船舶動力系統(tǒng)

船舶動力系統(tǒng)第三章船舶蒸汽輪機汽輪機汽輪機是用蒸汽做功的一種旋轉(zhuǎn)式熱力原動機蒸汽在汽輪中把熱能轉(zhuǎn)換成動能，再轉(zhuǎn)換成機械能動能轉(zhuǎn)換成機械能的方式不同，有不同工作原理的汽輪機汽輪機的分類按照基本工作原理分沖動式：蒸汽主要在噴嘴葉柵內(nèi)膨脹反動式：蒸汽在靜葉柵與動葉柵內(nèi)膨脹按照按所具的級數(shù)分單級汽輪機：通流部分只有一個級多級汽輪機：通流部分有兩個以上的級按用途分電站汽輪機：用于發(fā)電工業(yè)汽輪機：用于帶動泵、壓縮機泵船用汽輪機：作為船舶的動力裝置按汽輪機進汽壓力分低壓汽輪機：1.2~1.5MPa中壓汽輪機：2~4MPa次高壓汽輪機：5~6MPa高壓汽輪機：6~12MPa超高壓汽輪機：12~14MPa按轉(zhuǎn)速分低速汽輪機：n＜3000轉(zhuǎn)/分中速汽輪機：n＝3000轉(zhuǎn)/分高速汽輪機：n＞3000轉(zhuǎn)/分汽輪機的主要做功單元被稱為級，由噴嘴（也稱靜葉）與動葉（也稱葉片）兩個部件組成噴嘴固定在汽缸機殼or隔板上動葉固定在葉輪的輪緣上。葉輪與軸緊配合并用鍵固定汽輪機的基本工作原理沖動式汽輪機沖動作用：物體A在運動過程中，碰到靜止or運動速度較低的物體B，A的運動速度會改變，同時給物體B一個作用力，這個作用力稱為沖動力If物體B在沖動力的作用下速度變化運動物體A做了機械功沖動力的大小，取決于運動物體A的質(zhì)量和速度變化Ft=m?v質(zhì)量越大，沖動力越大；速度變化越大，沖動力也越大基本工作原理具有一定壓力和溫度的蒸汽流過噴嘴4蒸汽膨脹，壓力↘、速度↗（部分熱能轉(zhuǎn)變正蒸汽動能）高速蒸汽從噴嘴4出，沖擊葉片3上帶動葉輪2+軸1轉(zhuǎn)動蒸汽的熱能軸轉(zhuǎn)動的機械能最簡單的沖動式汽輪機簡圖1．軸；2.葉輪3．動葉片；4.噴嘴一列噴嘴（靜葉柵）和與之對應(yīng)的一列葉片（動葉柵）共同組成汽輪機的基本做功單元，稱為級只有一級的汽輪機叫做單級汽輪機蒸汽流過噴嘴時，蒸汽膨脹，壓力由p0降至p1，流速c0由增至c1，蒸汽熱能轉(zhuǎn)換成動能蒸汽進入工作葉片流道，給葉片—作用力，使葉輪和軸轉(zhuǎn)動并輸出機械功，蒸汽動能轉(zhuǎn)換成葉輪的機械能蒸汽在動葉柵中只改變流動方向、壓力保持不變，由于對外做功，流出葉片時速度降至c2單級沖動式汽輪機汽輪機的整個工作過程可以分為兩段：在噴嘴中蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。在此過程中蒸汽膨脹、壓力降低、比容增大、速度增加在葉片流道中蒸汽的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，蒸汽的速度降低在單級汽輪機中，if噴嘴中比焓降較大，噴嘴出口的蒸汽速度很高，蒸汽離開動葉柵的速度c2仍很大損失產(chǎn)生很大，降低了汽輪機的經(jīng)濟性為保證經(jīng)濟性，單級沖動式汽輪機的功率一般較小，在船上只用于帶動小型水泵、鼓風機等設(shè)備為有效利用較大的焓降，提高效率多列速度級汽輪機在第一列動葉柵后安裝一列導(dǎo)向葉柵7，蒸汽在導(dǎo)向葉柵內(nèi)改變流動方向進入裝在同一葉輪上的第二列動葉柵6中繼續(xù)作功第一列動葉柵流出的汽流所具有的動能,在第二列動葉柵中加以利用動能損失減小如果流出第二列動葉的汽流還具有較大的動能，還可以再裝第二列導(dǎo)向葉柵和第三列動葉柵蒸汽在動葉柵中和導(