《能源與動力裝備設計與制造》參考資料

1、第1章 能源裝備設計與制造概況1.1 火電、水電、風電、核電1.1.1 我國能源情況概述我國能源資源的基本特點可概括為六個字：“富煤、貧油、少氣”。我國能源結構中煤炭比重最高約占70.6%，超出世界平均水平近42個百分點，天然氣比重最低僅占3.7%，遠低于23.8%的世界平均水平。中國是目前世界上第二位能源生產(chǎn)國和消費國，能源供應持續(xù)增長，其中消耗量最大、使用最廣泛的是電能和熱能，電能是一種便于傳輸和使用的清潔能源，因此具有無可比擬的優(yōu)越性而占有重要地位。我國電力行業(yè)發(fā)展飛快，2011年的發(fā)電量已躍居世界第一，達到了47000.7億kW·h。國內(nèi)裝機容量中，火電占主導地位，電力工業(yè)的

2、發(fā)展戰(zhàn)略是：火電為主，大力發(fā)展水電，適當發(fā)展核電和再生能源發(fā)電。2011年火電、水電、核電、風電裝機總容量分別為76546萬kW、23051萬kW、1257萬kW、4505萬kW，所占比重分別為72.5%、21.83%、1.19%、4.27%。2015年底全國火電裝機容量9.9億千瓦，設備平均利用小時4329小時，同比降低410小時，是1978年以來的最低水平。2015年底全國水電裝機容量3.2億千瓦，設備平均利用小時3621小時，同比降低48小時。2015年底全國并網(wǎng)風電裝機容量12934萬千瓦，設備平均利用小時為1728小時，同比下降172小時。2015年底全國核電裝機容量2608萬千瓦，

3、設備平均利用小時7350小時，同比下降437小時。根據(jù)轉換電能的一次能源的種類或轉換方式不同，發(fā)電站可分為火力發(fā)電站、水力發(fā)電站、核電站、風力發(fā)電站、太陽能發(fā)電站，它們各自的特點如表1-1所列。表1-1 各類電站的特點項目火電水電核電風電太陽能發(fā)電電能來源燃料化學能水的機械能核能風的機械能太陽能投資力度大巨大大小小建設周期中（2-3年）長中短短發(fā)電材料化石燃料水鈾風太陽能優(yōu)點燃料獲取方便、便宜原料可再生核燃料能量密度巨大原料可再生原料可再生缺點燃料儲存量和開采量有限，不可再生；污染性大。受氣候、地理條件制約核廢料產(chǎn)生污染的風險大相對發(fā)電成本高；受氣候、地理條件制約相對發(fā)電成本高，受氣候、地理條

4、件制約1.1.2 火力發(fā)電燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)是火電站的三大系統(tǒng)。汽輪機、鍋爐和發(fā)電機是火電站的三大主件。圖1-1所示為火力發(fā)電廠的生產(chǎn)示意圖，鍋爐中煤粉與來自空氣預熱器的熱空氣在爐膛內(nèi)混合燃燒，將燃料的化學能轉變高溫煙氣的熱能，熱能通過鍋爐的省煤器、水冷壁、過熱器等受熱面使水變?yōu)檫^熱蒸汽；過熱蒸汽推動汽輪機旋轉，將熱能轉變?yōu)闄C械能，并通過發(fā)電機產(chǎn)生熱能；汽輪機內(nèi)膨脹做功后的蒸汽進入凝氣器內(nèi)凝結成水；凝結水經(jīng)過水泵送入低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器，吸收汽輪機抽汽的熱量后又回到鍋爐。工質(zhì)又返回初態(tài)，完成一個閉合循環(huán)。圖1-1 火力發(fā)電廠的生產(chǎn)示意圖1.1.3 水力發(fā)電1.1.3.1 水

5、力發(fā)電概述水力發(fā)電是利用江、河、水庫的勢能也就是水位的落差來作功，推動水輪機轉動再帶動發(fā)電機轉動發(fā)電的。a、按集中落差方式的不同，水力發(fā)電廠可區(qū)分為堤壩式、引水式和混合式三種。堤壩式水力發(fā)電廠又可按電廠廠房所處的位置的不同，分為壩后式、河床式和岸邊式。b、按水庫蓄水的調(diào)節(jié)能力的不同，水力發(fā)電廠可分為徑流式水電廠、日調(diào)節(jié)水電廠、周調(diào)節(jié)水電廠、年調(diào)節(jié)水電廠和多年調(diào)節(jié)的水電廠。1.1.3.2 水力發(fā)電廠的構成水力發(fā)電廠的構成主要有水源、攔水建筑物體、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、水輪機、水輪發(fā)電機變壓器、高壓斷路器、配電裝置等組成。水輪機是一種將水的勢能轉換成機槭能的機器?，F(xiàn)代水輪機，按水流作用原理和結構特點

6、可分為兩類，一類是僅利用水流動能的稱為沖擊式水輪機，另一類同時利用水流動能和勢能的稱為反擊式水輪機。水輪機分類很多。反擊式水輪機主要有混流式、斜流式、軸流式，其主要區(qū)別在于轉輪結構形式各有不同。其他設備還包括水力發(fā)電機、調(diào)速系統(tǒng)等。1.1.4 風力發(fā)電1.1.4.1 風力發(fā)電概述1.1.4.2 風力發(fā)電系統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)是將風能轉換為電能的機械、電氣及控制設備的組合，一般的風力發(fā)電機組主要由風力機、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、調(diào)向機構和控制系統(tǒng)等幾大部分組成，如圖1-8所示。圖1-8 風力發(fā)電機組簡圖1.1.4.3 風力發(fā)電機主要組成部分介紹風輪、機艙、齒輪箱、偏航系統(tǒng)、風力發(fā)電機。1.1.5 核能發(fā)電1

7、.1.5.1 核能發(fā)電概述核電站是利用核能進行發(fā)電的裝置。它類似于燃煤的火力發(fā)電站，致使火電站的燃煤鍋爐被核反應堆所代替，核反應堆是通過核裂變使易裂變?nèi)剂厢尫藕四艿年P鍵裝置。和火力發(fā)電相比，核電具有以下優(yōu)點。（1）燃料能量高度集中。如在目前實際應用中，1kg天然鈾可替代2040t煤，這樣可以大量減少燃料及廢渣的運輸量及有關費用。（2）對環(huán)境污染小。煤、石油、天然氣等礦物燃料在燃燒時要排放大量的CO2、CO、SO2和NOx等有害氣體，對人類賴以生成的環(huán)境造成威脅。（3）核燃料儲藏量非常豐富，特別是核聚變?nèi)剂峡梢匀≈槐M。1.1.5.2 幾種核能發(fā)電簡介按照冷卻劑和慢化劑的不同，核反應堆分為：輕水

