舰艇联合动力装置
ship combined power plant
jianting lianhe dongli zhuangzhi
舰艇联合动力装置
由多台不同类型或型号的主机组成的舰艇动力装置。通常由巡航主机、加速主机、传动装置、轴系、推进器等构成。联合动力装置通过各种类型主机的合理配置和组合，充分发挥各种类型或型号主机的优点，弥补其缺点，使整个动力装置在全部运行工况范围内保持优良的性能，满足舰艇在高速和巡航等工况下的要求。联合动力装置采用不同类型或型号的主机，在使用、管理、训练、维修、后勤保障等方面会变得更为复杂和困难，往往被作为一种向某种尚不成熟的新型动力装置发展过程中出现的一种过渡性产物，最终还要被单一机型的动力装置所替代。但在某些特定的用途中又需要采用不同类型的主机组合成联合动力装置。如潜艇及某些反潜舰艇，由于对航行状态和隐蔽性有很高的要求，多采用机械及电力推进相结合的联合动力装置。
简史 联合动力装置的出现与燃气轮机的发展有着密切的关系。20世纪50年代起燃气轮机开始应用于舰艇后，蒸汽轮机－燃气轮机动力装置被用于大中型水面舰艇上，60年代后柴油机的单机功率不断增大，重型高速功率柴油机的发展，出现由柴油机－燃气轮机组成的联合动力装置，已广泛地用于中小型水面舰艇上，成为联合动力装置中最主要的一种组合形式。这个时期燃气轮机的经济性较差，一般多作为联合动力装置中运行时间较短的加速机组。70年代以来燃气轮机的技术性能有了很大提高，燃油消耗率大幅度下降，部分工况性能有了改善，从而出现由同型号燃气轮机组成的联合动力装置。从发展趋势看，这种同型机全燃动力装置将取代异型燃气轮机组成的联合动力装置。对振动噪声有很高要求的一些特殊用途的水面舰艇，在巡航时采用电力推进的形式，由燃气轮机－电动机组成的联合装置(COEAG)或蒸汽轮机－电动机联合装置(COSAE)等也陆续出现于80年代设计研制的舰艇上。
组成 动力装置的组成形式主要有：①蒸汽－燃气轮机联合动力装置(COSAG)，巡航工况时，由蒸汽轮机供给动力，全速工况时，由蒸汽轮机及燃气轮机共同供给动力。②燃气－蒸汽轮机循环联合动力装置(COGAS)，这是一种复合循环装置，即利用燃气轮机的废气能量使蒸汽锅炉产生蒸汽推动蒸汽轮机，两种动力机械共同向舰艇提供推进动力。与上述联合动力装置不同之处是在两种动力机械之间，不仅有机械联系而且有热力联系。③柴油机－燃气轮机联合动力装置(见图)，由柴油机组成巡航机组，燃气轮机为加速机组，在巡航工况仅由柴油机提供动力，在全速工况时由柴油机和燃气轮机共同提供动力(CODAG)或柴油机不工作而仅由燃气轮机提供动力(CODOG)。④柴油机－电机联合动力装置，指柴油机、电机都可驱动推进器的动力装置，柴油机发出的功率既可直接提供推进动力也可带动电机向蓄电池充电，然后由电机驱动推进器，还可一边向蓄电池充电一边驱动推进器。⑤柴－核－电联合动力装置，由于核动力装置小型化技术的突破，可在常规的柴油机－电机动力装置上加装小型核动力装置，组成柴－核－电联合动力装置。⑥异型柴油机联合动力装置(CODAD)，由不同型号的柴油机所组成，巡航机组为寿命长、可靠性好的重型大功率高速柴油机；加速机组为重量轻、尺寸小的轻型大功率高速柴油机。这样配置可使动力装置的重量减轻、尺寸减小，在使用时采用共同工作制，即在全速时，巡航机组及加速机组均投入运行提供动力。⑦异型燃气轮机联合动力装置(COGOG)，由不同型号的燃气轮机所组成，经济性好的小型燃气轮机作为巡航机组，大功率燃气轮机做为加速机组，在全速时只有加速机组投入运行。随着燃气轮机技术的发展，在各种工况下的经济性均有显著提高，近年来在大、中型水面舰艇上多采用多台同型号的燃气轮机组成多机装置，在巡航时由部分机组投入运行，在全速时全部机组投入运行(COGAG)，由于机型单一，管理及维护修理均较方便，已逐步取代异型燃气轮机联合动力装置。⑧蒸汽轮机－电机联合动力装置。以蒸汽轮机驱动发电机供电，以推进电机作主机的舰艇联合动力装置。
柴油机－燃气轮机联合动力装置简图
运行方式 联合动力装置从运行方式上可分为共同工作制及交替工作制。共同工作制，是指在巡航工况时由巡航机组提供动力，在全速工况时，巡航机组及加速机组同时运转，共同提供推进动力，这种工作制方式，适用在巡航航速要求较高、巡航机组功率在装置总功率中所占比重较大的情况下使用。交替工作制，是指在巡航工况时由巡航机组提供动力，在全速工况时只由加速机组提供动力，这种工作制方式适用在巡航航速较低，巡航机组功率在装置总功率中所占比重不大的情况下使用。联合动力装置，从结构上可分为分轴传动和并轴传动两类。分轴传动，指每台巡航机及加速机均分别驱动各自的推进轴(多为四轴推进)。这种结构的优点是传动系统比较简单，布置比较灵活，缺点是在巡航工况时及采用交替工作制在全速时有部分轴处于空转拖动状态，使阻力增加。并轴传动，是将巡航机和加速机通过传动机构并联在一根推进轴上(通常为双轴推进)，这种结构的优点是在所有工况下各传动推进轴均处于运转状态没有空转轴，使阻力减小，缺点是并车传动机构复杂。除少数小型水面舰艇外，多数采用并轴传动。
在交替工作制方式并轴传动的联合动力装置中，有一套复杂的传动机构。在柴油机输入端有液力偶合器、弹性联轴器和万向节，然后经自动同步离合器与减速齿轮箱相连接。液力偶合器起离合及吸收振动的作用，弹性联轴器及万向节是利用弹性元件的变形以补偿两轴相对位移、缓和冲击和吸收扭转振动。自动同步离合器用以实现同一轴上发动机之间的自动交替使用，是联合动力装置中的一个关键性环节。目前所采用的自动同步离合器都是棘齿型的超越离合器，依靠能自动同步正啮合的齿形联轴节传递功率和运动。当主动部件(或称输入部件)的转速一旦超过从动部件(或称输出部件)的转速，齿形联轴器便能自动啮合，使发动机与传动轴及推进轴接合，主动部件的转速一旦低于从动部件的转速，齿型联轴器便能自动分离。主从部件的齿形同步是依靠棘爪、棘轮机构来实现。在巡航工况时，燃气轮机未起动，这时柴油机转速增加，通过自动同步离合器的主动部件带动从动部件运转，然后经减速齿轮传动推进轴，在向全速工况过渡时，启动并加速燃气轮机，柴油机降速，当燃气轮机的转速超过时，则其他轴的自动同步离合器啮合，柴油机轴上的自动同步离合器脱开，实现自动交替。