船用汽轮机

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chuan yong qilunji
船用汽轮机
marine steam turbine

   用于推进船舶航行的汽轮机。1897年，英国C.A.帕森斯首次将2000马力 (1.5兆瓦)多级反动式汽轮机装于44.5吨的小艇“透平尼亚”号上，蒸汽初压为 1.4兆帕。这台汽轮机有高、中、低压3个汽缸,分别直接带动螺旋桨。小艇试航航速达34.5节（1节＝1852/3600米／秒），超过了当时采用蒸汽机推进的驱逐舰航速，显示了汽轮机在舰船上应用的优越性，此后船用汽轮机就得到了较快的发展。
   船用汽轮机的工作过程是连续的，可以采用较高的蒸汽初压、初温,并可膨胀到较低的背压,故效率比蒸汽机高。它有很大的通流面积,能通过较大的蒸汽量,单机功率较大，在大、中型舰、船上逐步取代了蒸汽机。船用汽轮机的最大功率受到螺旋桨的限制，一般不超过60兆瓦。有些大型军舰装 4台汽轮机，总功率达 210兆瓦。汽轮机是一种旋转式动力机械，运行平稳,工作可靠,维护方便。然而与船用柴油机和燃气轮机相比，它需要锅炉、凝汽器和管路等，设备较复杂；后动过程较长，操纵性较差；热效率也比柴油机稍低。它主要用于核动力舰船和功率大于25兆瓦的舰船上。
   船用汽轮机的工作环境和使用条件与电站汽轮机不同。它安装在易变形的船体基座上，还经常受到船体摇摆、冲击的影响。它的正常运转直接关系到全船的安全，因而对可靠性要求更高。它的体积、重量也受到船体的严格限制。船舶在进出港口或执行任务时需要经常变速或倒航，因此对汽轮机的机动性也有特殊的要求。
   船用汽轮机除功率小于 8兆瓦的有时用单缸外，一般都是双缸或三缸分轴并联布置。图1 [双缸船用汽轮机组布置图]为较典型的双缸船用汽轮机组布置图。它由高压缸、低压缸、凝汽器、齿轮减速器等主要部分组成。分缸设计时可将高压轴和低压轴设计成不同的转速，尽量提高各级的轮周速度以增加级的焓降，减少级数。高压轴采用较高转速（5000～10000转／分）,以缩小转子直径；增加前几级的叶片高度，以提高效率；低压轴采用较低转速（3000～5000转／分），以降低末几级叶片和轮盘的应力。采用分缸方式的好处是当汽轮机发生局部损坏时可用单缸运行，提高了船的可靠性。
   低转速、大直径的船用螺旋桨效率较高。军舰上转速一般为150～400转／分,商船为80～150转／分。为此，除电力推进螺旋桨外，在汽轮机与螺旋桨之间一般都用减速比很大的齿轮减速器。高速、重载、高精度齿轮减速器是船用汽轮机组的关键部分，均采用2级或3级减速。为了抬高汽轮机的位置,以便在低压缸下放置凝汽器,在减速器中常将各级小齿轮置于同级大齿轮的上半部。在机舱高度受到限制的船舶中，有的将凝汽器置于低压缸的前端，汽轮机轴向排汽。
   船用汽轮机可采用冲动式或反动式。为了提高机动性，大多采用整锻式或焊接式转子。一般在低压缸中设置2～3级倒车级。倒车功率通常为正车功率的40～50％。因倒车时间较短，对效率的要求不高，一般尽量减少级数，以使结构紧凑。级的焓降较大，常采用有缩放喷嘴的多列速度级。在正车级与倒车级之间装有挡板，以防倒航时高温排汽被大量吸入正车级，引起过热和消耗功率。
   军舰在全速时要求汽轮机发出尽可能大的功率，以提高航速。但军舰在大部分使用时间内以低速(10～40%额定功率)巡航,故要求汽轮机在低负荷时有较高的效率，以增加续航力。功率大的舰用汽轮机组的高压部分常采用串、并联进汽方式（图2 [串、并联进汽方式的蒸汽流路]）。低负荷时，蒸汽先流过高压端，再进入中压端（图2a[串、并联进汽方式的蒸汽流路]），按串联进汽方式工作，以提高效率。高负荷时，蒸汽同时进入高压端和中压端(图2b[串、并联进汽方式的蒸汽流路])，按并联进汽方式工作，以增加蒸汽流量。功率较小的舰用汽轮机也常采用旁通调节法，即在高负荷时蒸汽绕过高压部分，直接进入低压部分，以增加蒸汽流量。
   提高船用汽轮机组效率的措施有：①提高蒸汽的初压和初温（已达8～10兆帕，510～535℃）;②采用中间再热；③与燃气轮机组成联合装置；④由主机带动船上用的发电机和各种泵。
   核动力船舶常采用饱和蒸汽轮机和电力推进。电力推进是用汽轮机以恒转速带动发电机，再由电动机带动螺旋桨。机组布置比较方便，电动机变速和换向比较灵活，倒航功率可以增大，但传动效率稍低。
　　　　　　　　　　　　　　　　　陆行珊