dǎo)向葉柵中都不發(fā)生膨脹第二列動葉柵后的壓力等于噴嘴后的壓力將蒸汽在噴嘴中膨脹產(chǎn)生的動能分幾次在動葉柵中利用的級，稱為速度級通常把蒸汽動能在兩列動葉柵中加以利用的級稱為二列速度級在三列動葉柵中加以利用的級稱為三列速度級速度分級的汽輪機與單級沖動式汽輪機比較性能稍優(yōu)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小應(yīng)用：作為獨立原動機做成小功率汽輪機，還可用于多級汽輪機的第一級船舶上，帶動輔機，or作倒車汽輪機多級沖動式汽輪機由若干個沖動級依次串聯(lián)而成的多級汽輪機多級汽輪機的功率是各級功率之和，因此多級汽輪機的功率可以按需要做得很大具有三個沖動級整個汽輪機的比焓降分別由三個沖動級加以利用流經(jīng)各級后的蒸汽壓力逐漸降低，比容逐漸增大蒸汽的體積流量逐漸增大為使蒸汽順利流過，汽輪機的通流面積逐漸增加噴嘴、動葉的高度、級的直徑都逐漸增大初始壓力到背壓的壓力降在若干級中完成每級中的壓力降和焓降不大每級均可設(shè)計在最佳速度比附近工作級效率高多級汽輪機前一級的余波可被后一級不同程度地加以利用，所以全機效率得以提高多級汽輪機總體比焓降可以很大，進氣參數(shù)大輸出功率大單位功率造價、單位功率占地面積、單位材料消耗量，隨著機組容量增大而大大減小反動式汽輪機反動力：反作用力。牛頓第二定律可知，一個物體對另一個物體施加作用力時，也受到與作用力大小相等、方向相反的反作用力反動式汽輪機：蒸汽不僅在噴嘴中產(chǎn)生膨脹，壓力降低速度增加，高速氣流對動葉產(chǎn)生沖動力，而且在流經(jīng)動葉片時產(chǎn)生很大的膨脹，在動葉片中加速流出，對動葉片產(chǎn)生一反作用力，推動葉片旋轉(zhuǎn)做功蒸汽在噴嘴膨脹，壓力由p0降至p1，速度由c0增至c1，對動葉產(chǎn)生沖動力；蒸汽在動葉柵中也膨脹，壓力由p1降至p2，速度由動葉進口相對速度w1增至動葉出口相對速度w2,對動葉產(chǎn)生反動力沖動力+反動力共同作用靜葉直接裝在氣缸上，動葉片直接裝在輪鼓上，動葉片和靜葉片的斷面形狀基本相同平衡力氣體壓力遞減反動式汽輪機每一級動葉前后也都存在壓力差，則整個轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生很大的軸向推力（向右）為減小軸向推力，反動式汽輪機在轉(zhuǎn)子前部裝設(shè)平衡活塞來抵消軸向推力活塞前的空間用聯(lián)通管和排汽管聯(lián)通，使活塞上產(chǎn)生一個向左的軸向推力平衡轉(zhuǎn)子軸向推力反動級的最佳速比u/c1是同等條件下沖動級最佳速比的兩倍相同輪周速度時，反動式汽輪機的每級焓降=沖動式汽輪機每級焓降*0.5當蒸汽的總焓降相等時，反動式汽輪機級數(shù)將=沖動式汽輪機級數(shù)*2由于反動式汽輪機直徑較小實際級數(shù)更多由于反動式汽輪機級數(shù)太多、制造工藝要求較高、造價昂貴、漏汽損失嚴重純反動式汽輪機已不再生產(chǎn)現(xiàn)代大、中型汽輪機幾乎全做成沖動式的基本結(jié)構(gòu)第一級是沖動級（or速度級），以消耗較大焓降，減少總級數(shù)其余各級動葉帶有一定的反動度的沖動級，且反動度逐級增大，以減小噴嘴損失和動葉損失反動度：表明蒸汽在動葉中的膨脹程度=動葉內(nèi)理想比焓降/級內(nèi)理想比焓降級的分類（按不同的反動度分）純沖動級：反動度ρ=0，級內(nèi)蒸汽只在噴嘴中發(fā)生膨脹，在動葉中不膨脹，只改變