船舶動(dòng)力系統(tǒng)

船舶動(dòng)力系統(tǒng)船舶燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)（GasTurbineEngine）：以燃?xì)鉃楣べ|(zhì)，帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的內(nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理：燃?xì)饨?jīng)噴嘴膨脹，工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；通過各級(jí)渦輪，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能走馬燈是渦輪機(jī)(透平)的雛形發(fā)展歷史1939年，德成功研制第一臺(tái)航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，瑞士研制成功第一臺(tái)工業(yè)發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入實(shí)用階段，并迅速發(fā)展1941年瑞士制造的第一輛燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)車通過了試驗(yàn)1947年，英國制造的第一艘裝備燃?xì)廨啓C(jī)的艦艇下水，1.86兆瓦的燃?xì)廨啓C(jī)作動(dòng)力1950年，英國制成第一輛燃?xì)廨啓C(jī)汽車最簡單的燃?xì)廨啓C(jī)裝置包括三個(gè)主要部件：壓氣機(jī)渦輪機(jī)（透平/燃?xì)廨啓C(jī)）燃燒室工作過程空氣

燃料點(diǎn)火燃燒，燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化成燃?xì)鉄崮芨邷厝細(xì)馊細(xì)鉁u輪機(jī)，膨脹降壓加速（熱能動(dòng)能）推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)透平葉輪（動(dòng)能機(jī)械能），帶動(dòng)壓氣機(jī)一起旋轉(zhuǎn)剩余機(jī)械能輸出通常，渦輪機(jī)發(fā)出的2/3機(jī)械能驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，1/3機(jī)械能對(duì)外輸出壓氣機(jī)泵燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)的分類按負(fù)荷情況上劃分重型：零件較為厚重，大修周期長，壽命可達(dá)10萬小時(shí)以上工業(yè)上用于拖動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電、機(jī)械驅(qū)動(dòng)輕型：結(jié)構(gòu)緊湊而輕，所用材料一般較好，壽命較短飛機(jī)、艦船發(fā)動(dòng)機(jī)（航機(jī)結(jié)構(gòu)最緊湊、最輕）從結(jié)構(gòu)上劃分單軸：壓氣機(jī)、渦輪機(jī)、負(fù)載共軸雙軸壓氣機(jī)與負(fù)載不共軸多軸單軸燃?xì)廨啓C(jī)，負(fù)載變化轉(zhuǎn)速變化，直接影響壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速吸入壓氣機(jī)的空氣量發(fā)生變化嚴(yán)重，壓氣機(jī)喘振，發(fā)生事故高壓透平所作的功為壓氣機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，動(dòng)力透平的全部作功用于驅(qū)動(dòng)負(fù)荷負(fù)荷設(shè)備與高壓透平機(jī)械地分開對(duì)起動(dòng)的要求降低燃?xì)獍l(fā)生器動(dòng)力渦輪系統(tǒng)負(fù)載變化不大時(shí)，一般選用單軸燃?xì)廨啓C(jī)（用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)等速度變化不大的負(fù)荷）負(fù)荷變化較大時(shí)，可視具體情況選用雙軸或多軸燃?xì)廨啓C(jī)（船用）單軸布置船舶燃?xì)廨啓C(jī)主燃?xì)廨啓C(jī)全工況船舶燃?xì)廨啓C(jī)：各種航速下均投入使用巡航船舶燃?xì)廨啓C(jī)加速船舶燃?xì)廨啓C(jī)：高速航行or應(yīng)急機(jī)動(dòng)時(shí)開動(dòng)輔助船舶燃?xì)廨啓C(jī)：驅(qū)動(dòng)輔機(jī)（發(fā)電機(jī)、海水泵、風(fēng)機(jī)……）航空燃汽輪機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)，是飛機(jī)框架和噴氣推進(jìn)系統(tǒng)的一部分船用燃?xì)廨啓C(jī)裝置改進(jìn)了航空燃機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)，以適應(yīng)船用需要船舶燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)是開式循環(huán)（從大氣中吸入新鮮空氣，把廢氣排向大氣）船舶燃?xì)廨啓C(jī)開式燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)示意圖P57艦船推進(jìn)用燃?xì)廨啓C(jī)裝置組成部分P58：壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、齒輪減速器（俗稱燃?xì)廨啓C(jī)的“四大件”）。燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置、空氣冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)進(jìn)氣濾清系統(tǒng)、通流清洗系統(tǒng)、抽氣通風(fēng)系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)……

燃?xì)獬鯗睾蛪簹鈾C(jī)的壓縮比，是影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個(gè)主要因素提高燃?xì)獬鯗?，并相?yīng)提高壓縮比，可使燃?xì)廨啓C(jī)效率顯著提高