8、堆、重水堆、石墨堆。壓水堆核電站由兩大回路組成。核電站的一回路是反應堆、蒸汽發(fā)生器、主循環(huán)泵、穩(wěn)壓器和管道系統(tǒng)組成。一回路產(chǎn)生品質(zhì)合格的蒸汽再送到汽輪機做功、發(fā)電。蒸汽再蒸汽輪機及其輔助設備內(nèi)做功、凝結、加熱、除氧后再送到蒸汽發(fā)生器，重新被加熱、汽化。這樣周而復始地形成第二個回路。第一、第二回路的介質(zhì)不斷運行，能量轉化過程是：核能熱能機械能電能。圖1-10 核電運行過程1.1.6 小結本小節(jié)主要介紹了我國能源使用情況及現(xiàn)行的國家能源戰(zhàn)略，簡單介紹了火力、水力、風力、核能發(fā)電站的工作過程、主要裝備，有助于了解各類型發(fā)電站的優(yōu)缺點及主要的工作流程。1.2 蒸汽輪機、燃氣輪機、發(fā)電機1.2.1 鍋爐

9、1.2.1.1 鍋爐的工作過程鍋爐的主要作用是將在爐內(nèi)燃燒放出的熱量，通過適當布置的受熱面?zhèn)鬟f給水，使水蒸發(fā)產(chǎn)生滿足工藝參數(shù)需要的蒸汽。簡言之，鍋爐設備的工作過程主要包括燃料的燃燒、熱量的傳遞、水的加熱、蒸發(fā)、過熱等幾個過程。鍋爐的過程可分為兩個系統(tǒng)的工作：燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。燃燒系統(tǒng)工作流程汽水系統(tǒng)工作流程1.2.1.2 鍋爐運行的經(jīng)濟指標（1）鍋爐效率（2）鍋爐凈效率1.2.2 蒸汽輪機汽輪機是能將蒸汽熱能轉化為機械功的外燃回轉式機械，來自鍋爐的蒸汽進入汽輪機后，依次經(jīng)過一系列環(huán)形配置的噴嘴和動葉，將蒸汽的熱能轉化為汽輪機轉子旋轉的機械能。“級”是汽輪機中最基本的工作單元。在結構上它是由靜

10、葉（噴嘴）和對應的動葉所組成；一列固定的噴嘴和與它配合的動葉片構成了汽輪機的基本作功單元，稱為汽輪機的級。圖1-13 汽輪機級1.2.2.1 多級汽輪機工作過程及特點從汽輪機的內(nèi)功率方程式（）來分析，為了提高汽輪機的功率，即必須增加汽輪機的進汽量qm和蒸汽理想焓降。從經(jīng)濟和安全兩方面考慮，主要的辦法就是采用多級汽輪機。1.2.2.2 多級汽輪機通流部分計算（1）主要參數(shù)的選擇汽輪機設計涉及的主要參數(shù)是汽輪機容量，蒸汽初、終參數(shù)和轉速，可以通過分析和參照系列標準確定。（2）凝汽式汽輪機設計a.擬定近似的熱力過程線b.通流部分選型及壓力級級數(shù)確定1.2.2.3 關鍵參數(shù)對設計過程的影響以某汽輪機組

11、為例，簡要論述一下關鍵的結構參數(shù)對設計過程的影響。圖1-17是轉子直徑對透平級數(shù)和輪周效率、轉速對平均焓降和級數(shù)的影響。1.2.3 燃氣輪機1.2.3.1 燃氣輪機工作原理燃氣輪機裝置是一種比較新型的動力裝置。最簡單的燃氣輪機裝置包括三個主要部件：壓氣機、燃氣輪機和燃燒室，圖1-18是其流程示意圖?？諝夂腿剂戏謩e經(jīng)壓氣機與泵增壓后送入燃燒室，在其中燃料與空氣混合并燃燒，釋放出熱能。燃燒所產(chǎn)生的燃氣吸熱后溫度升高，然后流入燃氣輪機邊膨脹邊作功，作功后的氣體排向大氣并向大氣放熱。重復上述升壓、吸熱、膨脹與放熱過程，連續(xù)不斷地將燃料的化學能轉換成熱能，進而轉換成機械能。1壓氣機；2燃燒室；3透平；4

12、負荷圖1-18 開式循環(huán)燃氣輪機工作原理圖1.2.3.2 軸流式壓氣機1.2.3.3 環(huán)管型燃燒室1.2.3.4 軸流式渦輪1.2.3.5 環(huán)管型燃燒室燃氣輪機1.2.4 發(fā)電機課程所介紹汽輪發(fā)電機，是由蒸汽輪機或燃氣輪機推動的發(fā)電機。發(fā)電機主要由轉子與定子組成，由于汽輪機的轉速很高，故汽輪發(fā)電機的轉子是兩極的，額定轉速每分鐘3000轉，輸出50赫茲的三相交流電。1.2.5 小結本小節(jié)介紹了幾類典型能源裝備的結構和工作原理：鍋爐、蒸汽輪機、燃氣輪機、發(fā)電機。思考題1 典型能源裝備的故障形式有哪些？1）磨損性故障由于運動部件磨損，在某一時刻超過極限值所引起的故障。所謂磨損是指機械在工作過程中，互

13、相接觸做相互運動的對偶表面，在摩擦作用下發(fā)生尺寸、形狀和表面質(zhì)量變化的現(xiàn)象。按其形成機理又分為粘附磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損、微振磨損等4種類型。2）腐蝕性故障按腐蝕機理不同又可分化學腐蝕、電化學腐蝕和物理腐蝕3類?；瘜W腐蝕：金屬和周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學反應所造成的腐蝕。反應過程中沒有電流產(chǎn)生。電化學腐蝕：金屬與電介質(zhì)溶液發(fā)生電化學反應所造成的腐蝕。反應過程中有電流產(chǎn)生。物理腐蝕：金屬與熔融鹽、熔堿、液態(tài)金屬相接觸，使金屬某一區(qū)域不斷熔解，另一區(qū)域不斷形成的物質(zhì)轉移現(xiàn)象，即物理腐蝕。在實際生產(chǎn)中，常以金屬腐蝕不同形式來分類。常見的有8種腐蝕形式，即均勻腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、小孔腐蝕、晶間腐

14、蝕、選擇性腐蝕、磨損性腐蝕、應力腐蝕。3）斷裂性故障可分脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂、塑性斷裂等。脆性斷裂：可由于材料性質(zhì)不均勻引起；或由于加工工藝處理不當所引起（如在鍛、鑄、焊、磨、熱處理等工藝過程中處理不當，就容易產(chǎn)生脆性斷裂）；也可由于惡劣環(huán)境所引起；如溫度過低，使材料的機械性能降低，主要是指沖擊韌性降低，因此低溫容器（-20以下）必須選用沖擊值大于一定值的材料。再如放射線輻射也能引起材料脆化，從而引起脆性斷裂。疲勞斷裂：由于熱疲勞（如高溫疲勞等）、機械疲勞（又分為彎曲疲勞、扭轉疲勞、接觸疲勞、復合載荷疲勞等）以及復雜環(huán)境下的疲勞等各種綜合因素共同作用所引起的斷裂。應力腐蝕斷裂：一個

