船用汽輪機(jī)
船用汽輪機(jī)
marine steam turbine
用于推進(jìn)船舶航行的汽輪機(jī)。1897年，英國(guó)C.A.帕森斯首次將2000馬力 (1.5兆瓦)多級(jí)反動(dòng)式汽輪機(jī)裝于44.5噸的小艇“透平尼亞”號(hào)上，蒸汽初壓為 1.4兆帕。這臺(tái)汽輪機(jī)有高、中、低壓3個(gè)汽缸,分別直接帶動(dòng)螺旋槳。小艇試航航速達(dá)34.5節(jié)（1節(jié)＝1852/3600米／秒），超過(guò)了當(dāng)時(shí)采用蒸汽機(jī)推進(jìn)的驅(qū)逐艦航速，顯示了汽輪機(jī)在艦船上應(yīng)用的優(yōu)越性，此后船用汽輪機(jī)就得到了較快的發(fā)展。
船用汽輪機(jī)的工作過(guò)程是連續(xù)的，可以采用較高的蒸汽初壓、初溫,并可膨脹到較低的背壓,故效率比蒸汽機(jī)高。它有很大的通流面積,能通過(guò)較大的蒸汽量,單機(jī)功率較大，在大、中型艦、船上逐步取代了蒸汽機(jī)。船用汽輪機(jī)的最大功率受到螺旋槳的限制，一般不超過(guò)60兆瓦。有些大型軍艦裝 4臺(tái)汽輪機(jī)，總功率達(dá) 210兆瓦。汽輪機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，運(yùn)行平穩(wěn),工作可靠,維護(hù)方便。然而與船用柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)相比，它需要鍋爐、凝汽器和管路等，設(shè)備較復(fù)雜；后動(dòng)過(guò)程較長(zhǎng)，操縱性較差；熱效率也比柴油機(jī)稍低。它主要用于核動(dòng)力艦船和功率大于25兆瓦的艦船上。
船用汽輪機(jī)的工作環(huán)境和使用條件與電站汽輪機(jī)不同。它安裝在易變形的船體基座上，還經(jīng)常受到船體搖擺、沖擊的影響。它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系到全船的安全，因而對(duì)可靠性要求更高。它的體積、重量也受到船體的嚴(yán)格限制。船舶在進(jìn)出港口或執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要經(jīng)常變速或倒航，因此對(duì)汽輪機(jī)的機(jī)動(dòng)性也有特殊的要求。
船用汽輪機(jī)除功率小于 8兆瓦的有時(shí)用單缸外，一般都是雙缸或三缸分軸并聯(lián)布置。圖1 [雙缸船用汽輪機(jī)組布置圖]
為較典型的雙缸船用汽輪機(jī)組布置圖。它由高壓缸、低壓缸、凝汽器、齒輪減速器等主要部分組成。分缸設(shè)計(jì)時(shí)可將高壓軸和低壓軸設(shè)計(jì)成不同的轉(zhuǎn)速，盡量提高各級(jí)的輪周速度以增加級(jí)的焓降，減少級(jí)數(shù)。高壓軸采用較高轉(zhuǎn)速（5000～10000轉(zhuǎn)／分）,以縮小轉(zhuǎn)子直徑；增加前幾級(jí)的葉片高度，以提高效率；低壓軸采用較低轉(zhuǎn)速（3000～5000轉(zhuǎn)／分），以降低末幾級(jí)葉片和輪盤(pán)的應(yīng)力。采用分缸方式的好處是當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生局部損壞時(shí)可用單缸運(yùn)行，提高了船的可靠性。低轉(zhuǎn)速、大直徑的船用螺旋槳效率較高。軍艦上轉(zhuǎn)速一般為150～400轉(zhuǎn)／分,商船為80～150轉(zhuǎn)／分。為此，除電力推進(jìn)螺旋槳外，在汽輪機(jī)與螺旋槳之間一般都用減速比很大的齒輪減速器。高速、重載、高精度齒輪減速器是船用汽輪機(jī)組的關(guān)鍵部分，均采用2級(jí)或3級(jí)減速。為了抬高汽輪機(jī)的位置,以便在低壓缸下放置凝汽器,在減速器中常將各級(jí)小齒輪置于同級(jí)大齒輪的上半部。在機(jī)艙高度受到限制的船舶中，有的將凝汽器置于低壓缸的前端，汽輪機(jī)軸向排汽。
船用汽輪機(jī)可采用沖動(dòng)式或反動(dòng)式。為了提高機(jī)動(dòng)性，大多采用整鍛式或焊接式轉(zhuǎn)子。一般在低壓缸中設(shè)置2～3級(jí)倒車級(jí)。倒車功率通常為正車功率的40～50％。因倒車時(shí)間較短，對(duì)效率的要求不高，一般盡量減少級(jí)數(shù)，以使結(jié)構(gòu)緊湊。級(jí)的焓降較大，常采用有縮放噴嘴的多列速度級(jí)。在正車級(jí)與倒車級(jí)之間裝有擋板，以防倒航時(shí)高溫排汽被大量吸入正車級(jí)，引起過(guò)熱和消耗功率。
軍艦在全速時(shí)要求汽輪機(jī)發(fā)出盡可能大的功率，以提高航速。但軍艦在大部分使用時(shí)間內(nèi)以低速(10～40%額定功率)巡航,故要求汽輪機(jī)在低負(fù)荷時(shí)有較高的效率，以增加續(xù)航力。功率大的艦用汽輪機(jī)組的高壓部分常采用串、并聯(lián)進(jìn)汽方式（圖2 [串、并聯(lián)進(jìn)汽方式的蒸汽流路]
）。低負(fù)荷時(shí)，蒸汽先流過(guò)高壓端，再進(jìn)入中壓端（圖2a[串、并聯(lián)進(jìn)汽方式的蒸汽流路]），按串聯(lián)進(jìn)汽方式工作，以提高效率。高負(fù)荷時(shí)，蒸汽同時(shí)進(jìn)入高壓端和中壓端(圖2b[串、并聯(lián)進(jìn)汽方式的蒸汽流路])，按并聯(lián)進(jìn)汽方式工作，以增加蒸汽流量。功率較小的艦用汽輪機(jī)也常采用旁通調(diào)節(jié)法，即在高負(fù)荷時(shí)蒸汽繞過(guò)高壓部分，直接進(jìn)入低壓部分，以增加蒸汽流量。提高船用汽輪機(jī)組效率的措施有：①提高蒸汽的初壓和初溫（已達(dá)8～10兆帕，510～535℃）;②采用中間再熱；③與燃?xì)廨啓C(jī)組成聯(lián)合裝置；④由主機(jī)帶動(dòng)船上用的發(fā)電機(jī)和各種泵。
核動(dòng)力船舶常采用飽和蒸汽輪機(jī)和電力推進(jìn)。電力推進(jìn)是用汽輪機(jī)以恒轉(zhuǎn)速帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，再由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳。機(jī)組布置比較方便，電動(dòng)機(jī)變速和換向比較靈活，倒航功率可以增大，但傳動(dòng)效率稍低。
陸行珊
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