船舶動力裝置概論第十一次課第四章課件

1“小鷹”級全長323.6米，寬39.6米，吃水11.4米，標(biāo)準(zhǔn)排水量61174噸，滿載排水量為81780噸，艦上載航空燃油5882噸。主機(jī)為西屋公司的4臺蒸汽鍋爐，總功率28萬馬力，最大航速30節(jié)，續(xù)航力為12000海里/20節(jié)。第1艘“小鷹”號，CV－63，紐約造船廠建造，1956年12月27日開工，1960年5月21日下水，1961年4月49日服役。世界最早的航母本節(jié)課要點4.1船舶蒸汽鍋爐4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面3第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.1船舶蒸汽鍋爐5鍋爐由鍋爐本體，過熱器，經(jīng)濟(jì)器，空氣預(yù)熱器，燃燒裝置，通風(fēng)系統(tǒng)和其他輔助裝置組成。鍋爐本體由汽包（汽水分離器），水筒，沸水管，聯(lián)箱，水冷壁及爐膛等組成。一、鍋爐的基本組成將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽缓罄盟羝鳛楣べ|(zhì)，吸收熱能后在蒸汽輪機(jī)內(nèi)釋放部分熱能，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，而后推動螺旋槳工作。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.1船舶蒸汽鍋爐6在正常狀態(tài)下，一臺鍋爐每小時所能產(chǎn)生的蒸汽量稱為鍋爐的蒸發(fā)量。蒸發(fā)量用符號D表示，單位是t/h或kg/h。鍋爐壓力是指鍋爐向外提供蒸汽的表壓力，也稱為汽壓，單位為Pa。蒸汽溫度是指鍋爐提供的蒸汽的溫度。蒸汽溫度用符號t表示，常用單位是℃。蒸發(fā)量、蒸汽壓力和蒸汽溫度是在鍋爐名牌上或說明書中必須注明的三個基本參數(shù)。二、鍋爐的特性指標(biāo)1、鍋爐參數(shù)第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.1船舶蒸汽鍋爐7在鍋爐中將水變成為水蒸汽所用去的熱量與向爐內(nèi)所提供的熱量（燃料在爐內(nèi)完全燃燒所釋放的熱量）值比叫作鍋爐的效率。用符號η表示。鍋爐效率可用下式計算：η＝D（hout-hin）/(B×Qd)式中:D－鍋爐蒸發(fā)量；B－燃料消耗量；Qd－燃料的低熱值；hout

－出口蒸汽的焓；hin

－鍋爐給水的焓。2、鍋爐效率第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備9一、燃料目前使用燃料油，所謂的燃料油一般是指重油。我國按80℃時油的運(yùn)動粘度將國產(chǎn)燃料油分為20、60、100和200號等四個牌號。數(shù)字越大，粘度也越大。燃料油的低熱值為（39775－41868）千焦／公斤，既是（9500－10000）大卡／公斤。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備10二、燃燒設(shè)備燃料油的燃燒設(shè)備主要是噴油器和配風(fēng)器。1、噴油器按照霧化方法的不同，可分為機(jī)械式、蒸汽式、空氣式和超聲波霧化式。燃油從壓力或旋轉(zhuǎn)設(shè)備上獲取能量，在沒有霧化劑的作用下使燃油霧化的噴油器稱為機(jī)械式噴油器。機(jī)械式噴油器分為直噴式、離心式和旋杯式。離心式按其是否具有回油功能可分為簡單離心式和回油式。利用高速蒸汽（或空氣）運(yùn)動，將燃油霧化的噴油器稱為蒸汽式（或空氣式）噴油器；燃油既從油壓中獲得能量，又利用蒸汽（或空氣）運(yùn)動而聯(lián)