15、有熱應力、焊接應力、殘余應力或其他外加拉應力的設備，如果同時存在與金屬材料相匹配的腐蝕介質(zhì)，則將使材料產(chǎn)生裂紋，并以顯著速度發(fā)展的一種開裂。如不銹鋼在氯化物介質(zhì)中的開裂，黃銅在含氨介質(zhì)中的開裂，都是應力腐蝕斷裂。又如所謂氫脆和堿脆現(xiàn)象造成的破壞，也是應力腐蝕斷裂。塑性斷裂：塑性斷裂是由過載斷裂和撞擊斷裂所引起。故障曲線a)早期失效期：表明產(chǎn)品在開始使用時,失效率很高,但隨著產(chǎn)品工作時間的增加,失效率迅速降低,這一階段失效的原因大多是由于設計、原材料和制造過程中的缺陷造成的。b)偶然失效期：這一階段的特點是失效率較低，且較穩(wěn)定，往往可近似看作常數(shù)，產(chǎn)品可靠性指標所描述的就是這個時期，這一時期是產(chǎn)

16、品的良好使用階段, 偶然失效主要原因是質(zhì)量缺陷、材料弱點、環(huán)境和使用不當?shù)纫蛩匾餭)耗損失效期：該階段的失效率隨時間的延長而急速增加, 主要由磨損、疲勞、老化和耗損等原因造成。故障曲線思考題2 所講能源裝備是大型的，那么微型？微型燃氣輪機（Microturbine或Micro-turbines）是一類新近發(fā)展起來的小型熱力發(fā)動機，其單機功率范圍為25300 kW，基本技術特征是采用徑流式葉輪機械（向心式透平和離心式壓氣機）以及回熱循環(huán)。據(jù)認為，微型燃氣輪機發(fā)電技術有可能掀起“ 電源小型分散化”的技術革新熱潮，從而成為21世紀能源技術的主流。先進微型燃氣輪機具有多臺集成擴容、多燃料、低燃料消耗

17、率、低噪音、低排放、低振動、低維修率、可遙控和診斷等一系列先進技術特征，除了分布式發(fā)電外，還可用于備用電站、熱電聯(lián)產(chǎn)、并網(wǎng)發(fā)電、尖峰負荷發(fā)電等，是提供清潔、可靠、高質(zhì)量、多用途、小型分布式發(fā)電及熱電聯(lián)供的最佳方式，無論對中心城市還是遠郊農(nóng)村甚至邊遠地區(qū)均能適用。此外，微型燃氣輪機在民用交通運輸（混合動力汽車）以及軍車以及陸海邊防方面均具有優(yōu)勢，受到美、俄等軍事大國的關注，因此，從國家安全看發(fā)展微型燃氣輪機也是非常重要的。1.3 關鍵功能部件1.3.1 葉片1.3.1.1 葉片設計與制造的發(fā)展現(xiàn)狀葉片一直是制約國產(chǎn)重型燃氣輪機、蒸汽輪機發(fā)展的最大障礙之一。開發(fā)大功率機組的關鍵之一就是要有排汽面積

18、大，更長的末級葉片。長葉片直接決定了大功率汽輪機組的功率等級與經(jīng)濟性水平。新型長葉片的研制歷來是電站動力設備行業(yè)開發(fā)的重點。1.3.1.2 東汽-日立型1000MW機組末級葉片1.3.1.3 中國燃氣輪機葉片最新發(fā)展狀況單晶葉片。1.3.2 高端軸承1.3.2.1 高端軸承發(fā)展狀況高端軸承仍靠進口，國產(chǎn)化亟待加速。從軸承行業(yè)的進口構成分析，我國高端軸承的需求要靠進口來滿足，目前轎車、高鐵、風電、精密機床主軸配套軸承等高端軸承一直是中國軸承行業(yè)的軟肋，長期依靠進口。我國生產(chǎn)的軸承產(chǎn)品在性能與價格比、高精度、低噪音、長壽命與高可靠性等方面與國外知名企業(yè)存在著較大的差距，國產(chǎn)化亟待加速。目前我國高鐵

19、軸承仍然全部依靠進口。國內(nèi)目前沒有廠商擁有生產(chǎn)高鐵軸承的產(chǎn)品。對于高鐵軸承遲遲未攻克的技術難題，主要需要對以下幾個方面進行反復試驗和改良：1）提高軸承高速運行下壽命可靠度；2）改良軸承的材質(zhì)，如考慮是否套圈和滾子采用低含氧量的真空脫氣鋼；3）開發(fā)新結構軸承； 4）設計高鐵軸承的專用潤滑脂，延長使用壽命；5）學習國外流行的大型工程塑料保持架。1.5MW風電機組是目前國內(nèi)風電行業(yè)的市場主流且產(chǎn)能過剩。中國的特大型風電軸承仍然主要依賴進口。風電軸承的關鍵技術攻關難點主要有：1）設計與分析；2）材料；3）防腐蝕與密封；4）偏航和變槳軸承的特殊游隙要求；5）偏航和變槳軸承滾道的磨削加工；6）主軸軸承和變

20、速器軸承的高精度加工。機床軸承與國外的差距：國外電主軸低速段的輸出扭矩最大可達 1000N·m ，而我國目前僅在 300N·m 以內(nèi)。在高轉速方面，國外用于加工中心的電主軸轉速已達 75000r/min，我國則多在 30000r/min 以內(nèi)。其他配套技術也有較大差距，如主軸電機矢量控制、交流伺服控制技術、精確定向技術、快速啟動、停止等。在產(chǎn)品的品種、規(guī)格、數(shù)量和制造規(guī)模等方面，國產(chǎn)電主軸仍然處于小量研發(fā)試制階段，沒有形成系列化、專業(yè)化，遠不能滿足國內(nèi)數(shù)控機床和加工中心發(fā)展的需求。1.3.3 汽封系統(tǒng)由于透平機械如汽輪發(fā)電機組、壓縮機及大型鍋爐給水泵等向著大功率、多級、高壓

21、、高轉速方向發(fā)展，特別是大型汽輪發(fā)電機組的設計從亞臨界走向超臨界甚至超超臨界，機組的穩(wěn)定性問題十分關鍵。迷宮密封作為透平機械常用的密封形式，其產(chǎn)生的氣流激振力是影響機組穩(wěn)定性的主要激勵源之一。 基于整體流動理論的控制體模型提出以來一直是迷宮密封動特性研究的主要方法，采用兩控制體模型計算迷宮密封轉子動特性系數(shù)是比較全面和行之有效的，密封齒在靜子上時的密封腔室結構以及采用幾何邊界法劃分的兩控制體模型如圖1-29所示。圖1-29 迷宮密封腔室結構簡圖思考題 除了葉片、軸承、密封等，關鍵功能部件還有那些？汽缸汽缸是汽輪機的外殼，其作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，形成封閉的汽室，保證蒸汽在汽輪機內(nèi)部

