基本介紹
- 中文名：汽輪機動力裝置
- 外文名：Turbine power plant
- 性質：船舶的一種主動力裝置
- 出現時間：1896年
- 提出者：英國人C.帕森
- 所屬學科：能源動力工程
船舶動力裝置,介紹,發展歷史,工作原理,特點,優缺點,
船舶動力裝置
船舶動力裝置為船舶提供推進力，主要有蒸汽輪機動力裝置、柴油機動力裝置、汽輪機動力裝置、電力推進裝置、氫燃料內燃機等幾種。船舶動力裝置的發展與人類對自然能源的利用息息相關。在20世紀初期石油大規模使用以前，煤是主要燃料。上個世紀70年代發生的石油危機與日益嚴重的環境問題，使得西方已開發國家逐步將目光從石油燃料向非石油燃料上轉移。在此背景下，生物燃料應運而生，人們甚至製造出了以植物油為燃料的發動機。然而，碳是生物燃料的主要成分之一，使用生物燃料時仍會釋放出CO2，並不能根除其對大氣造成的污染。天然氣是一種清潔能源，用作燃料時對環境的污染較小。更理想的能源是氫氣，目前已經得到了全世界的廣泛重視，並已在汽車發動機領域取得了不少突破，因此其在船舶動力系統中的套用也指日可待。
介紹
蒸汽機在船舶上的套用是人類在交通運輸領域所取得的重大突破，具有跨時代的意義。蒸汽機可分為往復式蒸汽機與蒸汽輪機兩種，由於功重比與效率的優勢，蒸汽輪機已經完全取代了往復式蒸汽機。一個典型的蒸汽輪機動力裝置主要由4部分組成，即供水泵、水管鍋爐、渦輪機以及冷凝器，利用鍋爐燒出來的蒸汽，衝擊葉輪使其旋轉，從而帶動推進器產生推力。蒸汽輪機動力裝置具有功率大、結構簡單、造價低廉等優點，但其熱效率低、重量大，某些運動部件由於運轉慣性過大而難以平衡，所以目前已較少使用。
發展歷史
汽輪機作為船舶動力裝置出現在1896年，英國人C.帕森成功地將他發明的汽輪機作為推進動力機套用於一艘快艇上，試航速度達每小時34.5海里。此後汽輪機廣泛用於大功率船上。
早期的船用汽輪機直接驅動螺旋槳，不經過減速。為了使螺旋槳能在理想的轉速下工作，後來在汽輪機動力裝置上加裝了減速齒輪，使汽輪機和螺旋槳都能以各自的最佳速度運轉。到1916年，幾乎所有的船用汽輪機都採用了減速裝置，減速比由初期的1:20提高到1:80以上。
工作原理
汽輪機動力裝置的主機是汽輪機，又稱蒸汽透平，它是一種將蒸汽的能量轉換成為機械功的旋轉式動力機械。它的主要用作發電用的原動機，也可直接驅動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽滿足生產和生活上的供熱需要。
船舶汽輪機一般由高壓缸、低壓缸兩個汽缸組成，如圖所示。蒸汽由鍋爐產生後進入高壓缸、低壓缸後，逐級進行膨脹，蒸汽推動汽輪機轉子轉動，蒸汽的部分熱能轉變為汽流動能，進而轉換成汽輪機軸上的機械能。汽輪機通過聯軸器，齒輪減速箱和軸系帶動螺旋漿推進器轉動，螺旋漿推進器將軸系傳遞的機械能轉變為推動水的推力，推動船舶運動。
鍋爐產生的蒸汽首先送入高壓缸，做功後經連通管進入低壓缸，繼續膨脹做功；倒車級設定在低壓缸內，由專門的倒車調節閥控制進汽量，低壓缸為兩頭進汽。對於主汽輪機組調節迴路可以採用兩種方法實現轉速控制，分別是改變進入汽輪機的蒸汽量，或改變蒸汽參數。前者是保持鍋爐提供的蒸汽參數不變，通過開大或關小噴嘴閥的開度，使蒸汽節流面改變從而改變作功能力，通常稱為節流控制。後者是改變鍋爐提供的蒸汽流量參數，使不同的穩定工況分別對應於噴嘴閥處於全開的狀態，通常稱為噴嘴控制或汽量控制。由於在設計時已考慮噴嘴閥在全開時壓力損失較小，所以不影響機組的效率。由於船舶主汽輪機的工況較多，又不可能設定相應數量的噴嘴閥，故通常將噴嘴控制與節流控制相結合。
特點
船舶汽輪機動力裝置的運行環境是在海洋中，那么它與固定式的電站汽輪機裝置是不同的，具體來說有以下特點：
服從螺旋漿工作規律
船舶的任務是按照行駛的需要，以一定的速度和方向航行。因此，為了滿足船舶航行任務的需要，汽輪機的主要完成的任務是，帶動螺旋漿轉動，使之推動船舶航行。因而，汽輪機功率必須滿足螺旋漿的需要，所以汽輪機必須按帶動的螺旋漿轉動的規律工作。航速改變是通過改變螺旋漿的轉速來實現，隨之需要控制汽輪機轉速。這就是船舶動力裝置的主要特點。
控制系統的要求
船舶航行時工況經常變化，需要汽輪機能夠在各種工況下穩定工作，而且負荷變化範圍大，所以船舶汽輪機動力裝置要有高的控制性。這也是船舶汽輪機和陸用火電汽輪機裝置的一個很大的不同點。
重量尺寸的限制
由於船舶是利用本身的設備，來自行移動的移動式建築物，因而汽輪機的重量尺寸以及燃料消耗的影響都不能與電廠固定式的汽輪機同等對待。汽輪機裝置的重量和尺寸越大，它占用的排水量和容積就越大。所以船舶汽輪機的重量和尺寸就受到了限制，不能太大。
優缺點
汽輪機動力裝置的優點是單機功率大，效率高。這是因為船用汽輪機都採用了減速裝置，汽輪機可以更高的速度運轉，從而提高了效率，機體尺寸也可以相應縮小，整個裝置更加緊湊，重量也大大減輕,螺旋槳工作效率也大大提高。同時，汽輪機工作可靠，運轉平穩，無振動和噪聲，檢修工作量小，還可以燃用劣質油，所以，汽輪機成為理想的大功率船用動力裝置。至今某些大型船舶和高速艦艇上仍採用汽輪機動力裝置。
汽輪機的缺點是油耗高，即使採用再熱循環的汽輪機裝置，每馬力小時的油耗仍達180～190克，比低速柴油機高40%左右。正是這樣的原因，柴油機動力裝置由於單機功率、燃燒劣質油的能力和可靠性的提高，逐漸取代了汽輪機。
