[科普中國]-船用汽輪機

簡介

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(jié)（1節(jié)=1852/3600米/秒），超過了當時采用蒸汽機推進的驅(qū)逐艦航速，顯示了汽輪機在艦船上應用的優(yōu)越性，此后船用汽輪機就得到了較快的發(fā)展。

船用汽輪機的工作過程是連續(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(wěn),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(huán)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(jīng)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(zhí)行任務時需要經(jīng)常變速或倒航，因此對汽輪機的機動性也有特殊的要求。1

機構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(lián)布置。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(shù)。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(fā)生局部損壞時可用單缸運行，提高了船的可靠性。2

與其他種類的區(qū)別低轉速、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(shù)，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(fā)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(nèi)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(xù)航力。功率大的艦用汽輪機組的高壓部分常采用串、并聯(lián)進汽方式。低負荷時，蒸汽先流過高壓端，再進入中壓端，按串聯(lián)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，按并聯(lián)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(diào)節(jié)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。2

優(yōu)點汽輪機作為船舶動力的歷史由來已久，其具有功率大、造價低、制造以及運營的經(jīng)驗豐富等優(yōu)點，從上世紀六十年代開始就作為第一代運輸船舶的主動力裝置汽輪機裝置在現(xiàn)代船舶的應用中主要為運輸船、核動力軍事艦艇等船舶。而在現(xiàn)有的船隊中，釆用汽輪機作為主動力裝置的船舶數(shù)量仍然占據(jù)著重要的地位。1

提高船用汽輪機組效率的措施提高船用汽輪機組效率的措施主要有：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(lián)合裝置；④由主機帶動船上用的發(fā)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(fā)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。2