合霧化的噴油器稱為蒸汽（或空氣）機(jī)械式噴油器。利用聲波的高頻振動而使燃油霧化的裝置稱為超聲波霧化器。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備11燃油在高壓下經(jīng)由切向孔道進(jìn)入旋流室，一面旋轉(zhuǎn)，一面擠向旋流室軸心，最后由噴孔噴出。圖示為小容量離心式噴油器頭部結(jié)構(gòu)，它由壓緊螺母、霧化片、螺紋接頭和噴油器本體等幾部分組成。實現(xiàn)燃油霧化的主要元件是霧化片。離心式噴油器的壓力一般在（1.2－3.5）MPa，大容量噴油器可達(dá)（7－10）MPa。1）、離心式噴油器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備132、配風(fēng)器為了組織氣流保證良好的燃燒，必須增加配風(fēng)設(shè)備。配風(fēng)設(shè)備的功能是使油霧和空氣迅速均勻地混合，實現(xiàn)穩(wěn)定和完全地燃燒過程。配風(fēng)器的形式有多種，基本上分為旋流式和平流式兩大類。旋流式配風(fēng)器和燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的旋流器很相似。旋流式配風(fēng)器的旋流器其葉片還有可轉(zhuǎn)動的，葉片轉(zhuǎn)動時可改變進(jìn)入旋流器的空氣流量（類似于燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的可轉(zhuǎn)動導(dǎo)向葉片）。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)14鍋爐的任務(wù)是加熱水來產(chǎn)生蒸汽。有兩種實現(xiàn)方法：火管和水管?；鸸苠仩t在19世紀(jì)初更為常見。它由一個被很多管子穿過的水箱組成。由煤或木柴燒熱所得的熱氣體從這些管子中通過加熱水箱中的水。在火管鍋爐中，整個水箱都處于高壓之下，因此一旦水箱破裂將造成大爆炸。4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)15現(xiàn)在，更常見的是水管鍋爐，在這種鍋爐中，水流過位于由火加熱的氣體中的一排管子。在真正的鍋爐中，結(jié)構(gòu)將會復(fù)雜得多，因為鍋爐的目的就是盡最大可能從燃燒的燃料中吸取熱量以提高效率。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)17一種典型的D型自然循環(huán)鍋爐的結(jié)構(gòu)。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)18二、強(qiáng)制循環(huán)水管鍋爐水蒸汽的性質(zhì)是當(dāng)壓力較高時，密度隨溫度變化較小。當(dāng)壓力超過18.5MPa時，已不能保證穩(wěn)定的自然循環(huán)。壓力達(dá)到臨界壓力時（22.12MPa），氣水密度之差為零，自燃循環(huán)根本無法實現(xiàn)。這時只能依靠外來的動力（循環(huán)泵）迫使管內(nèi)的水流動。依靠外動力建立起來的汽水強(qiáng)迫流動的鍋爐稱為強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。1-爐膛蒸發(fā)受熱面

