《船舶动力系统》课件4-1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,船舶动力系统,船舶燃气轮机,燃气轮机,燃气轮机（,Gas Turbine Engine,）,：以,燃气,为工质，带动叶轮高速旋转，把燃料的化学能转变为机械能的内燃式动力机械，是旋转叶轮式热力发动机,工作原理：燃气经喷嘴膨胀，工质的热能转化为动能；通过各级涡轮，动能转化成机械能,走马灯是,涡轮机,(,透平,),的雏形,发展历史,1939,年，德成功研制第一台航空涡轮喷气发动机，瑞士研制成功第一台工业发电用燃气轮机。燃气轮机进入实用阶段，并迅速发展,1941,年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验,1947,年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，,1.86,兆瓦的燃气轮机作动力,1950,年，英国制成第一辆燃气轮机汽车,最简单的燃气轮机装置包括三个主要部件：,压气机,涡轮机（透平,/,燃气轮机）,燃烧室,工作过程,空气,燃料,点火燃烧，,燃料化学能转化成燃气热能,高温燃气,燃气,涡轮机，膨胀降压加速（,热能,动能,）,推动叶轮转动，推动透平叶轮（,动能,机械能,）,， 带动压气机一起旋转剩余机械能输出,通常，涡轮机发出的,2/3,机械能,驱动压气机，,1/3,机械能对外输出,压气机,泵,燃烧室,燃气轮机的分类,按负荷情况上划分,重型：零件较为厚重，大修周期长，寿命可达,10,万小时以上,工业上用于拖动发电机组发电、机械驱动,轻型：结构紧凑而轻，所用材料一般较好，寿命较短,飞机、舰船发动机（ 航机结构最紧凑、最轻）,从结构上划分,单轴：压气机、涡轮机、负载共轴,双轴 压气机与负载不共轴,多轴,单轴燃气轮机，负载变化,转速变化，直接影响压气机转速,吸入压气机的空气量发生变化,严重，,压气机喘振，发生事故,高压透平所作的功为压气机提供驱动力，动力透平的全部作功用于驱动负荷,负荷设备与高压透平机械地分开,对起动的要求降低,燃气发生器,动力涡轮,系统负载变化不大时，一般选用单轴燃气轮机（用于驱动发电机等速度变化不大的负荷 ）,负荷变化较大时，可视具体情况选用双轴或多轴燃气轮机（船用）,单轴布置,船舶燃气轮机,主燃气轮机,全工况船舶燃气轮机：各种航速下均投入使用,巡航船舶燃气轮机,加速船舶燃气轮机：高速航行,or,应急机动时开动,辅助船舶燃气轮机：驱动辅机（发电机、海水泵、风机,）,航空燃汽轮机的进排气系统，是飞机框架和喷气推进系统的一部分,船用燃气轮机装置改进了航空燃机的进排气系统，以适应船用需要,船舶燃气轮机的循环是开式循环（从大气中吸入新鲜空气，把废气排向大气）,船舶燃气轮机,开式燃气轮机结构示意图,P57,舰船推进用燃气轮机装置组成部分,P58,：,压气机、燃烧室、涡轮、齿轮减速器（俗称燃气轮机的“四大件”）。,燃油系统、滑油系统、传动装置、空气冷却系统、起动系统、调节控制系统,进气滤清系统、通流清洗系统、抽气通风系统、灭火系统、防冰系统,燃气初温和压气机的压缩比,，是影响燃气轮机效率的两个主要因素,提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高,70,年代末,压缩比最高达到,31,燃烧室内燃气温度,2000,左右,经部分压缩空气冷却，工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达,1200,左右，航空燃气轮机的超过,1350,效率达,38,燃气在涡轮中做功后，压力接近大气 