船舶動力系統(tǒng)

船舶動力系統(tǒng)船舶燃氣輪機燃氣輪機燃氣輪機（GasTurbineEngine）：以燃氣為工質(zhì)，帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的內(nèi)燃式動力機械，是旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機工作原理：燃氣經(jīng)噴嘴膨脹，工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)化為動能；通過各級渦輪，動能轉(zhuǎn)化成機械能走馬燈是渦輪機(透平)的雛形發(fā)展歷史1939年，德成功研制第一臺航空渦輪噴氣發(fā)動機，瑞士研制成功第一臺工業(yè)發(fā)電用燃氣輪機。燃氣輪機進入實用階段，并迅速發(fā)展1941年瑞士制造的第一輛燃氣輪機機車通過了試驗1947年，英國制造的第一艘裝備燃氣輪機的艦艇下水，1.86兆瓦的燃氣輪機作動力1950年，英國制成第一輛燃氣輪機汽車最簡單的燃氣輪機裝置包括三個主要部件：壓氣機渦輪機（透平/燃氣輪機）燃燒室工作過程空氣

燃料點火燃燒，燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化成燃氣熱能高溫燃氣燃氣渦輪機，膨脹降壓加速（熱能動能）推動葉輪轉(zhuǎn)動，推動透平葉輪（動能機械能），帶動壓氣機一起旋轉(zhuǎn)剩余機械能輸出通常，渦輪機發(fā)出的2/3機械能驅(qū)動壓氣機，1/3機械能對外輸出壓氣機泵燃燒室燃氣輪機的分類按負(fù)荷情況上劃分重型：零件較為厚重，大修周期長，壽命可達10萬小時以上工業(yè)上用于拖動發(fā)電機組發(fā)電、機械驅(qū)動輕型：結(jié)構(gòu)緊湊而輕，所用材料一般較好，壽命較短飛機、艦船發(fā)動機（航機結(jié)構(gòu)最緊湊、最輕）從結(jié)構(gòu)上劃分單軸：壓氣機、渦輪機、負(fù)載共軸雙軸壓氣機與負(fù)載不共軸多軸單軸燃氣輪機，負(fù)載變化轉(zhuǎn)速變化，直接影響壓氣機轉(zhuǎn)速吸入壓氣機的空氣量發(fā)生變化嚴(yán)重，壓氣機喘振，發(fā)生事故高壓透平所作的功為壓氣機提供驅(qū)動力，動力透平的全部作功用于驅(qū)動負(fù)荷負(fù)荷設(shè)備與高壓透平機械地分開對起動的要求降低燃氣發(fā)生器動力渦輪系統(tǒng)負(fù)載變化不大時，一般選用單軸燃氣輪機（用于驅(qū)動發(fā)電機等速度變化不大的負(fù)荷）負(fù)荷變化較大時，可視具體情況選用雙軸或多軸燃氣輪機（船用）單軸布置船舶燃氣輪機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(yīng)急機動時開動輔助船舶燃氣輪機：驅(qū)動輔機（發(fā)電機、海水泵、風(fēng)機……）航空燃汽輪機的進排氣系統(tǒng)，是飛機框架和噴氣推進系統(tǒng)的一部分船用燃氣輪機裝置改進了航空燃機的進排氣系統(tǒng)，以適應(yīng)船用需要船舶燃氣輪機的循環(huán)是開式循環(huán)（從大氣中吸入新鮮空氣，把廢氣排向大氣）船舶燃氣輪機開式燃氣輪機結(jié)構(gòu)示意圖P57艦船推進用燃氣輪機裝置組成部分P58：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(tǒng)、滑油系統(tǒng)、傳動裝置、空氣冷卻系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)進氣濾清系統(tǒng)、通流清洗系統(tǒng)、抽氣通風(fēng)系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)……

