輪機(jī)導(dǎo)論-第2講-船舶動(dòng)力裝置1-蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置

第2章船舶動(dòng)力裝置2.1蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置2.2艦船燃?xì)廨啓C(jī)裝置2.3柴油機(jī)動(dòng)力裝置2.4核動(dòng)力裝置2.5聯(lián)合動(dòng)力裝置引言船舶動(dòng)力裝置是指將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能使船舶產(chǎn)生推進(jìn)力保證船舶航行和提供能量消費(fèi)的全部機(jī)械、設(shè)備和系統(tǒng)的總合體。船舶動(dòng)力裝置的類型引言分類方法按使用工質(zhì)分按主機(jī)型式分按使用燃料分類型蒸汽動(dòng)力裝置蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置常規(guī)動(dòng)力裝置燃?xì)鈩?dòng)力裝置燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置核動(dòng)力裝置蒸汽-燃?xì)饴?lián)合動(dòng)力裝置柴油機(jī)動(dòng)力裝置聯(lián)合動(dòng)力裝置1.工質(zhì)

(WorkingMedium):用來(lái)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的各種流動(dòng)介質(zhì)。工質(zhì)應(yīng)具有良好的膨脹性、流動(dòng)性。例：柴油機(jī)的工質(zhì)是燃?xì)?，蒸汽輪機(jī)的工質(zhì)是水蒸氣。燃?xì)馑羝麩峁せA(chǔ)知識(shí)2.狀態(tài)參數(shù)：用來(lái)描述系統(tǒng)宏觀特性的物理量。壓力

(Pressure,P)溫度(Temperature,T)比容(Specificvolume,V)內(nèi)能(Internalenergy,U)粒子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能的和。焓

(Enthalpy,H)系統(tǒng)中能夠做功的能量。熵(Entropy,S)物質(zhì)微觀熱運(yùn)動(dòng)混亂程度的標(biāo)志，熱量轉(zhuǎn)化為功的程度?；緺顟B(tài)參數(shù)(可測(cè))熱工基礎(chǔ)知識(shí)(1)壓力

(Pressure,P)壓力：在工程熱力學(xué)中，把工質(zhì)垂直作用在單位容積壁面或分界面上的力稱為壓力。其單位為N。國(guó)際單位：N/m2(Pa)工程單位：kgf/cm2,bar英制單位：psi(bf/in2)帕斯卡巴工程氣壓標(biāo)準(zhǔn)氣壓磅力/英寸2毫米汞柱米水柱(Pa)(bar)(at)(atm)(psi)(Torr)N/m210N/m2kgf/cm2760mmHg1bf/in2mmHgmH2O110-51.0210-50.9910-51.4510-47.510-31.0210-4壓力單位換算表熱工基礎(chǔ)知識(shí)①大氣壓力pb(Barometric,atmosphericpressure)：緯度45度平均海平面上常年大氣壓力的平均值為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)。②絕對(duì)壓力p(Absolutepressure)：工質(zhì)作用在容器壁面上的實(shí)際壓力。③表壓力pg(Gaugepressure)：用壓力表測(cè)得的數(shù)值，pg=p-pb。④真空度pv(Vacuum)：用真空表測(cè)得的數(shù)值，pv=pb-p。1atm=760mmHg=101325Pa=0.101325MPa=1bar熱工基礎(chǔ)知識(shí)ppgapb大氣壓力0bpvp大氣壓力0pbpg=

p-pbpv=pb-p(2)溫度(Temperature,T)溫度：表示物質(zhì)冷熱程度的狀態(tài)參數(shù)。溫度的數(shù)值表示方法ssssss叫做溫標(biāo)(Temperaturescale)

。華氏溫標(biāo)(Fahrenheit)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水冰點(diǎn)定為32度，沸點(diǎn)212度，兩點(diǎn)間均分180等份，每份為1華氏度，記作1F，符號(hào)tF。攝氏溫標(biāo)(Celsius)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水冰點(diǎn)定為0度，沸點(diǎn)100度，兩點(diǎn)間均分100等份，每份為1攝氏度，記作1C

，符號(hào)tC。開氏溫標(biāo)(Kelvin)：攝氏零下273.15C為零度，每度的間隔與攝氏溫標(biāo)相同，記作1K

，符號(hào)TK。熱工基礎(chǔ)知識(shí)冷卻水、燃油、滑油柴油機(jī)排氣數(shù)字顯示(3)比容和密度比容(Specificvolume)：1kg的物質(zhì)所占的容積，m3/kg。V-容積，m-質(zhì)量密度(Density)：1m3的物質(zhì)所具有的質(zhì)量，kg/m3。，熱工基礎(chǔ)知識(shí)(4)理想氣體狀態(tài)方程