压，排入大气,or,循环利用,新型的船用燃机装置均为多轴结构,燃气发生器：把,压气机、燃烧室、高压涡轮机,看成一个整体；,燃气发生器产生具有一定压力和温度的燃气；,改变燃烧室出口燃气温度,改变燃气发生器转速,改变燃气轮机的输出功率,动力涡轮：低压燃气涡轮机,燃气轮机的启动：起动机（电动机或小功率的燃气轮机）带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机脱开,进入燃烧室的燃油用电火花塞或半导体高能电嘴引燃,船舶燃气轮机循环型式,简单开式循环：由一个压缩过程、一个加热过程、一个膨胀过程、一个冷却过程所组成的循环,1,压气机，,2,燃烧室，,3,高压涡轮,4,动力涡轮，,5,减速器，,6,螺旋桨,双轴机组：燃气发生器单轴结构，中小功率机组使用多,总体结构简单、紧凑、制造方便,典型代表：美,GE,公司,LM2500,功率：,19853KW,（,27000PS,）,空气流量：,66KG/s,，,燃气初温：,1170,排气：,504,压气机出口空气压力：,17kgf/cm,2,燃气发生器转速：,49509600rpm,动力涡轮转速：,3600rpm,三轴机组：燃气发生器双轴结构,高压压气机，由高压涡轮机带动,低压压气机，由中压涡轮机带动,动力涡轮带动外界负荷,三根轴转速不同，有利于改善机组运行性能，增大单机功率,1,低压压气机，,2,高压压气机,3,燃烧室,4,高压涡轮,5,中压涡轮,6,动力涡轮,7,减速器,8,螺旋桨,中、大功率机组普遍采用,典型代表,LM5000,功率达,44740,千瓦,(6,万马力,),FT9(22060KW),美普拉特,惠特尼,(P&W),公司,功率,22060KW,（,30000PS,）,LM5000,FT9,复杂循环,回热机组：透平排气温度高，进入回热器,(,即,换热器,),充当热媒，加热压气机出口的空气，空气再进入燃烧室，提高热效率,采用回热会增加机器的质（重）量和尺寸,典型：美,MS5002R-A(22059KW),燃气轮机回热器,中间冷却机组：压缩过程中采用中间冷却,可以减小高压压气机的压缩功 ，使单位流量工质的输出功增大,再热机组：再热增大了动力涡轮的输出功率,现代船舶燃气轮机装置结构特点,先进的船舶机组为单元体组合式结构，便于检修、更换,整机,=,进、排气道单元,+,高压压气机单元,+,低压压气机单元,+,燃烧室单元,+,高压涡轮机单元,+,中压涡轮机单元,+,动力涡轮机单元,+,辅助传动箱单元,+,为了便于检测机组内部易损件运行情况，在压气机、燃烧室、涡轮机等有关部位开了许多检测空，便于在不解体情况下进行检查、照相、观察,箱装体结构，电子控制箱体，滑油调节箱体，机架,隔热、隔声、防震,改善了机舱工作条件,（汽轮机、柴油机装置难实现）,P59,LM2500,LM-2500,燃气轮机,TM3B,燃气轮机装置的装船方式,单机单桨：一台燃气轮机机组,+,离合器,+,减速器,+,一螺旋桨；布置简单、紧凑，机组在全工况范围运行,双机单桨、双机双桨,联合装置,COGAG/COGOG,CODAG/CODOG,COSAG,，,蒸,-,燃并列联合装置,COGAS,，,燃,-,蒸联合循环装置，废气锅炉，装置热效率达,40%,以上,燃气轮机装置的特点,优点：,重量轻、尺寸小,起动迅速,运转平稳,单元体组装，便于维修更换，简化保养工作,滑油、冷却水消耗量低,缺点,优质燃油,低负荷经济性差，易产生失速、喘振,需要庞大进、排气道，消声器、海盐过滤器,增大了装置尺寸重量,耗油率高于柴油机,不能倒转（转向离合器,or,可调距桨）,庞大的进排气道影响船体结构强度,航空发动机,活塞式发动机,活塞式发动机,活塞式发动机固有的缺陷,功率与重量的矛盾,发动机功率与飞行速度的三次方成正比,发动机功率的增加，将导致发动机重量迅速增大（接近三次方关系）,螺旋桨的局限,接近音速时，导致螺旋桨工作不稳定，推进效率急剧下降,“音障”,的出现,音障,音障是一种物理现象，当,物体,的速度接近,音速,时，将会逐渐追上自己发出的,声波,。声波叠合累积的结果，会造成,震波,（,Shock Wave,）的产生，进而对飞行器的加速产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。,60,年来，航空燃气轮机取代了活塞式发动机,航空燃气轮机开创了喷气时代，居航空动力的主导地位,（离心式）涡轮喷气发动机,涡扇发动机,