船舶動(dòng)力裝置概論第十一次課第四章課件

1“小鷹”級(jí)全長(zhǎng)323.6米，寬39.6米，吃水11.4米，標(biāo)準(zhǔn)排水量61174噸，滿載排水量為81780噸，艦上載航空燃油5882噸。主機(jī)為西屋公司的4臺(tái)蒸汽鍋爐，總功率28萬(wàn)馬力，最大航速30節(jié)，續(xù)航力為12000海里/20節(jié)。第1艘“小鷹”號(hào)，CV－63，紐約造船廠建造，1956年12月27日開(kāi)工，1960年5月21日下水，1961年4月49日服役。世界最早的航母本節(jié)課要點(diǎn)4.1船舶蒸汽鍋爐4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面3第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.1船舶蒸汽鍋爐5鍋爐由鍋爐本體，過(guò)熱器，經(jīng)濟(jì)器，空氣預(yù)熱器，燃燒裝置，通風(fēng)系統(tǒng)和其他輔助裝置組成。鍋爐本體由汽包（汽水分離器），水筒，沸水管，聯(lián)箱，水冷壁及爐膛等組成。一、鍋爐的基本組成將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽缓罄盟羝鳛楣べ|(zhì)，吸收熱能后在蒸汽輪機(jī)內(nèi)釋放部分熱能，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，而后推動(dòng)螺旋槳工作。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.1船舶蒸汽鍋爐6在正常狀態(tài)下，一臺(tái)鍋爐每小時(shí)所能產(chǎn)生的蒸汽量稱為鍋爐的蒸發(fā)量。蒸發(fā)量用符號(hào)D表示，單位是t/h或kg/h。鍋爐壓力是指鍋爐向外提供蒸汽的表壓力，也稱為汽壓，單位為Pa。蒸汽溫度是指鍋爐提供的蒸汽的溫度。蒸汽溫度用符號(hào)t表示，常用單位是℃。蒸發(fā)量、蒸汽壓力和蒸汽溫度是在鍋爐名牌上或說(shuō)明書中必須注明的三個(gè)基本參數(shù)。二、鍋爐的特性指標(biāo)1、鍋爐參數(shù)第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.1船舶蒸汽鍋爐7在鍋爐中將水變成為水蒸汽所用去的熱量與向爐內(nèi)所提供的熱量（燃料在爐內(nèi)完全燃燒所釋放的熱量）值比叫作鍋爐的效率。用符號(hào)η表示。鍋爐效率可用下式計(jì)算：η＝D（hout-hin）/(B×Qd)式中:D－鍋爐蒸發(fā)量；B－燃料消耗量；Qd－燃料的低熱值；hout

－出口蒸汽的焓；hin

－鍋爐給水的焓。2、鍋爐效率第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備9一、燃料目前使用燃料油，所謂的燃料油一般是指重油。我國(guó)按80℃時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度將國(guó)產(chǎn)燃料油分為20、60、100和200號(hào)等四個(gè)牌號(hào)。數(shù)字越大，粘度也越大。燃料油的低熱值為（39775－41868）千焦／公斤，既是（9500－10000）大卡／公斤。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備10二、燃燒設(shè)備燃料油的燃燒設(shè)備主要是噴油器和配風(fēng)器。1、噴油器按照霧化方法的不同，可分為機(jī)械式、蒸汽式、空氣式和超聲波霧化式。燃油從壓力或旋轉(zhuǎn)設(shè)備上獲取能量，在沒(méi)有霧化劑的作用下使燃油霧化的噴油器稱為機(jī)械式噴油器。機(jī)械式噴油器分為直噴式、離心式和旋杯式。離心式按其是否具有回油功能可分為簡(jiǎn)單離心式和回油式。利用高速蒸汽（或空氣）運(yùn)動(dòng)，將燃油霧化的噴油器稱為蒸汽式（或空氣式）噴油器；燃油既從油壓中獲得能量，又利用蒸汽（或空氣）運(yùn)動(dòng)而聯(lián)