22、完成能量的轉換過程，汽缸內(nèi)安裝著噴嘴室、隔板、隔板套等零部件；汽缸外連接著進汽、排汽、抽汽等管道。轉子套裝轉子：葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件都是分別加工后，熱套在階梯型主軸上的。各部件與主軸之間采用過盈配合，以防止葉輪等因離心力及溫差作用引起松動，并用鍵傳遞力矩。中低壓汽輪機的轉子和高壓汽輪機的低壓轉子常采用套裝結構。套裝轉子在高溫下，葉輪與主軸易發(fā)生松動。所以不宜作為高溫汽輪機的高壓轉子。整鍛轉子：葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件與主軸是由一整鍛件削而成，無熱套部分，這解決了高溫下葉輪與軸連接容易松動的問題。這種轉子常用于大型汽輪機的高、中壓轉子。結構緊湊，對啟動和變工況適應性強，宜于高溫下運行，轉

23、子剛性好，但是鍛件大，加工工藝要求高，加工周期長，大鍛件質(zhì)量難以保證。焊接轉子：汽輪機低壓轉子質(zhì)量大，承受的離心力大，采用套裝轉子時葉輪內(nèi)孔在運行時將發(fā)生較大的彈性形變，因而需要設計較大的裝配過盈量，但這會引起很大的裝配應力，若采用整鍛轉子，質(zhì)量難以保證，所以采用分段鍛造、焊接組合的焊接轉子。它主要由若干個葉輪與端軸拼合焊接而成。焊接轉子質(zhì)量輕，鍛件小，結構緊湊，承載能力高，與尺寸相同、有中心孔的整鍛轉子相比，焊接轉子強度高、剛性好，質(zhì)量輕，但對焊接性能要求高，這種轉子的應用受焊接工藝及檢驗方法和材料種類的限制。組合轉子：由整鍛結構套裝結構組合而成，兼有兩種轉子的優(yōu)點。聯(lián)軸器聯(lián)軸器用來連接汽輪

24、機各個轉子以及發(fā)電機轉子，并將汽輪機的扭矩傳給發(fā)電機?，F(xiàn)代汽輪機常用的聯(lián)軸器常用三種形式：剛性聯(lián)軸器，半撓性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器：這種聯(lián)軸器結構簡單，尺寸??；工作不需要潤滑，沒有噪聲；但是傳遞振動和軸向位移，對中性要求高。半撓性聯(lián)軸器：右側聯(lián)軸器與主軸鍛成一體，而左側聯(lián)軸器用熱套加雙鍵套裝在相對的軸端上。兩對輪之間用波形半撓性套筒連接起來，并以配合兩螺栓堅固。波形套筒在扭轉方向是剛性的，在變曲方向剛是撓性的。這種聯(lián)軸器主要用于汽輪機發(fā)電機之間，補償軸承之間抽真空、溫差、充氫引起的標高差，可減少振動的相互干擾，對中要求低，常用于中等容量機組。撓性聯(lián)軸器：撓性聯(lián)軸器通常有兩種形式，齒輪式

25、和蛇形彈簧式。這種聯(lián)軸器，可以減弱或消除振動的傳遞。對中性要求不高，但是運行過程中需要潤滑，并且制作復雜，成本較高。1.4 本章小結本章主要介紹了能源裝備的概況： （1）我國能源情況，火力、水力、風力核能發(fā)電站的工作流程及典型裝備； （2）介紹了鍋爐、蒸汽輪機、燃氣輪機、發(fā)電機等典型裝備的結構和工作原理； （3）介紹了高溫葉片、高端軸承、密封等關鍵功能部件。第2章 動力裝備設計與制造概況2.1 汽車、艦船、石化、空天2.1.1 汽車2.1.1.1 汽車概述汽車一般由發(fā)動機、底盤、車身和電氣設備等四個基本部分組成。（1）汽車發(fā)動機：發(fā)動機是汽車的動力裝置，由2大機構5大系組成：曲柄連桿機構、配氣

26、機構、冷卻系、燃料供給系、潤滑系、點火系、起動系組成，但是柴油機比汽油機少一個點火系統(tǒng)。（2）汽車底盤（3）汽車車身（4）電氣設備汽車的分類方式很多，按動力裝置類型可分為如下四種：a.內(nèi)燃機汽車b.電動汽車c.噴氣式汽車d.其他：蒸汽機汽車、太陽能汽車等2.1.1.2 汽車設計制造汽車設計的內(nèi)容包括整車總體設計、總成設計和零件設計。汽車設計的特點和要求零件標準化、部件通用化和產(chǎn)品系列化。汽車設計的全過程包括：（1）制定產(chǎn)品開發(fā)計劃；（2）初步設計，初步設計又包括汽車總布置設計總布置設計、效果圖、制作縮小比例模型、召開選型討論會等；（3）技術設計，包括確定汽車造型和汽車結構。2.1.2 艦船2.

27、1.2.1 艦船概述組成 艦船是由許多部分構成的，按各部分的作用和用途，可綜合歸納為船體、艦船動力裝置、艦船舾裝等三大部分。艦船動力裝置包括：推進裝置主機經(jīng)減速裝置、傳動軸系以驅(qū)動推進器(螺旋槳是主要的型式)；為推進裝置的運行服務的輔助機械設備和系統(tǒng)；艦船電站；其他輔助機械和設備。通常把主機(及鍋爐)以外的機械統(tǒng)稱為輔機。2.1.2.2 艦船設計制造船體制造是將船用鋼材制成船舶殼體的生產(chǎn)過程。從生產(chǎn)的順序來劃分，船體制造包括3個步驟：（1）將原材料制成船體零件；（2）將零件組裝成部件或進而再組裝成分段和總段；（3）將零、部件或分、總段總裝成船體。2.1.3 石化2.1.3.1 石化概述石油化工

28、機械涵蓋主要是兩大類。一部分是容器類，包括各種壓力容器、塔器、反應器、換熱器等；一部分是機器類，包括各類壓縮機、離心機、風機、泵類等。2.1.3.2 石化機械設計制造石化機械種類繁多，設計的步驟與其他機械類似，大體也可分為初步設計、詳細設計、生產(chǎn)設計和完工文件四個階段。2.1.3.3 石化機械行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀2.1.3.4 煉油的過程2.1.4 空天2.1.4.1 空天概述空天是航空航天的合稱，航空航天指飛行器在地球大氣層中和太空的航行活動的總過程。2.1.4.2 中國的航空航天工業(yè)2.1.4.3 國內(nèi)外著名戰(zhàn)斗機2.1.4.4 國產(chǎn)大型運輸機2.1.4.5 全球最著名的私人飛機品牌2.1.5 小