(Idealgasstateequation)R-氣體常數(shù)(Gasconstant)空氣、柴油機(jī)的燃?xì)獾?，可按理想氣體進(jìn)行計(jì)算。蒸汽、制冷劑蒸汽，不能當(dāng)作理想氣體。熱工基礎(chǔ)知識(shí)3.水蒸氣的性質(zhì)飽和溫度

：一定壓力下水開始沸騰的溫度稱為該壓力下的飽和溫度。1atm,100C;2atm,200C。特點(diǎn)：飽和溫度隨壓力的變化而變化，壓力越高對(duì)應(yīng)的飽和溫度越高。飽和壓力

：一定溫度下壓力達(dá)到某一定值時(shí)水開始沸騰的溫度稱為該溫度下的飽和壓力。特點(diǎn)：僅與溫度有關(guān)，溫度越高飽和壓力越高。過(guò)熱蒸汽

：水在等壓加熱沸騰汽化完畢后，再加熱蒸汽，溫度升高而壓力不變，這樣的蒸汽稱過(guò)熱蒸汽。熱工基礎(chǔ)知識(shí)4.熱量

：系統(tǒng)和外界由于溫度差而通過(guò)邊界傳遞的能量外界給系統(tǒng)加熱，Q+；系統(tǒng)對(duì)外界放熱，Q-。熱工基礎(chǔ)知識(shí)5.功和功率功：當(dāng)封閉系統(tǒng)通過(guò)邊界和外界之間發(fā)生相互作用時(shí)，如果外界的唯一效果是升起重物，則系統(tǒng)對(duì)外界作了功；反之，如果外界的唯一效果是降低重物，則外界對(duì)系統(tǒng)作了功。熱工基礎(chǔ)知識(shí)5.功和功率功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所做的功。其單位為“馬力”(ps)或“千瓦”(kW)。1ps=75kgf.m/s=0.735kWps-工制馬力，hp-英制馬力,1ps=0.986hp熱量與功之間關(guān)系：功可以完全地轉(zhuǎn)化為熱，熱卻只能部分地轉(zhuǎn)化為功，而且只能通過(guò)工質(zhì)的熱膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)。熱工基礎(chǔ)知識(shí)6.熱效率：效果與代價(jià)之比燃油在高壓下噴入汽缸，同汽缸內(nèi)的空氣混合燃燒產(chǎn)生熱量Q1，高溫高壓的燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞移動(dòng)，并通過(guò)連桿曲柄機(jī)構(gòu)變成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)推進(jìn)器回轉(zhuǎn)，對(duì)外界作機(jī)械功W。作功用的低溫低壓燃?xì)馀懦銎?，并借走熱量Q2，完成一個(gè)工作循環(huán)。根據(jù)能量守恒定律，工質(zhì)在一個(gè)循環(huán)中，對(duì)外界作的機(jī)械功W(效果)等于從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1(代價(jià))減去傳給低溫?zé)嵩吹臒崃縌2，即：W=Q1-Q2。熱工基礎(chǔ)知識(shí)6.熱效率：效果與代價(jià)之比。W-機(jī)械功Q1-從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌2-傳給低溫?zé)嵩吹臒崃孔罾硐胙h(huán)、即熱效率最高的循環(huán)是卡諾循環(huán)

(Carnotcycle)

η<100%T1-高溫?zé)嵩礈囟?，T2-低溫?zé)嵩礈囟葻峁せA(chǔ)知識(shí)7、傳熱的基本方式（1）導(dǎo)熱導(dǎo)熱(Heatconduction)：不依賴于物體各部分的相對(duì)位移熱量在物體內(nèi)部進(jìn)行的熱量傳遞。Q-導(dǎo)熱熱流量,WF-面積,m2-厚度,m-導(dǎo)熱系數(shù),W/(mC)導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱熱工基礎(chǔ)知識(shí)（2）對(duì)流換熱對(duì)流換熱(Convectiveheatexchange)：運(yùn)動(dòng)著的流體與固體表面接觸時(shí)的換熱過(guò)程成為對(duì)流換熱。-放熱系數(shù)，W/(m2C)t-溫差，C熱工基礎(chǔ)知識(shí)（3）輻射換熱輻射換熱(Radiationheatexchange)：靠電磁波中的可見(jiàn)光線和紅外線來(lái)傳遞熱量。輻-輻射放熱系數(shù)，W/(m2C)F2-吸收輻射熱的物體表面積，m2輻射能的吸收、反射和透射熱工基礎(chǔ)知識(shí)（4）傳熱過(guò)程傳熱過(guò)程