2-循環(huán)泵

3-下降管

4-鍋筒

5-過熱器

6-省煤器

7-空氣預(yù)熱器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)19強(qiáng)制循環(huán)鍋爐可分為多次強(qiáng)制循環(huán)式（簡稱強(qiáng)制循環(huán)式）鍋爐和直流鍋爐兩種。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)21增壓燃燒鍋爐工作原理圖第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面22一、蒸汽過熱器船舶蒸汽動力裝置為了提高循環(huán)效率，傾向于采用較高的蒸汽參數(shù)。一般情況下蒸汽溫度每提高20－25℃，動力裝置總效率將提高1％。過熱器的作用是將汽包中送出的飽和蒸汽進(jìn)一步加熱，使蒸汽溫度升高成為具有一定過熱度的過熱蒸汽?，F(xiàn)代艦船蒸汽動力裝置使用的蒸汽溫度一般為450－470℃，少數(shù)可達(dá)500－510℃。本節(jié)課主要研究三個方面的內(nèi)容：蒸汽過熱器、經(jīng)濟(jì)器、空氣預(yù)熱器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面231）按過熱器的管束形式可分為環(huán)管（或稱U型管）過熱器，蛇形管過熱器和輕度彎管過熱器。1、蒸汽過熱器的結(jié)構(gòu)形式第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面25當(dāng)負(fù)荷變化時，過熱器出口蒸汽溫度會有變化。給水溫度變化、爐膛過剩空氣系數(shù)變化、燃料變化、燃燒器形式和布置、配風(fēng)方式、過熱器受熱面上的積灰等因素都會影響過熱蒸汽的溫度。為了過熱器的安全以及動力裝置經(jīng)濟(jì)性和安全出發(fā)，要求蒸汽參數(shù)不變。為此需要對蒸汽參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，安裝可靠的蒸汽溫度調(diào)節(jié)裝置。主要的調(diào)節(jié)方法有三種：（1）在過熱器出口處調(diào)節(jié)（2）在過熱器中間進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）煙氣調(diào)節(jié)法。2、過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面26（1）在過熱器出口處調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)方法有三種方案，分別為蒸汽旁通混合調(diào)節(jié)、減溫蒸汽混合調(diào)節(jié)和噴水調(diào)節(jié)。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面29船舶鍋爐的經(jīng)濟(jì)器必須滿足下列要求：可靠性高，重量尺寸小，保證給水的預(yù)熱溫度和便于維修。經(jīng)濟(jì)器結(jié)構(gòu)比較簡單，造價低。由于給水經(jīng)過經(jīng)濟(jì)器后自身溫度有了較大提高，進(jìn)入到汽包內(nèi)時，減低了因給水溫度過低而使汽包所承受的熱應(yīng)力，改善了汽包工作的條件。2）優(yōu)點3）要求第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面302、經(jīng)濟(jì)器的分類和結(jié)構(gòu)船舶鍋爐經(jīng)濟(jì)器按管束的形狀分為盤管式和環(huán)管式等，按受熱面的形狀分為光管式、圈片式、鰭片管式等，按工質(zhì)加熱程度可分為沸騰式和非沸騰式。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面31三、空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器位于經(jīng)濟(jì)器之后，煙氣流過經(jīng)濟(jì)器后進(jìn)入到空氣預(yù)熱器內(nèi)，煙氣溫度已經(jīng)降低了，空氣預(yù)熱器管內(nèi)流動的是將要進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃燒用空氣?？諝鉁囟忍岣邔τ谔岣呷紵视欣Ｒ蔡岣吡藸t膛內(nèi)和煙道中的煙氣的溫度。分析表明：爐膛內(nèi)空氣溫度提高50度，鍋爐效率增加1.8－2.0％。船舶鍋爐上安裝空氣預(yù)熱器后，可使效率提高5－6％。1、概述第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面322、空氣預(yù)熱器的分類和結(jié)構(gòu)空氣預(yù)熱器可分為鑄鐵式空氣預(yù)熱器、管式空氣預(yù)熱器、蒸汽空氣預(yù)熱器及再生式（回轉(zhuǎn)式）空氣預(yù)熱器。在前兩種預(yù)熱器中，煙氣和空氣在受熱面兩邊同時流過，煙氣的熱量不斷地通過空氣預(yù)熱器的受熱面?zhèn)鹘o空氣。1）、鑄鐵式空氣預(yù)熱器當(dāng)燃油中的含硫量較高時，為防止尾部受熱面的低溫腐蝕，多采用鑄鐵式空氣預(yù)熱器或耐腐蝕的輕合金鑄造空氣預(yù)熱器。其缺點是受熱面沾污后很難清潔，多采用定期更換整個預(yù)熱器的措施。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面332）、管式空氣預(yù)熱器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機(jī)4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面343）、蒸汽空氣預(yù)熱器蒸汽空氣預(yù)熱器的汽源是船舶主汽輪機(jī)的級間抽汽。進(jìn)入空氣預(yù)熱器的蒸汽壓力一般為(0.3~0.4MPa)，空氣在套有肋片的管間流過，肋片