船用柴油机
这是目前商船（如集装箱船、散货船、油轮等）中最主流、最常见的主机类型，占据了市场的绝对主导地位。
结构与工作原理
柴油机通过压缩气缸内的空气,使其温度急剧升高，然后喷入柴油，柴油在高温高压下自行燃烧，膨胀做功，推动活塞运动，再通过曲柄连杆机构转化为旋转动力，最终驱动螺旋桨。
（图片来源网络，侵删）
主要类型
-
低速柴油机:
- 特点: 直接驱动大直径、低转速的固定螺距螺旋桨，无需减速齿轮箱，结构极其坚固耐用，燃料效率最高，可以燃烧粘度很高的劣质燃油（如船用重油）。
- 代表品牌: MAN Energy Solutions, Wärtsilä。
- 应用: 超大型集装箱船、VLCC（超大型油轮）、散货船等远洋干线巨轮。
-
中速柴油机:
- 特点: 转速比低速机高，通常需要通过减速齿轮箱来驱动螺旋桨，尺寸和重量相对较小，灵活性高。
- 应用: 常用作中型船舶的主机，或用作大型船舶的“辅机”来发电，以及用作某些船舶的“柴电推进系统”中的发电机组。
-
高速柴油机:
- 特点: 转速高、功率密度大、尺寸紧凑，但燃料效率较低，寿命相对较短。
- 应用: 主要用于小型船舶、渡轮、军舰、工程船和高速客滚船。
优点
- 燃料效率高: 尤其是低速机，是热效率最高的热机之一。
- 技术成熟可靠: 经过上百年的发展，非常稳定耐用。
- 功率范围广: 从几百千瓦到十万以上千瓦都有覆盖。
- 可使用劣质燃料: 经济性极佳。
缺点
- 振动和噪音大: 运行时振动和噪音水平较高。
- 排放问题: 燃烧重油会产生大量的硫氧化物、氮氧化物和颗粒物，需要昂贵的尾气处理系统（如洗涤塔、SCR）来满足环保法规。
船用蒸汽轮机
这是在柴油机普及之前曾经的主流机型,现在已非常罕见，主要在一些特定领域使用。
（图片来源网络，侵删）
结构与工作原理
锅炉产生高温高压的蒸汽,蒸汽冲动蒸汽轮机的叶片，使其高速旋转，然后通过减速齿轮箱驱动螺旋桨，根据工作循环不同，分为：
- 锅炉蒸汽轮机: 使用独立的锅炉，燃烧重油等燃料产生蒸汽。
- 核动力蒸汽轮机: 利用核反应堆产生热量，加热二回路的水产生蒸汽。
优点
- 功率巨大、运行平稳: 能提供非常平稳、持续的大功率输出，振动极小。
- 可靠性高: 结构相对简单，零部件少，长期运行稳定。
缺点
- 热效率低: 能量转换环节多（化学能→热能→蒸汽能→机械能），整体效率远低于柴油机。
- 系统复杂、笨重: 需要庞大的锅炉、冷凝器、水泵等辅助设备，占用空间大。
- 启动和响应慢: 从冷态到满负荷需要很长时间，无法快速响应工况变化。
应用
- 核动力航母: 美国海军的航母主力。
- 部分大型LNG运输船: 为了维持货舱中LNG的低温状态，BOG（蒸发气）需要被持续消耗，将其作为燃料送入锅炉驱动蒸汽轮机，实现了能量的高效利用。
- 极少部分大型邮轮和军舰。
船用燃气轮机
燃气轮机的工作原理类似于喷气式发动机,在军用舰艇和部分高速民用船舶上应用。
结构与工作原理
将空气压缩后喷入燃料（通常是航空煤油或船用柴油）进行燃烧，产生高温高压的燃气，推动涡轮高速旋转，直接或通过齿轮箱驱动螺旋桨。
优点
- 功率重量比极高: 体积小、重量轻，单位重量的功率输出巨大。
- 启动和加速极快: 从启动到满负荷只需几分钟，响应迅速。
- 振动小、噪音相对较低: 运行平稳。
缺点
- 燃料效率低: 尤其在部分负荷下，油耗非常高。
- 燃料要求高: 必须使用优质的、洁净的液体燃料（如柴油），无法使用廉价的重油。
- 寿命和成本: 热部件寿命相对较短，制造和维护成本高昂。
应用
- 现代军舰: 驱动驱逐舰、护卫舰、巡洋舰等，特别是燃气轮机-柴油机联合动力或燃气轮机-电力推进系统，实现了高速和巡航的最佳经济性。
- 高速渡轮、高速滚装船: 追求极致的航行速度。
- LNG运输船: 与蒸汽轮机类似，利用BOG作为燃料，但效率更高。
其他及新兴推进系统
除了上述三大类,还有一些重要的和新兴的推进方式：
（图片来源网络，侵删）
-
电力推进系统:
- 原理: 主机（柴油机、燃气轮机甚至燃料电池）不直接驱动螺旋桨，而是作为发电机发电，再由电动机驱动螺旋桨。
- 优点: 布局极其灵活，可自由布置主机和螺旋桨；操控性好；可实现“多机一桨”或“一机多桨”，冗余度高；噪音低。
- 应用: 邮轮、科考船、破冰船、LNG运输船、军舰等对性能和舒适性要求高的船舶。
-
燃料电池:
- 原理: 通过电化学反应直接将燃料的化学能转化为电能，驱动电动机。
- 优点: 能源效率极高，零排放（产物为水）。
- 现状: 处于示范和商业化初期，被认为是未来最清洁的船舶动力解决方案之一。
-
风力辅助推进:
- 原理: 利用风帆、风筝、旋筒等装置获取风能，辅助主机，降低燃料消耗。
- 现状: 作为一种节能技术正在被重新关注和应用，尤其是在环保法规日益严格的背景下。
总结对比
| 类型 | 主要应用 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 柴油机 | 绝大多数商船（集装箱、散货、油轮等） | 燃料效率高、技术成熟、功率范围广 | 振动噪音大、排放处理成本高 |
| 蒸汽轮机 | 核动力航母、部分LNG船 | 功率大、运行平稳、可靠 | 热效率低、系统笨重、启动慢 |
| 燃气轮机 | 军舰、高速客船 | 功率重量比高、启动快、平稳 | 燃料效率低、燃料要求高、成本高 |
| 电力推进 | 邮轮、科考船、LNG船、军舰 | 布局灵活、操控性好、噪音低 | 系统复杂、初始投资高 |
| 燃料电池 | 未来船舶、零排放示范船 | 零排放、能源效率高 | 技术不成熟、成本高、储氢困难 |
选择哪种主机取决于船舶的用途、大小、航速、航线、成本预算和环保要求，柴油机因其无与伦比的经济性，仍然是全球商船的绝对主力，但电力推进和清洁能源（如燃料电池、氨/甲醇发动机）正在成为未来发展的主要方向。