29、結介紹了汽車、艦船、石化、空天的基本情況和設計制造注意點。思考題 我國艦船建造已頗具規(guī)模，你認為短板何在？從最早五六十年代到七十年代，我們的驅(qū)逐艦主要是以反艦能力為核心，那時候?qū)W艦艇設計最基本的一點是一個目標艦，反艦導彈的數(shù)量要能保證一次齊射能夠?qū)崿F(xiàn)飽和攻擊擊沉對方，其他防空和反潛能力都是為了保障反艦能力能夠進入到發(fā)射陣位。到八九十年代以后，我們核心的作戰(zhàn)能力發(fā)生了變化，變?yōu)橐苑揽諡橹髁?，于是出現(xiàn)了“中華神盾”、052C、052D，因為這個時代要保證中型水面艦艇有足夠的戰(zhàn)場生存能力。沒有強的區(qū)域防空能力、近程防空能力、多層的防空網(wǎng)，是活不下來的。今天，這個問題我們已經(jīng)解決，國防白皮書明確指出海

30、軍的戰(zhàn)略是近海防御遠海護衛(wèi)，中型水面艦艇就是要完成遠海護衛(wèi)的任務。反艦對我們來說已不成問題，空中的威脅隨著052C、052D的入役，我們在艦載防空技術方面有了長足的進步，也足以抵御那種飽和性的空中打擊。我們看到美國的削減朱姆沃爾特級艦艇的同時在大量的生產(chǎn)弗吉尼亞級核潛艇，而我們周邊的國家也在大力發(fā)展先進的常規(guī)動力攻擊型潛艇。從這個角度來看，我們未來可能更多的面臨水下的威脅，目前情況看反潛能力相對是我們的短板，因此來看，未來中國中型水面艦艇的設計應更加注重反潛能力。2.2 汽油和柴油發(fā)動機、艦船常規(guī)動力和核動力、火箭發(fā)動機2.2.1 汽油和柴油發(fā)動機2.2.1.1 內(nèi)燃機內(nèi)燃機是將液體或氣體燃料

31、與空氣混合后，直接輸入汽缸內(nèi)部的高壓燃燒室燃燒爆發(fā)產(chǎn)生動力。這也是將熱能轉化為機械能的一種熱機。內(nèi)燃機具有體積小、質(zhì)量小、便于移動、熱效率高、起動性能好的特點。但是內(nèi)燃機一般使用石油燃料，同時排出的廢氣中含有害氣體的成分較高。內(nèi)燃機是一種由許多機構和系統(tǒng)組成的復雜機器。主要包括以下幾部分：曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點火系統(tǒng)等，圖2-7為上述部分結構和系統(tǒng)的圖。 (a)曲柄連桿機構 (b)配氣機構 (c)冷卻系統(tǒng) (d)點火系統(tǒng)圖2-7 內(nèi)燃機的部分組成結構和系統(tǒng)內(nèi)燃機的工作循環(huán)由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外作功的過程，其他

32、過程都是為更好地實現(xiàn)作功過程而需要的過程。按實現(xiàn)一個工作循環(huán)的行程數(shù)，工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程兩類。四沖程是指在進氣、壓縮、做功（膨脹）和排氣四個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)，此間曲軸旋轉兩圈。二沖程是指在兩個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)，此期間曲軸旋轉一圈。內(nèi)燃機的平均機械損失壓力pmm:發(fā)動機單位氣缸工作容積一個循環(huán)所損失的功。可以用來衡量機械損失的大小。機械損失的組成：（1）活塞與活塞環(huán)的摩擦損失：占摩擦損失的主要部分，約為：45-65%（2）軸承與氣門機構的摩擦損失（3）驅(qū)動附屬機構的功率消耗（4）流體摩擦損失（5）驅(qū)動掃氣泵及增壓器的損失2.2.1.2 汽油發(fā)動機汽油發(fā)動機，是以汽油作為燃料

33、的內(nèi)燃機。按燃料供給方式的不同，汽油發(fā)動機又可分為化油器式及噴射式兩大類。汽油機的缺點是熱效率低于柴油機，油耗較高，點火系統(tǒng)比柴油機復雜，可靠性和維修的方便性也不如柴油機。2.2.1.3 柴油發(fā)動機柴油發(fā)動機，是以柴油作為燃料的內(nèi)燃機。柴油發(fā)動機的優(yōu)點是功率大、經(jīng)濟性能好。柴油發(fā)動機的工作過程與汽油發(fā)動機有許多相同的地方，每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，柴油發(fā)動機氣缸中的混合氣是壓燃的，而不是點燃的。柴油機在節(jié)能與二氧化碳排放方面的優(yōu)勢，則是包括汽油機在內(nèi)的所有熱力發(fā)動機都無法取代的。2.2.1.4

34、 汽油發(fā)動機與柴油發(fā)動機對比汽油發(fā)動機一般為點燃式，而柴油機為壓燃式。柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機相比熱效率高30%。2.2.2 艦船常規(guī)動力和核動力船用動力裝置按其使用的能源不同一般分為兩大類：一類為應用常規(guī)能源（如煤、油等）作為動力的稱為常規(guī)動力裝置，另一類應用核能作為動力的稱為核動力裝置。2.2.2.1 艦船常規(guī)動力（1）船用蒸汽動力裝置（2）船用柴油動力裝置（3）船用燃氣輪機動力裝置2.2.2.2 艦船核動力利用核裂變產(chǎn)生能源的動力裝置稱為核動力裝置，核動力裝置的核心是核反應堆。船用核動力裝置的特點是速度快、續(xù)航力大、核燃料的裝載質(zhì)量少、機動性強。船用核動力裝置（水壓型）一般由反應堆、一回路

35、系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、推進軸系幾大部分組成。2.2.3 火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機就是利用沖量原理，自帶推進劑、不依賴外界空氣的噴氣發(fā)動機?；鸺l(fā)動機的特點是不僅可以自帶燃燒劑，而且自帶氧化劑，既能在大氣層內(nèi)工作，也可在大氣層外的真空工作。因此可作為火箭、導彈和航天器飛行的主要動力。按加速工作介質(zhì)的能源不同，火箭發(fā)動機可分為化學能火箭發(fā)動機和非化學能火箭發(fā)動機。2.2.3.1 火箭發(fā)動機的主要性能參數(shù)（1）推力（2）沖量和總沖（3）比沖（4）真空比沖（5）節(jié)流（6）能量效率2.2.3.2 液體火箭發(fā)動機（1）單組元液體火箭發(fā)動機（2）雙組元液體火箭發(fā)動機2.2.3.3 固體火箭發(fā)動機固體火箭發(fā)