合霧化的噴油器稱為蒸汽（或空氣）機(jī)械式噴油器。利用聲波的高頻振動(dòng)而使燃油霧化的裝置稱為超聲波霧化器。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備11燃油在高壓下經(jīng)由切向孔道進(jìn)入旋流室，一面旋轉(zhuǎn)，一面擠向旋流室軸心，最后由噴孔噴出。圖示為小容量離心式噴油器頭部結(jié)構(gòu)，它由壓緊螺母、霧化片、螺紋接頭和噴油器本體等幾部分組成。實(shí)現(xiàn)燃油霧化的主要元件是霧化片。離心式噴油器的壓力一般在（1.2－3.5）MPa，大容量噴油器可達(dá)（7－10）MPa。1）、離心式噴油器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備132、配風(fēng)器為了組織氣流保證良好的燃燒，必須增加配風(fēng)設(shè)備。配風(fēng)設(shè)備的功能是使油霧和空氣迅速均勻地混合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和完全地燃燒過(guò)程。配風(fēng)器的形式有多種，基本上分為旋流式和平流式兩大類。旋流式配風(fēng)器和燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的旋流器很相似。旋流式配風(fēng)器的旋流器其葉片還有可轉(zhuǎn)動(dòng)的，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可改變進(jìn)入旋流器的空氣流量（類似于燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向葉片）。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)14鍋爐的任務(wù)是加熱水來(lái)產(chǎn)生蒸汽。有兩種實(shí)現(xiàn)方法：火管和水管?；鸸苠仩t在19世紀(jì)初更為常見(jiàn)。它由一個(gè)被很多管子穿過(guò)的水箱組成。由煤或木柴燒熱所得的熱氣體從這些管子中通過(guò)加熱水箱中的水。在火管鍋爐中，整個(gè)水箱都處于高壓之下，因此一旦水箱破裂將造成大爆炸。4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)15現(xiàn)在，更常見(jiàn)的是水管鍋爐，在這種鍋爐中，水流過(guò)位于由火加熱的氣體中的一排管子。在真正的鍋爐中，結(jié)構(gòu)將會(huì)復(fù)雜得多，因?yàn)殄仩t的目的就是盡最大可能從燃燒的燃料中吸取熱量以提高效率。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)17一種典型的D型自然循環(huán)鍋爐的結(jié)構(gòu)。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)18二、強(qiáng)制循環(huán)水管鍋爐水蒸汽的性質(zhì)是當(dāng)壓力較高時(shí)，密度隨溫度變化較小。當(dāng)壓力超過(guò)18.5MPa時(shí)，已不能保證穩(wěn)定的自然循環(huán)。壓力達(dá)到臨界壓力時(shí)（22.12MPa），氣水密度之差為零，自燃循環(huán)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這時(shí)只能依靠外來(lái)的動(dòng)力（循環(huán)泵）迫使管內(nèi)的水流動(dòng)。依靠外動(dòng)力建立起來(lái)的汽水強(qiáng)迫流動(dòng)的鍋爐稱為強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。1-爐膛蒸發(fā)受熱面