燃氣初溫和壓氣機的壓縮比，是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素提高燃氣初溫，并相應(yīng)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燃燒室內(nèi)燃氣溫度2000℃左右經(jīng)部分壓縮空氣冷卻，工業(yè)和船用燃氣輪機的燃氣初溫最高達1200℃左右，航空燃氣輪機的超過1350℃效率達38％燃氣在渦輪中做功后，壓力接近大氣壓，排入大氣or循環(huán)利用新型的船用燃機裝置均為多軸結(jié)構(gòu)燃氣發(fā)生器：把壓氣機、燃燒室、高壓渦輪機看成一個整體；燃氣發(fā)生器產(chǎn)生具有一定壓力和溫度的燃氣；改變?nèi)紵页隹谌細鉁囟雀淖內(nèi)細獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速改變?nèi)細廨啓C的輸出功率動力渦輪：低壓燃氣渦輪機燃氣輪機的啟動：起動機（電動機或小功率的燃氣輪機）帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨立運行后，起動機脫開進入燃燒室的燃油用電火花塞或半導(dǎo)體高能電嘴引燃船舶燃氣輪機循環(huán)型式簡單開式循環(huán)：由一個壓縮過程、一個加熱過程、一個膨脹過程、一個冷卻過程所組成的循環(huán)1壓氣機，2燃燒室，3高壓渦輪4動力渦輪，5減速器，6螺旋槳雙軸機組：燃氣發(fā)生器單軸結(jié)構(gòu)，中小功率機組使用多總體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造方便典型代表：美GE公司LM2500功率：19853KW（27000PS）空氣流量：66KG/s，燃氣初溫：1170℃,排氣：504℃壓氣機出口空氣壓力：17kgf/cm2燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速：4950~9600rpm動力渦輪轉(zhuǎn)速：3600rpm三軸機組：燃氣發(fā)生器雙軸結(jié)構(gòu)高壓壓氣機，由高壓渦輪機帶動低壓壓氣機，由中壓渦輪機帶動動力渦輪帶動外界負(fù)荷三根軸轉(zhuǎn)速不同，有利于改善機組運行性能，增大單機功率1低壓壓氣機，2高壓壓氣機3燃燒室 4高壓渦輪5中壓渦輪6動力渦輪7減速器8螺旋槳中、大功率機組普遍采用典型代表LM5000功率達44740千瓦(6萬馬力)FT9(22060KW)美普拉特·惠特尼(P&W)公司

功率22060KW（30000PS）LM5000FT9復(fù)雜循環(huán)回?zé)釞C組：透平排氣溫度高，進入回?zé)崞?即換熱器)充當(dāng)熱媒，加熱壓氣機出口的空氣，空氣再進入燃燒室，提高熱效率采用回?zé)釙黾訖C器的質(zhì)（重）量和尺寸典型：美MS5002R-A(22059KW)燃氣輪機回?zé)崞髦虚g冷卻機組：壓縮過程中采用中間冷卻,可以減小高壓壓氣機的壓縮功，使單位流量工質(zhì)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(xiàn)代船舶燃氣輪機裝置結(jié)構(gòu)特點先進的船舶機組為單元體組合式結(jié)構(gòu)，便于檢修、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+……為了便于檢測機組內(nèi)部易損件運行情況，在壓氣機、燃燒室、渦輪機等有關(guān)部位開了許多檢測空，便于在不解體情況下進行檢查、照相、觀察箱裝體結(jié)構(gòu)，電子控制箱體，滑油調(diào)節(jié)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(xiàn)）P59LM2500LM-2500燃氣輪機TM3B燃氣輪機裝置的裝船方式單機單槳：一臺燃氣輪機機組+離合器+減速器+一螺旋槳；布置簡單、緊湊，機組在全工況范圍運行雙機單槳、雙機雙槳聯(lián)合裝置COGAG/COGOGCODAG/CODOGCOSAG，蒸-燃并列聯(lián)合裝置

COGAS，燃-蒸聯(lián)合循環(huán)裝置，廢氣鍋爐，裝置熱效率達40%以上燃氣輪機裝置的特點優(yōu)點：重量輕、尺寸小起動迅速運轉(zhuǎn)平穩(wěn)單元體組裝，便于維修更換，簡化保養(yǎng)工作滑油、冷卻水消耗量低缺點優(yōu)質(zhì)燃油低負(fù)荷經(jīng)濟性差，易產(chǎn)生失速、喘振需要龐大進、排氣道，消聲器、海鹽過濾器增大了裝置尺寸重量耗油率高于柴油機不能倒轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)向離合器or可調(diào)距槳）龐大的進排氣道影響船體結(jié)構(gòu)強度航空發(fā)動機活塞式發(fā)動機活塞式發(fā)動機活塞式發(fā)動機固有的缺陷功率與重量的矛盾

發(fā)動機功率與飛行速度的三次方成正比

發(fā)動機功率的增加，將導(dǎo)致發(fā)動機重量迅速增大（接近三次方關(guān)系）

螺旋槳的局限

接近音速時，導(dǎo)致螺旋槳工作不穩(wěn)定，推進效率急劇下降

“音障”的出現(xiàn)音障音障是一種物理現(xiàn)象，當(dāng)物