36、動機主要由藥柱、燃燒室、噴管組件組。2.2.3.4 固液混合火箭發(fā)動機固液火箭發(fā)動機是使用固體組元和液體組元組合推進劑的火箭發(fā)動機。固液混合發(fā)動機，多采用固體的燃燒劑和液體的氧化劑。固體藥柱填充在燃燒室，液體氧化劑貯存在貯存箱內(nèi)。2.2.4 小結介紹了內(nèi)燃機、艦船動力裝置和火箭發(fā)動機。思考題1 汽油機和柴油機的優(yōu)劣汽油發(fā)動機是以汽油作為燃料的發(fā)動機。由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸，經(jīng)過壓縮達到一定的溫度和壓力后，用火花塞點燃，使氣體膨脹做功。汽油機的特點是轉速高，結構簡單，質(zhì)量輕，造價低廉， 運轉平穩(wěn)。與柴油發(fā)動機相比，汽油機具有噪聲低，運轉平順、冬季易于啟動、發(fā)動機

37、有效轉速范圍大（1000-7000rpm）、響應速度快等特點。汽油機的缺點是熱效率低于柴油機，油耗較高，點火系統(tǒng)比柴油機復雜，可靠性和維修的方便性也不如柴油機。柴油發(fā)動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機。它是由德國發(fā)明家魯?shù)婪?#183;狄塞爾（RudolfDiesel）于1892年發(fā)明的，為了紀念這位發(fā)明家，柴油就是用他的姓Diesel來表示。柴油發(fā)動機的工作過程與汽油發(fā)動機有許多相同的地方，每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。不同之處主要是，柴油發(fā)動機氣

38、缸中的混合氣是壓燃的，而不是點燃的。與汽油發(fā)動機相比，柴油機具有燃油經(jīng)濟性好、尾氣中氮氧化合物較低、低速大扭矩等特點，因其出色的環(huán)保特性而被歐系車推崇，而對于平順性、噪聲等缺點，在歐洲先進汽車工業(yè)下，已不是什么難題，當前柴油機性能和工況已經(jīng)和汽油機相差無幾。思考題2 國產(chǎn)航母的前景和障礙據(jù)國防部發(fā)言人楊宇軍介紹第二艘航母完全由我國自主開展設計，正在大連進行建造，排水量約為5萬噸級，采用常規(guī)動力裝置；搭載國產(chǎn)殲-15飛機和其它型號艦載機，固定翼飛機采用滑躍起飛方式；艦上將配有滿足任務需要的各型設備。第二艘航母的設計和建造吸收了“遼寧艦”科研試驗和訓練的有益經(jīng)驗，在許多方面將有新的改進和提高。但這

39、艘航母可能仍然不會代表中國航母長遠的發(fā)展方向，那么未來的中國航母應該具有何種特征呢？首先，它最應該安裝彈射器，考慮到未來艦艇技術的發(fā)展方向，應該優(yōu)先考慮采用電磁彈射器。其次，中國未來航母應考慮使用核動力，可以預見，未來中國可能會堅持發(fā)展排水量5-7萬噸的航母，這種噸位的航母，采用核動力雖然在建造成本上會高于常規(guī)動力設計，但全壽命期成本卻很可能較低。最后，中國未來航母應該強調(diào)攻擊作戰(zhàn)能力，不應再沿著防空+反潛航母的路子發(fā)展，庫茲涅佐夫的艦載機搭載構成已經(jīng)飽受批評，因為它既不足以滿足反潛戰(zhàn)需要，也會影響防空作戰(zhàn)的性能。我們不直接上更大噸位的航母、不上核動力、不上彈射起飛，主要應該是三方面原因：一、

40、戰(zhàn)略上急需成軍并形成戰(zhàn)斗力。鑒于我國當前地緣戰(zhàn)略壓力和維護海洋安全的需要，我們需要航母建成后立刻能形成戰(zhàn)斗力，這就意味著新造航母應與遼寧艦各方面有很大相似之處才可以。這樣，當新航母建造好后，在遼寧艦上已經(jīng)獲得充分訓練的裝備、人員即可直接移到新航母上，如此我國可在最短的時間內(nèi)形成兩艘航母的戰(zhàn)斗力。如此短的時間里，形成兩艘航母的戰(zhàn)斗力，這對我國當前海上安全和地緣戰(zhàn)略有很重要的現(xiàn)實意義。二、彈射起飛技術要求高蒸汽彈射的相關技術我國是否完全掌握不得而知，雖然根據(jù)報道稱我國電磁彈射已研發(fā)成功，但我國還沒有航母核動力裝置，根據(jù)相關報道雖已立項，但距研發(fā)出來投入使用恐怕仍需較長時間。在這種情況下，上蒸汽彈射

41、恐怕也不是那么穩(wěn)妥。三、中國需要積累建造航母的經(jīng)驗。中國以前沒有造過航母，我國無論是在建造技術、能力方面都需要技術積累，我們有遼寧艦的圖紙，再加上多年的研究，顯然建造與遼寧艦類似的航母能更快、更好地建成，技術難度不會很大。但要重新設計一款彈射起飛的航母，其研發(fā)和建造時間一定會非常長，但現(xiàn)實是我們等不起。于是，我們就一邊建設容易建設的小噸位滑躍起飛航母，一邊再繼續(xù)研發(fā)大型彈射起飛航母的同時，積累建造經(jīng)驗。2.3 關鍵功能部件2.3.1 軸承軸承是在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的部件。軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類。2.3.1.1 滑動軸承的特點及結構軸被軸承支承的部分稱為軸頸，與軸頸

42、相配的零件稱為軸瓦。2.3.1.2 滑動軸承的分類 (1)按能承受載荷的方向可分為徑向（向心）滑動軸承和推力（軸向）滑動軸承兩類。(2)按潤滑劑種類可分為油潤滑軸承、脂潤滑軸承、水潤滑軸承、氣體軸承、固體潤滑軸承、磁流體軸承和電磁軸承7類。(3)按潤滑膜厚度可分為薄膜潤滑軸承和厚膜潤滑軸承兩類。(4)按軸瓦材料可分為青銅軸承、鑄鐵軸承、塑料軸承、寶石軸承、粉末冶金軸承、自潤滑軸承和含油軸承等。(5)按軸瓦結構可分為圓軸承、橢圓軸承、三油葉軸承、階梯面軸承、可傾瓦軸承和箔軸承等。2.3.1.3 滑動軸承的材料1）金屬材料，如軸承合金、青銅、鋁基合金、鋅基合金等；2）多孔質(zhì)金屬材料（粉末冶金材料）