2-循環(huán)泵

3-下降管

4-鍋筒

5-過(guò)熱器

6-省煤器

7-空氣預(yù)熱器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)19強(qiáng)制循環(huán)鍋爐可分為多次強(qiáng)制循環(huán)式（簡(jiǎn)稱強(qiáng)制循環(huán)式）鍋爐和直流鍋爐兩種。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)21增壓燃燒鍋爐工作原理圖第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面22一、蒸汽過(guò)熱器船舶蒸汽動(dòng)力裝置為了提高循環(huán)效率，傾向于采用較高的蒸汽參數(shù)。一般情況下蒸汽溫度每提高20－25℃，動(dòng)力裝置總效率將提高1％。過(guò)熱器的作用是將汽包中送出的飽和蒸汽進(jìn)一步加熱，使蒸汽溫度升高成為具有一定過(guò)熱度的過(guò)熱蒸汽。現(xiàn)代艦船蒸汽動(dòng)力裝置使用的蒸汽溫度一般為450－470℃，少數(shù)可達(dá)500－510℃。本節(jié)課主要研究三個(gè)方面的內(nèi)容：蒸汽過(guò)熱器、經(jīng)濟(jì)器、空氣預(yù)熱器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面231）按過(guò)熱器的管束形式可分為環(huán)管（或稱U型管）過(guò)熱器，蛇形管過(guò)熱器和輕度彎管過(guò)熱器。1、蒸汽過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)形式第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面25當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，過(guò)熱器出口蒸汽溫度會(huì)有變化。給水溫度變化、爐膛過(guò)剩空氣系數(shù)變化、燃料變化、燃燒器形式和布置、配風(fēng)方式、過(guò)熱器受熱面上的積灰等因素都會(huì)影響過(guò)熱蒸汽的溫度。為了過(guò)熱器的安全以及動(dòng)力裝置經(jīng)濟(jì)性和安全出發(fā)，要求蒸汽參數(shù)不變。為此需要對(duì)蒸汽參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，安裝可靠的蒸汽溫度調(diào)節(jié)裝置。主要的調(diào)節(jié)方法有三種：（1）在過(guò)熱器出口處調(diào)節(jié)（2）在過(guò)熱器中間進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）煙氣調(diào)節(jié)法。2、過(guò)熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面26（1）在過(guò)熱器出口處調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)方法有三種方案，分別為蒸汽旁通混合調(diào)節(jié)、減溫蒸汽混合調(diào)節(jié)和噴水調(diào)節(jié)。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面29船舶鍋爐的經(jīng)濟(jì)器必須滿足下列要求：可靠性高，重量尺寸小，保證給水的預(yù)熱溫度和便于維修。經(jīng)濟(jì)器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，造價(jià)低。由于給水經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)器后自身溫度有了較大提高，進(jìn)入到汽包內(nèi)時(shí)，減低了因給水溫度過(guò)低而使汽包所承受的熱應(yīng)力，改善了汽包工作的條件。2）優(yōu)點(diǎn)3）要求第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面302、經(jīng)濟(jì)器的分類和結(jié)構(gòu)船舶鍋爐經(jīng)濟(jì)器按管束的形狀分為盤管式和環(huán)管式等，按受熱面的形狀分為光管式、圈片式、鰭片管式等，按工質(zhì)加熱程度可分為沸騰式和非沸騰式。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面31三、空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器位于經(jīng)濟(jì)器之后，煙氣流過(guò)經(jīng)濟(jì)器后進(jìn)入到空氣預(yù)熱器內(nèi)，煙氣溫度已經(jīng)降低了，空氣預(yù)熱器管內(nèi)流動(dòng)的是將要進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃燒用空氣?？諝鉁囟忍岣邔?duì)于提高燃燒效率有利。也提高了爐膛內(nèi)和煙道中的煙氣的溫度。分析表明：爐膛內(nèi)空氣溫度提高50度，鍋爐效率增加1.8－2.0％。船舶鍋爐上安裝空氣預(yù)熱器后，可使效率提高5－6％。1、概述第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面322、空氣預(yù)熱器的分類和結(jié)構(gòu)空氣預(yù)熱器可分為鑄鐵式空氣預(yù)熱器、管式空氣預(yù)熱器、蒸汽空氣預(yù)熱器及再生式（回轉(zhuǎn)式）空氣預(yù)熱器。在前兩種預(yù)熱器中，煙氣和空氣在受熱面兩邊同時(shí)流過(guò)，煙氣的熱量不斷地通過(guò)空氣預(yù)熱器的受熱面?zhèn)鹘o空氣。1）、鑄鐵式空氣預(yù)熱器當(dāng)燃油中的含硫量較高時(shí)，為防止尾部受熱面的低溫腐蝕，多采用鑄鐵式空氣預(yù)熱器或耐腐蝕的輕合金鑄造空氣預(yù)熱器。其缺點(diǎn)是受熱面沾污后很難清潔，多采用定期更換整個(gè)預(yù)熱器的措施。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面332）、管式空氣預(yù)熱器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過(guò)熱器和尾部受熱面343）、蒸汽空氣預(yù)熱器蒸汽空氣預(yù)熱器的汽源是船舶主汽輪機(jī)的級(jí)間抽汽。進(jìn)入空氣預(yù)熱器的蒸汽壓力一般為(0.3~0.4MPa)，空氣在套有肋片的管間流過(guò)，肋片