動力機械：船用汽輪機

動力機械：船用汽輪機，用於推進船舶航行的汽輪機。

發展背景

用於推進船舶航行的汽輪機。1897年﹐英國帕森斯﹐C.A.首次將2000馬力 (1.5兆瓦)多級反動式汽輪機裝於44.5噸的小艇“透平尼亞”號上﹐蒸汽初壓為 1.4兆帕。這台汽輪機有高﹑中﹑低壓3個汽缸﹐分別直接帶動螺旋槳。小艇試航航速達34.5節(1節=1852/3600米/秒)﹐超過了當時採用蒸汽機推進的驅逐艦航速﹐顯示了汽輪機在艦船上套用的優越性﹐此後船用汽輪機就得到了較快的發展。

工作過程

船用汽輪機的工作過程是連續的﹐可以採用較高的蒸汽初壓﹑初溫﹐並可膨脹到較低的背壓﹐故效率比蒸汽機高。它有很大的通流面積﹐能通過較大的蒸汽量﹐單機功率較大﹐在大﹑中型艦﹑船上逐步取代了蒸汽機。船用汽輪機的最大功率受到螺旋槳的限制﹐一般不超過60兆瓦。有些大型軍艦裝 4台汽輪機﹐總功率達 210兆瓦。汽輪機是一種旋轉式動力機械﹐運行平穩﹐工作可靠﹐維護方便。然而與船用柴油機和燃氣輪機相比﹐它需要鍋爐﹑凝汽器和管路等﹐設備較複雜﹔後動過程較長﹐操縱性較差﹔熱效率也比柴油機稍低。它主要用於核動力艦船和功率大於25兆瓦的艦船上。 船用汽輪機的工作環境和使用條件與電站汽輪機不同。它安裝在易變形的船體基座上﹐還經常受到船體搖擺﹑衝擊的影響。它的正常運轉直接關係到全船的安全﹐因而對可靠性要求更高。它的體積﹑重量也受到船體的嚴格限制。船舶在進出港口或執行任務時需要經常變速或倒航﹐因此對汽輪機的機動性也有特殊的要求。
船用汽輪機除功率小於 8兆瓦的有時用單缸外﹐一般都是雙缸或三缸分軸並聯布置。圖1 雙缸船用汽輪機組布置圖 為較典型的雙缸船用汽輪機組布置圖。它由高壓缸﹑低壓缸﹑凝汽器﹑齒輪減速器等主要部分組成。分缸設計時可將高壓軸和低壓軸設計成不同的轉速﹐儘量提高各級的輪周速度以增加級的焓降﹐減少級數。高壓軸採用較高轉速(5000～10000轉/分)﹐以縮小轉子直徑﹔增加前幾級的葉片高度﹐以提高效率﹔低壓軸採用較低轉速(3000～5000轉/分)﹐以降低末幾級葉片和輪盤的應力。採用分缸方式的好處是當汽輪機發生局部損壞時可用單缸運行﹐提高了船的可靠性。
低轉速﹑大直徑的船用螺旋槳效率較高。軍艦上轉速一般為150～400轉/分﹐商船為80～150轉/分。為此﹐除電力推進螺旋槳外﹐在汽輪機與螺旋槳之間一般都用減速比很大的齒輪減速器。高速﹑重載﹑高精度齒輪減速器是船用汽輪機組的關鍵部分﹐均採用2級或3級減速。為了抬高汽輪機的位置﹐以便在低壓缸下放置凝汽器﹐在減速器中常將各級小齒輪置於同級大齒輪的上半部。在機艙高度受到限制的船舶中﹐有的將凝汽器置於低壓缸的前端﹐汽輪機軸向排汽。