43、；3）非金屬材料。2.3.1.4 滑動軸承失效瓦面腐蝕、軸頸表面腐蝕、軸頸表面拉傷、瓦背微動磨損、軸承表面拉傷、瓦面剝落、軸承燒瓦、軸承磨損。2.3.1.5 軸瓦的結構2.3.1.6 滑動軸承發(fā)展趨勢空天領域主要是火箭發(fā)動機渦輪泵用軸承，主要工況環(huán)境為超低溫（接近-253）、高轉速（7-10萬轉）；對性能的要求是高精度、長壽命、高可靠性；在產(chǎn)品上，國內(nèi)主要是高端滾動軸承，而滑動軸承是火箭發(fā)動機軸承未來發(fā)展的一個趨勢，美國已經(jīng)將動靜壓軸承進行研究、有產(chǎn)品并上天了，對象基本是中等載荷、中等推力的發(fā)動機。我國對于液體火箭發(fā)動機渦輪泵用的高速滑動軸承上天還沒有明確的日程表，但航天六院和西安交大有過合作

44、研究，潤滑介質(zhì)主要是低粘度的液氫液氧。作為未來發(fā)展趨勢之一的高速動靜壓軸承，我國必須做技術儲備。對于軍事及民用航空飛機的環(huán)控系統(tǒng)高速空氣透平、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等空間飛行器的發(fā)動機或透平原動機，風洞用的動導天平氣體軸承，現(xiàn)幾乎全部采用氣體軸承支承，為飛機、導彈及各類飛行器的氣動性能研究提供了可靠保證。所以，隨著國防工業(yè)的發(fā)展，應用于航空航天領域的滑動軸承等高端軸承的技術儲備必須抓緊。預計未來幾年，我國氣浮軸承產(chǎn)品市場將實現(xiàn)加速增長，2016年行業(yè)總供給量有望突破500萬套。高速精密機床主軸軸承高檔數(shù)控機床產(chǎn)品性能的核心是由高速機床動靜壓主軸系統(tǒng)等功能部件決定的，高速主軸單元的類型主要有電主軸、

45、氣動主軸等，兩者原理和結構差異較大，應用的范圍也不盡相同。液體動靜壓軸承兼具了動壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點，誤差均勻化和抗震性能夠保證主軸高精度和平穩(wěn)運轉，壽命長，在電主軸方面有較大的應用潛力。國內(nèi)精密機床主軸用軸承的發(fā)展趨勢是轉速大于12000 r/min，功率大于20kW，回轉精度小于1m，滾動軸承逐漸被動靜壓滑動軸承替代，潤滑介質(zhì)目前是潤滑油，由于高速、高精度、低噪聲的發(fā)展趨勢，具有低粘度、環(huán)保性質(zhì)的水將成為未來潤滑介質(zhì)發(fā)展的方向之一。與電主軸相比，氣動主軸具有結構簡單，易維護，發(fā)熱小，不污染環(huán)境等特點。在高轉速、扭矩要求不高的實際應用中,具有較為明顯的優(yōu)勢。水電、火電等的發(fā)電機和汽輪機用軸

46、承大直徑、重載（比壓大于3.0MPa）滑動軸承是目前水電和火電用軸承的一個發(fā)展趨勢，我國擁有世界上最大的功率的核能發(fā)電機組的汽輪機軸承，但是是進口的。在大型重載軸承的設計技術方面，雖然我國取得了一些進展，但是整體水平離國外發(fā)達國家還有一定的差距，同時，軸承材料也是限制我國高端重載軸承發(fā)展的一個瓶頸。核主泵軸承核主泵軸承工作在高溫高壓、高輻射的極端工況環(huán)境下，軸承作為核主泵轉子的支承部件，其特殊的工況要求使其成為主泵設計的關鍵難點之一，我國只是單純的引進和購買，受制于外國企業(yè)。在核主泵軸承方面，我國只是在追趕，是一個新的課題，在核主泵軸承的設計技術、材料和工藝技術以及軸承系統(tǒng)試驗平臺建設等方面，

47、軸承的摩擦學性能和動力學性能研究以及軸承性能的監(jiān)測與預測技術等方面的研究都是一個長期的課題。風電領域風力發(fā)電機組中仍大多采用滾動軸承，但在偏航系統(tǒng)中，隨著風電機組的大型化，機艙的重量和傳遞到塔架的力矩增大，對滾動偏航軸承滾子的設計和制造要求越來越高，導致軸承的制造成本上升。因此，滑動偏航軸承應運而生，目前一些國際大型風力發(fā)電設備制造廠商已經(jīng)開始使用復合材料，并在設計中以滑動替代滾動，利用自潤滑，達到機艙轉動的流暢性，并保證其牢固性和耐磨性。艦船行業(yè)國產(chǎn)船用大功率低速柴油機零部件國產(chǎn)化配套率僅為5060%左右，與日本的95%以上、韓國的90%左右相差甚遠。作為核心配套的柴油機滑動軸承研發(fā)相對滯后

48、，國內(nèi)研發(fā)的產(chǎn)品使用壽命往往只有國外同類產(chǎn)品的1/31/2，而且部分產(chǎn)品依然依靠進口，制約了我國船舶柴油機水平的提高；燃氣輪機在航空發(fā)動機、艦船用主動力裝置、天然氣管道輸送等領域有著廣泛的應用空間，國內(nèi)目前所使用的燃氣輪機，大多數(shù)都為進口產(chǎn)品，建設國家級燃氣輪機的研發(fā)和制造水平，對推動國民經(jīng)濟建設和國防工業(yè)的發(fā)展具有積極的意義，也可帶動其它相關制造業(yè)，如材料冶金、高溫合金、精密鑄造等技術的發(fā)展。同時，實現(xiàn)燃氣輪機國產(chǎn)化更有利于維護國家能源戰(zhàn)略安全。我國當前正在發(fā)展的大直徑、高速（500010000r/min）船用燃氣輪機引發(fā)的軸承設計問題亟需解決。隨著生態(tài)意識的日益加強以及環(huán)境保護要求的提高，

49、特別是我國水中航行器（如船舶、潛艇、魚雷、滅雷具、水面戰(zhàn)艦）對水潤滑軸承振動、噪聲、可靠性、承載能力、剛度、精度和使用壽命等性能要求越來越苛刻，低噪聲、高可靠、長壽命、大尺寸、高比壓、超潤滑、高精度、高剛度、低能耗、智能化等問題仍有待解決。石油化工裝備領域典型的機器如離心機、風機、壓縮機，主要發(fā)展方向就是高速。目前國外的Waukesha、Kingsbury公司基本壟斷國內(nèi)高速軸承市場，陜鼓、沈鼓等風機制造商大部分直接從國外進口，預計2016年高速軸承產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到16億元，國內(nèi)的總體高速滑動軸承的技術遠遠落后于應用。主要技術難點是高速帶來的設計問題和材料問題，同時氣體流動帶來的軸系平衡所導致的

