32

第6章 节能与经济效益分析 33

6.1 节能效益分析 33

6.2投资回收年限分析 33

6.3 经济效益分析 34

6.4 本章小结 35

第7章 总结与展望 36

7.1 总结 36

7.2 展望 36

参考文献 38

致 谢 39

附 录 40

第1章 概 述

1.1 研究背景与意义

游轮业是21世纪比较热门的行业，游轮因为其便利、轻松、高性价比、活动场面规格高以及旅行的时间成本低等优点，成为了目前世界上主要的出行工具之一。游轮的发展对社会有着积极的促进作用，游轮业在工业生产中同样有着重要的地位。游轮动力装置是游轮的核心部件，游轮的发展主要体现在动力装置上，在满足基本设计目标的条件下，提高游轮动力装置的效率、降低能源消耗、减少环境污染以及提升游轮续航能力等就显得相当重要了。当今世界因为经济的快速发展，人们对能源的需求加大，各国都加大了对能源的开采，能源消耗急剧增加，使得对现有资源的有效、合理利用是十分重要的，游轮节能也是一样。游轮出行主要消耗的是石油资源，但目前面临着石油资源短缺，石油价格增加的问题，造成了游轮营运成本的增加。因此通过对游轮动力装置进行设计与优化，减少其燃油消耗量以及造船的成本，提高游轮运行的经济性。除了要考虑游轮的效率和能源消耗外，污染问题也是我们需要考虑的一个重要问题，在提高效率与降低能耗的同时，还需要降低对环境的污染，对此国际海事组织对船舶尾气排放作出了要求。

表1.1 硫化物限制