70年代末壓縮比最高達(dá)到31燃燒室內(nèi)燃?xì)鉁囟?000℃左右經(jīng)部分壓縮空氣冷卻，工業(yè)和船用燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗刈罡哌_(dá)1200℃左右，航空燃?xì)廨啓C(jī)的超過1350℃效率達(dá)38％燃?xì)庠跍u輪中做功后，壓力接近大氣壓，排入大氣or循環(huán)利用新型的船用燃機(jī)裝置均為多軸結(jié)構(gòu)燃?xì)獍l(fā)生器：把壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪機(jī)看成一個(gè)整體；燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生具有一定壓力和溫度的燃?xì)猓桓淖內(nèi)紵页隹谌細(xì)鉁囟雀淖內(nèi)細(xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)的輸出功率動(dòng)力渦輪：低壓燃?xì)鉁u輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)：起動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)或小功率的燃?xì)廨啓C(jī)）帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨(dú)立運(yùn)行后，起動(dòng)機(jī)脫開進(jìn)入燃燒室的燃油用電火花塞或半導(dǎo)體高能電嘴引燃船舶燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)型式簡單開式循環(huán)：由一個(gè)壓縮過程、一個(gè)加熱過程、一個(gè)膨脹過程、一個(gè)冷卻過程所組成的循環(huán)1壓氣機(jī)，2燃燒室，3高壓渦輪4動(dòng)力渦輪，5減速器，6螺旋槳雙軸機(jī)組：燃?xì)獍l(fā)生器單軸結(jié)構(gòu)，中小功率機(jī)組使用多總體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造方便典型代表：美GE公司LM2500功率：19853KW（27000PS）空氣流量：66KG/s，燃?xì)獬鯗兀?170℃,排氣：504℃壓氣機(jī)出口空氣壓力：17kgf/cm2燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速：4950~9600rpm動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速：3600rpm三軸機(jī)組：燃?xì)獍l(fā)生器雙軸結(jié)構(gòu)高壓壓氣機(jī)，由高壓渦輪機(jī)帶動(dòng)低壓壓氣機(jī)，由中壓渦輪機(jī)帶動(dòng)動(dòng)力渦輪帶動(dòng)外界負(fù)荷三根軸轉(zhuǎn)速不同，有利于改善機(jī)組運(yùn)行性能，增大單機(jī)功率1低壓壓氣機(jī)，2高壓壓氣機(jī)3燃燒室 4高壓渦輪5中壓渦輪6動(dòng)力渦輪7減速器8螺旋槳中、大功率機(jī)組普遍采用典型代表LM5000功率達(dá)44740千瓦(6萬馬力)FT9(22060KW)美普拉特·惠特尼(P&W)公司

功率22060KW（30000PS）LM5000FT9復(fù)雜循環(huán)回?zé)釞C(jī)組：透平排氣溫度高，進(jìn)入回?zé)崞?即換熱器)充當(dāng)熱媒，加熱壓氣機(jī)出口的空氣，空氣再進(jìn)入燃燒室，提高熱效率采用回?zé)釙?huì)增加機(jī)器的質(zhì)（重）量和尺寸典型：美MS5002R-A(22059KW)燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞髦虚g冷卻機(jī)組：壓縮過程中采用中間冷卻,可以減小高壓壓氣機(jī)的壓縮功，使單位流量工質(zhì)的輸出功增大再熱機(jī)組：再熱增大了動(dòng)力渦輪的輸出功率現(xiàn)代船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)先進(jìn)的船舶機(jī)組為單元體組合式結(jié)構(gòu)，便于檢修、更換整機(jī)=進(jìn)、排氣道單元+高壓壓氣機(jī)單元+低壓壓氣機(jī)單元+燃燒室單元+高壓渦輪機(jī)單元+中壓渦輪機(jī)單元+動(dòng)力渦輪機(jī)單元+輔助傳動(dòng)箱單元+……為了便于檢測機(jī)組內(nèi)部易損件運(yùn)行情況，在壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪機(jī)等有關(guān)部位開了許多檢測空，便于在不解體情況下進(jìn)行檢查、照相、觀察箱裝體結(jié)構(gòu)，電子控制箱體，滑油調(diào)節(jié)箱體，機(jī)架隔熱、隔聲、防震改善了機(jī)艙工作條件（汽輪機(jī)、柴油機(jī)裝置難實(shí)現(xiàn)）P59LM2500LM-2500燃?xì)廨啓C(jī)TM3B燃?xì)廨啓C(jī)裝置的裝船方式單機(jī)單槳：一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組+離合器+減速器+一螺旋槳；布置簡單、緊湊，機(jī)組在全工況范圍運(yùn)行雙機(jī)單槳、雙機(jī)雙槳聯(lián)合裝置COGAG/COGOGCODAG/CODOGCOSAG，蒸-燃并列聯(lián)合裝置

COGAS，燃-蒸聯(lián)合循環(huán)裝置，廢氣鍋爐，裝置熱效率達(dá)40%以上燃?xì)廨啓C(jī)裝置的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：重量輕、尺寸小起動(dòng)迅速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)單元體組裝，便于維修更換，簡化保養(yǎng)工作滑油、冷卻水消耗量低缺點(diǎn)優(yōu)質(zhì)燃油低負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性差，易產(chǎn)生失速、喘振需要龐大進(jìn)、排氣道，消聲器、海鹽過濾器增大了裝置尺寸重量耗油率高于柴油機(jī)不能倒轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向離合器or可調(diào)距槳）龐大的進(jìn)排氣道影響船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)固有的缺陷功率與重量的矛盾

發(fā)動(dòng)機(jī)功率與飛行速度的三次方成正比

發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)重量迅速增大（接近三次方關(guān)系）

螺旋槳的局限

接近音速時(shí)，導(dǎo)致螺旋槳工作不穩(wěn)定，推進(jìn)效率急劇下降

“音障”的出現(xiàn)音障音障是一種物理現(xiàn)象，當(dāng)物