50、軸承部件的問題。2.3.1.7 高端軸承發(fā)展戰(zhàn)略建議研究開發(fā)體系建設；高端產(chǎn)品開發(fā)及關鍵技術攻關；發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展；國家政策法規(guī)建議。2.3.2 轉子轉子，由軸承支撐的旋轉體稱為轉子。2.3.2.1 轉子動力學的發(fā)展2.3.2.2 轉子動力學的研究范疇1）轉子-支承系統(tǒng)的臨界轉速計算；2）轉子不平衡的穩(wěn)態(tài)響應計算；3）轉子支承系統(tǒng)的穩(wěn)定性；4）殘余不平衡量計算與柔性轉子平衡技術；5）瞬態(tài)響應分析；6）橫向裂紋轉子動力特性分析2.3.2.3 轉子動力學的相關內(nèi)容2.3.3 小結介紹了軸承、轉子等關鍵功能部件。2.4 本章小結（1）汽車、艦船、石化、空天等行業(yè)的概況及相

51、關動力裝備的設計制造；（2）汽油和柴油發(fā)動機、艦船常規(guī)動力和核動力、火箭發(fā)動機等典型能源動力裝備的基本結構和工作原理；（3）關鍵零部件軸承基本結構、分類、材料、設計以及轉子的基本概念。第3章 加工工藝、機床和制造信息集成3.1 關鍵功能部件的金屬加工透平機械中關鍵的功能部件主要有高溫葉片、高速轉子，下面主要以透平機械的高溫葉片為對象，簡單論述一下葉片的加工工藝。3.1.1 高溫葉片3.1.1.1 葉片的毛坯制造3.1.1.2 葉片汽道型面的加工工藝3.1.1.3 新型材料葉片碳纖維/鈦合金復合材料葉片；金屬間化合物葉片。3.1.2 軸承3.1.2.1 滑動軸承巴氏合金軸瓦制造工藝有三種制造方式

52、：離心鑄造、電弧噴涂和超音速火焰噴涂，傳統(tǒng)的離心澆注工藝存在明顯不足，主要體現(xiàn)在澆注過程不易控制、晶粒大小分布不均、容易出現(xiàn)局部偏析和夾雜。因此發(fā)展了其他的巴氏合金制備方法。如電弧噴涂、低溫超音速火焰噴涂法。3.1.2.2 滾動軸承制造工藝3.1.3 汽輪機轉子汽輪機轉子按主軸與其它部分之間的組合方式，分為套裝、整鍛、焊接、組合等四大類。3.1.4 小結本小節(jié)主要介紹了透平機械高溫葉片、滑動軸承、滾動軸承和轉子的金屬加工過程。思考題1 我國高溫葉片的制造現(xiàn)狀我國在單晶高溫合金葉片方面有所突破。2008年上海市科委設立重大研究專項課題“高溫合金葉片制造技術研究”，針對當前國際上最先進的F級256

53、MW重型燃氣輪機渦輪高溫葉片開展技術研究和攻關，由上海大學為主承擔，在2012年通過專家驗收。什么是單晶葉片？單晶葉片：只有一個晶粒的鑄造葉片。 定向結晶葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行于應力軸方向，從而改善了合金的使用性能。什么是單向結晶？單向結晶就是所有的晶粒都是沿著一個方向生長的。只要讓一端先開始固化，另一端還是液體，這樣我們就有了有方向的熱通量，晶粒的生長以和熱通量的相反方向生長。 即先讓葉片的下面最先開始固化，并且保持上面液態(tài)，這樣熱通量就是從上到下的，于是晶粒就會從下往上生長了，于是單向結晶葉片就有了。單晶葉片是怎么做出來的呢？和單向結晶葉片的過程非常相似。只需

54、要在最下面加一個螺旋就好了。在固化的過程中，原子朝不同方向生長，加一個螺旋，就是消除這個方向。讓葉片的下面最先開始固化，并且保持上面液態(tài)，這樣熱通量又是從上到下的，于是晶粒就會從下往上生長了，由于固化需要通過這個螺旋管，晶粒就一個接一個被消滅，于是單晶葉片就有了。單晶葉片是用什么材料制成的呢？渦輪葉片是航空發(fā)動機的關鍵零件, 其承受溫度的能力是評價發(fā)動機性能和決定發(fā)動機壽命的重要因素，因此渦輪葉片的結構和材料的選用是提高航空發(fā)動機性能的關鍵。目前這些葉片均由耐高溫的高鎳合金制成。什么是高溫合金？高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在6001200下承受一定應力并具有抗氧化或抗腐蝕能力的一類金屬材料

55、。性能特點：高溫合金具有較高的高溫強度；良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能；良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性。組織特點：高溫合金為單一基體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用的可靠性。應用范圍：航空、艦艇和工業(yè)用燃氣輪機的渦輪葉片、導向葉片、渦輪盤、高壓壓氣機盤和燃燒室等高溫部件，航天飛行器、火箭發(fā)動機、核反應堆、石油化工設備以及煤轉化裝置。思考題2滑動軸承的制造難點按照高端軸承的要求，切削加工的尺寸精度和形狀精度正走向亞微米級，對加工裝備也提出了超精密的要求，表面完整性要求對切削、磨削工藝做深入的研究。滑動軸承的制造工藝難點主要有熱處理、機加工和澆鑄。熱處理滑動軸承熱處理直接關系著后續(xù)的加工質(zhì)

56、量，以致影響零件的使用性能及壽命。隨著主機的高速化、重載化，軸承的工作條件更加苛刻，對軸承的性能要求越來越高。縮小體積、減輕重量、增大承載能力，延長使用壽命、提高產(chǎn)品可靠性成為產(chǎn)品優(yōu)化設計的主要方向。目前，國產(chǎn)軸承的壽命和可靠性問題日益凸顯，這與熱處理工藝的質(zhì)量有很大關系。因此，開發(fā)新的熱處理技術、提高熱處理質(zhì)量已經(jīng)成為國內(nèi)外軸承企業(yè)共同關注的課題。機加工在滑動軸承生產(chǎn)過程中經(jīng)過熱處理的毛坯需要先后進行粗加工，半精加工和精加工。加工設備和檢測設備的精度直接決定了產(chǎn)品的精度。因此，提高滑動軸承的性能對高端軸承生產(chǎn)制造所需的高性能設備（如車床、鏜床、銑床、刨床等）和先進檢測設備有著迫切的需求。目前國內(nèi)滑動軸承生產(chǎn)企業(yè)在這些設備上相對落后，加快設備的改進和完善，提高設備的自動化、數(shù)字化程度，是提升國內(nèi)軸承廠家產(chǎn)品水平的重要發(fā)展方向。合金澆鑄滑動軸承在工作時由于軸頸與軸瓦的接觸會產(chǎn)生摩擦，容易導致表面發(fā)熱、磨損甚而“抱軸”，嚴重時會產(chǎn)生重大的安全事故。因此改善軸瓦表面的摩擦性能具有重要意義。目前常規(guī)的方法是在軸