船用汽輪機

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chuan yong qilunji
船用汽輪機
marine steam turbine

   用于推進船舶航行的汽輪機。1897年，英國C.A.帕森斯首次將2000馬力 (1.5兆瓦)多級反動式汽輪機裝于44.5噸的小艇“透平尼亞”號上，蒸汽初壓為 1.4兆帕。這臺汽輪機有高、中、低壓3個汽缸,分別直接帶動螺旋槳。小艇試航航速達34.5節（1節＝1852/3600米／秒），超過了當時采用蒸汽機推進的驅逐艦航速，顯示了汽輪機在艦船上應用的優越性，此后船用汽輪機就得到了較快的發展。
   船用汽輪機的工作過程是連續的，可以采用較高的蒸汽初壓、初溫,并可膨脹到較低的背壓,故效率比蒸汽機高。它有很大的通流面積,能通過較大的蒸汽量,單機功率較大，在大、中型艦、船上逐步取代了蒸汽機。船用汽輪機的最大功率受到螺旋槳的限制，一般不超過60兆瓦。有些大型軍艦裝 4臺汽輪機，總功率達 210兆瓦。汽輪機是一種旋轉式動力機械，運行平穩,工作可靠,維護方便。然而與船用柴油機和燃氣輪機相比，它需要鍋爐、凝汽器和管路等，設備較復雜；后動過程較長，操縱性較差；熱效率也比柴油機稍低。它主要用于核動力艦船和功率大于25兆瓦的艦船上。
   船用汽輪機的工作環境和使用條件與電站汽輪機不同。它安裝在易變形的船體基座上，還經常受到船體搖擺、沖擊的影響。它的正常運轉直接關系到全船的安全，因而對可靠性要求更高。它的體積、重量也受到船體的嚴格限制。船舶在進出港口或執行任務時需要經常變速或倒航，因此對汽輪機的機動性也有特殊的要求。
   船用汽輪機除功率小于 8兆瓦的有時用單缸外，一般都是雙缸或三缸分軸并聯布置。圖1 [雙缸船用汽輪機組布置圖]為較典型的雙缸船用汽輪機組布置圖。它由高壓缸、低壓缸、凝汽器、齒輪減速器等主要部分組成。分缸設計時可將高壓軸和低壓軸設計成不同的轉速，盡量提高各級的輪周速度以增加級的焓降，減少級數。高壓軸采用較高轉速（5000～10000轉／分）,以縮小轉子直徑；增加前幾級的葉片高度，以提高效率；低壓軸采用較低轉速（3000～5000轉／分），以降低末幾級葉片和輪盤的應力。采用分缸方式的好處是當汽輪機發生局部損壞時可用單缸運行，提高了船的可靠性。
   低轉速、大直徑的船用螺旋槳效率較高。軍艦上轉速一般為150～400轉／分,商船為80～150轉／分。為此，除電力推進螺旋槳外，在汽輪機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組的關鍵部分，均采用2級或3級減速。為了抬高汽輪機的位置,以便在低壓缸下放置凝汽器,在減速器中常將各級小齒輪置于同級大齒輪的上半部。在機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，汽輪機軸向排汽。
   船用汽輪機可采用沖動式或反動式。為了提高機動性，大多采用整鍛式或焊接式轉子。一般在低壓缸中設置2～3級倒車級。倒車功率通常為正車功率的40～50％。因倒車時間較短，對效率的要求不高，一般盡量減少級數，以使結構緊湊。級的焓降較大，常采用有縮放噴嘴的多列速度級。在正車級與倒車級之間裝有擋板，以防倒航時高溫排汽被大量吸入正車級，引起過熱和消耗功率。
   軍艦在全速時要求汽輪機發出盡可能大的功率，以提高航速。但軍艦在大部分使用時間內以低速(10～40%額定功率)巡航,故要求汽輪機在低負荷時有較高的效率，以增加續航力。功率大的艦用汽輪機組的高壓部分常采用串、并聯進汽方式（圖2 [串、并聯進汽方式的蒸汽流路]）。低負荷時，蒸汽先流過高壓端，再進入中壓端（圖2a[串、并聯進汽方式的蒸汽流路]），按串聯進汽方式工作，以提高效率。高負荷時，蒸汽同時進入高壓端和中壓端(圖2b[串、并聯進汽方式的蒸汽流路])，按并聯進汽方式工作，以增加蒸汽流量。功率較小的艦用汽輪機也常采用旁通調節法，即在高負荷時蒸汽繞過高壓部分，直接進入低壓部分，以增加蒸汽流量。
   提高船用汽輪機組效率的措施有：①提高蒸汽的初壓和初溫（已達8～10兆帕，510～535℃）;②采用中間再熱；③與燃氣輪機組成聯合裝置；④由主機帶動船上用的發電機和各種泵。
   核動力船舶常采用飽和蒸汽輪機和電力推進。電力推進是用汽輪機以恒轉速帶動發電機，再由電動機帶動螺旋槳。機組布置比較方便，電動機變速和換向比較靈活，倒航功率可以增大，但傳動效率稍低。
　　　　　　　　　　　　　　　　　陸行珊