船舶動(dòng)力裝置概論第十一次課第四章課件

“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2第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.1船舶蒸汽鍋爐3水蒸汽蒸汽凝水鍋爐給水第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.1船舶蒸汽鍋爐4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?，然后利用水蒸汽作為工質(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5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(shū)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6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)4.1船舶蒸汽鍋爐7（1）按鍋爐的蒸汽壓力鍋爐分為低壓、中壓和高壓鍋爐。（1.6~3.2~9.2MPa）。（2）按煙氣在受熱面（管子）中的流動(dòng)途徑鍋爐分為水管鍋爐和火管鍋爐。（3）按水循環(huán)方法鍋爐分為強(qiáng)迫循環(huán)和自然對(duì)流循環(huán)。船用多為強(qiáng)迫循環(huán)式。（4）按鍋爐爐膛內(nèi)壓力燃料在爐膛內(nèi)燃燒有普通鍋爐和增壓鍋爐。普通鍋爐內(nèi)壓力接近大氣壓（多是微負(fù)壓）。增壓鍋爐內(nèi)的壓力高于大氣壓力兩到三倍。（5）按鍋爐構(gòu)造鍋爐分為三鍋筒水管鍋爐，雙鍋筒水管鍋爐等等。3、鍋爐的分類(lèi)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8一、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9二、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10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112）、回油式噴油器回油式噴油器工作時(shí)，供油壓力在任何負(fù)荷下基本保持不變，使送往噴嘴的油量也基本不變，但燃油流到旋流室時(shí)被引流回一部分。這樣只要調(diào)節(jié)回油閥的開(kāi)度，就能調(diào)節(jié)噴入到爐膛內(nèi)燃油流量的大小。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122、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(lèi)。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(lèi)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)13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)14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)15主要三種型式：自燃循環(huán)水管鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)水管鍋爐、增壓燃燒鍋爐。由上鍋筒和下鍋筒，上升管和下降管組成。上鍋筒兼作為汽水分離的汽包。上升管內(nèi)部的水被煙氣流加熱后，比重減小而作上升運(yùn)動(dòng)，從下鍋筒流到上鍋筒。在上升管內(nèi)加熱的過(guò)程中，會(huì)有水蒸汽產(chǎn)生。進(jìn)入到上鍋筒的汽水混合物經(jīng)汽水分離后，飽和水蒸汽被引進(jìn)到過(guò)熱器內(nèi)進(jìn)一步加熱。飽和水與給水摻混后下降到下鍋筒，然后再進(jìn)入上升管內(nèi)流動(dòng)受熱。這就形成了自然對(duì)流循環(huán)。一、自燃循環(huán)水管鍋爐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)16一種典型的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)17二、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)18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)19三、增壓燃燒鍋爐鍋爐的使用經(jīng)驗(yàn)表明，爐膛內(nèi)燃燒的熱強(qiáng)度與爐膛內(nèi)的壓力成正比。例如爐膛內(nèi)壓力為0.1MPa（絕對(duì)壓力）時(shí)，燃燒強(qiáng)度是3500W／立方米；當(dāng)壓力升高到0.2MPa時(shí)，燃燒強(qiáng)度允許增大一倍，即7000W／立方米；在0.3MPa時(shí)就可以10500W/立方米。在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)增壓燃燒，可以減低鍋爐的體積與重量，可極大地提高流過(guò)受熱面的煙氣的流速。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一旦流速超過(guò)330米／秒，放熱系數(shù)極度增加，可使換熱面積成倍減少。我國(guó)從俄羅斯購(gòu)買(mǎi)的現(xiàn)代級(jí)大型驅(qū)逐艦，就是用增壓鍋爐產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)船用蒸汽輪機(jī)，獲得功率的。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)20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21一、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?，F(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221）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232）按蒸汽過(guò)熱器吸收熱量的方法，可分為輻射、對(duì)流及聯(lián)合或混合式蒸汽過(guò)熱器。蒸汽過(guò)熱器應(yīng)具有較高的可靠性、較小的重量、尺寸和流體阻力，過(guò)熱蒸汽的溫度應(yīng)在允許范圍內(nèi)波動(dòng)，以及運(yùn)行、維修方便等。船舶主鍋爐通常采用對(duì)流式蒸汽過(guò)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24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)?？諝庀禂?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25（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26（3）煙氣調(diào)節(jié)法（2）在過(guò)熱器中間進(jìn)行調(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27二、經(jīng)濟(jì)器經(jīng)濟(jì)器和空氣預(yù)熱器布置在鍋爐蒸發(fā)受熱面之后，他們是鍋爐尾部煙道的受熱面，稱為尾部受熱面。為降低鍋爐排煙中熱量的損失，提高鍋爐的總效率，常采用增加尾部受熱面面積的措施。增加尾部受熱面積，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)器傳熱的效果，提高經(jīng)濟(jì)器出口水的溫度。通常鍋爐經(jīng)濟(jì)器出口水溫提高1℃，可使排煙溫度降低2.5－3℃。1、概述1）作用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28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292、經(jīng)濟(jì)器的分類(lèi)和結(jié)構(gòu)船舶鍋爐經(jīng)濟(jì)器按管束的形狀分為盤(pán)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30三、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。空氣溫度提高對(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312、空氣預(yù)熱器的分類(lèi)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