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船舶燃氣輪機

鎖定
船用燃氣輪機是現代艦船上的一種重要的動力裝置, 它是將空氣先經壓縮機加温,然後,通入燃燒室。燃油在燃燒室燃燒,產生高温燃氣,再進入渦輪機,衝擊渦輪機上的葉片,使渦輪機高速轉動,帶動推進機工作。燃氣輪機不需要鍋爐,重量輕、體積小、功率大,可作為大型艦船的主機。
中文名
船舶燃氣輪機
外文名
ship gasturbine
單    軸
壓氣機、渦輪機、負載共軸
雙    軸
壓氣機與負載不共軸
優    點
重量輕、尺寸小

船舶燃氣輪機分類

船舶燃氣輪機負荷劃分

重型:零件較為厚重,大修週期長,壽命可達10萬小時以上;工業上用於拖動發電機組發電、機械驅動。
開式燃氣輪機結構示意圖 開式燃氣輪機結構示意圖
輕型:結構緊湊而輕,所用材料一般較好,壽命較短;飛機、艦船發動機( 航機結構最緊湊、最輕)。

船舶燃氣輪機結構劃分

多軸
單軸燃氣輪機,負載轉速變化直接影響壓氣機轉速。吸入壓氣機的空氣量發生變化。嚴重,使壓氣機喘震,發生事故。
在實際選型時,當系統負載變化不大時,一般選用單軸燃氣輪機,如大型火力發電廠用於拖動發電機的燃氣輪機;當系統負荷變化較大時,可視具體情況選用雙軸或多軸燃氣輪機。

船舶燃氣輪機詳細介紹

船舶燃氣輪機在參數、材料、結構、運行性能方面滿足船舶航行技術要求。
主燃氣輪機
全工況船舶燃氣輪機:各種航速下均投入使用
巡航船舶燃氣輪機
加速船舶燃氣輪機:高速航行or應急機動時開動
輔助船舶燃氣輪機:驅動輔機(發電機、海水泵、風機……)
航空、陸用燃氣輪機動力裝置的進排氣系統,往往是飛機框架和噴氣推進系統的一部分,或者是對工作循環的分析無價值。常常被忽略掉。
船用燃氣輪機裝置的進排氣系統,對工作循環的性能,有極其嚴重影響。
船舶燃氣輪機的循環是開式循環(從大氣中吸入新鮮空氣,把廢氣排向大氣)。

船舶燃氣輪機組成部分

壓氣機、燃燒室、渦輪、齒輪減速器(俗稱燃氣輪機的“四大件”)。
燃油系統、滑油系統、傳動裝置、空氣冷卻系統、起動系統、調節控制系統。
進氣濾清系統、通流清洗系統……
壓氣機吸取空氣、壓縮(幾 ~ 二十幾個大氣壓),高壓空氣連續送入燃燒 室。同時,燃油進燃燒室。
燃燒室,部分空氣+ 燃油燃燒 。2000℃左右的燃燒氣體
另一部分空氣+燃氣-温度↘,1000 ℃左右
高壓高温燃氣到高壓渦輪和低壓渦輪(動力渦輪),高壓渦輪發出的機械功用來驅動壓氣機,低壓渦輪發出的機械功通過齒輪減速器傳 給艦船的推進器—螺旋槳。
燃氣出低壓渦輪時,壓力接近大氣 壓,排入大氣 /循環利用
燃氣發生器:習慣上,將壓氣機、燃燒室、高壓渦輪機看成一個整體;燃氣發生器產生具有一定壓力和温度的燃氣;改變燃燒室出口燃氣温度。改變燃氣發生器轉速。改變燃氣輪機的輸出功率,
動力渦輪:對外做功的渦輪,一般指低壓燃氣渦輪。
燃氣輪機的啓動:起動機(電動機或小功率的燃氣輪機)帶着旋轉,待加速到能獨立運行後,起動機脱開。
進入燃燒室的燃油用電火花塞或半導體高能電嘴引燃。
燃氣初温和壓氣機的壓縮比,是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素。提高燃氣初温,並相應提高壓縮比,可使燃氣輪機效率顯著提高。70年代末,壓縮比最高達到31。工業和船用燃氣輪機的燃氣初温最高達1200℃左右,航空燃氣輪機(簡稱航機)的超過1350℃。按簡單開式循環工作的工業和船用燃氣輪機,在上述燃氣初温和壓縮比下的效率達38%。

船舶燃氣輪機循環型式

簡單開式循環
由一個壓縮過程、一個加熱過程、一個膨脹過程和一個冷卻過程所組成的循環,
單軸機組:燃氣發生器單軸結構,中小功率機組使用多,總體結構簡單、緊湊、製造方便。
典型代表:美GE公司 LM2500(功率19853KW.空氣流量66KG/s,燃氣初温1170℃,排氣504℃,發生器轉速4950~9600rpm,動力渦輪轉速3600rpm)。
雙軸機組:燃氣發生器雙軸結構,低壓壓氣機由中壓渦輪機帶動;高壓壓氣機由高壓渦輪機帶動;動力渦輪帶動外界負荷。三根軸轉速不同,有利於改善機組運行性能,增大單機功率。
中、大功率機組採用最普遍。
典型代表LM5000(36765KW)、FT9(22060KW)美普拉特·惠特尼(P&W)公司。
複雜循環
回熱機組:透平排氣温度高,經回熱器(即換熱器)先把壓氣機出口的空氣加熱,然後空氣再進入燃燒室,提高熱效率,採用回熱會增加機器的質(重)量和尺寸。
典型美MS5002R-A(22059KW)
中間冷區機組:壓縮過程中採用中間冷卻, 可以減小高壓壓氣機的壓縮功 ,使單位流量工質的輸出功增大。
再熱機組:再熱增大了動力渦輪的輸出功率
現代船舶燃氣輪機裝置結構特點
先進的船舶機組為單元體組合式結構,便於檢修、更換
整機=進、排氣道單元 + 高壓壓氣機單元 + 低壓壓氣機單元 + 燃燒室單元 + 高壓渦輪機單元 + 中壓渦輪機單元 +動力渦輪機單元+輔助傳動箱單元+……
為了便於檢測機組內部易損件運行情況,在壓氣機、燃燒室、渦輪機等有關部位開了許多檢測空,便於在不解體情況下進行檢查、照相、觀察。
箱裝體結構,電子控制箱體,滑油調節箱體,機架。隔熱、隔聲、防震。改善了機艙工作條件(汽輪機、柴油機裝置難實現)。

船舶燃氣輪機裝船方式

單機單槳:一台燃氣輪機機組、離合器、減速器、一螺旋槳;佈置簡單、緊湊,機組在全工況範圍運行。
雙機單槳、雙機雙槳。
聯合裝置
COGAG/COGOG
CODAG/CODOG
COSAG
COGAS
起動迅速
運轉平穩
單元體組裝,便於維修更換,簡化保養工作
滑油、冷卻水消耗量低。
缺點
優質燃油
低負荷經濟性差,易產生失速、喘震。
需要龐大進、排氣道,消聲器、海鹽過濾器。增大了裝置尺寸重量。
耗油率高於柴油機
不能倒轉(轉向離合器or可調距槳)