(Processofheatexchange)：導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射三種傳熱方式的復(fù)合過(guò)程。K-傳熱系數(shù)，W/(m2C)t-傳熱溫差，CF-傳熱面積，m2熱工基礎(chǔ)知識(shí)船舶蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置是以鍋爐產(chǎn)生的蒸汽為工質(zhì)，以汽輪機(jī)作為主機(jī)，其功率通過(guò)減速器，傳遞到螺旋槳以推進(jìn)船舶。2.1蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置一、基本組成和簡(jiǎn)單熱力循環(huán)

1、蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置的基本組成與工作原理下圖所示為其組成部件1-鍋爐；2-蒸汽過(guò)熱器；3-空氣預(yù)熱器；4-高壓汽輪機(jī)；5-低壓汽輪機(jī)；6-主冷凝器；7-凝水泵；8-給水預(yù)熱器；9-給水泵；10-減速齒輪；11-螺旋槳；12-循環(huán)水圖

船舶蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置的基本組成(1)燃油燃燒燃油由燃油泵從油柜中抽出并加壓后送至位于鍋爐中的噴油器，由噴油器噴入鍋爐爐膛，在爐膛內(nèi)與鼓風(fēng)機(jī)送來(lái)的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)（即燃燒），從而釋放出大量的熱能，這些熱能將鍋爐中的水加熱成為高溫高壓的蒸汽。A.蒸汽過(guò)熱器；B.汽輪機(jī)；C.冷凝器；D.給水泵；K.鍋爐蒸汽輪機(jī)的基本工作過(guò)程(2)蒸汽作功蒸汽由管路引入主汽輪機(jī)，在主汽輪機(jī)中將從鍋爐中帶來(lái)的壓能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。機(jī)械能由汽輪機(jī)的輸出軸傳動(dòng)，通過(guò)后傳動(dòng)裝置（減速齒輪箱）和軸系帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)。A.蒸汽過(guò)熱器；B.汽輪機(jī)；C.冷凝器；D.給水泵；K.鍋爐蒸汽輪機(jī)的基本工作過(guò)程：(3)工質(zhì)循環(huán)做完功后的蒸汽進(jìn)入主冷凝器，被流過(guò)冷凝器的海水冷凝成凝水，再經(jīng)給水加熱器加熱后，由主給水泵，重新被加熱成蒸汽，形成一個(gè)周而復(fù)始的循環(huán)。A.蒸汽過(guò)熱器；B.汽輪機(jī)；C.冷凝器；D.給水泵；K.鍋爐蒸汽輪機(jī)的基本工作過(guò)程：

圖

簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置的理想循環(huán)

2、簡(jiǎn)單熱力循環(huán)A.蒸汽過(guò)熱器；B.汽輪機(jī)；C.冷凝器；D.給水泵；K.鍋爐簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力裝置的理想循環(huán)叫做朗肯循環(huán)右圖為朗肯循環(huán)的T-S圖。圖中：4-5：水在汽鍋中，壓力P1下被加熱到沸騰溫度的過(guò)程；5-6：在汽鍋中，在壓力P1下的汽化過(guò)程；6-1：在壓力P1下，在蒸汽過(guò)熱器中的過(guò)熱過(guò)程；1-2：蒸汽在汽輪機(jī)中的絕熱膨脹過(guò)程，并輸出功；2-3：在壓力P2下，乏汽在冷凝器中的凝結(jié)過(guò)程；3-4：冷凝水在水泵中的絕熱壓縮過(guò)程，并消耗功。1）朗肯循環(huán)及過(guò)程了解加入的熱量q1、放出的熱量q2、膨脹功lT

、水泵所消耗的功lP、有效功l0、有效熱量q0、熱效率ηt

等的函數(shù)式。2）循環(huán)參數(shù)關(guān)系(1)加入的熱量q1在過(guò)程4-5、5-6和6-1中，熱量是在一定的壓力P1下加入，等壓下加入的熱量可以由過(guò)程的初始和終點(diǎn)的焓差來(lái)表示。加入的熱量q1為：在T-S圖上，此熱量可用加熱線下的面積m-4-5-6-1-n-m表示。

2）循環(huán)參數(shù)關(guān)系(2)放出的熱量q2過(guò)程2-3是循環(huán)的等壓放熱過(guò)程，所放出的熱量q2為：在T-S圖上，此熱量可用面積m-3-2-n-m來(lái)表示。

2）循環(huán)參數(shù)關(guān)系(3)膨脹功lT

汽輪機(jī)中的膨脹功lT

：(絕熱膨脹等熵過(guò)程)(4)水泵所消耗的功lP

循環(huán)中水泵所消耗的功lP：(絕熱壓縮等熵過(guò)程)(5)有效功l0

循環(huán)的有效功l0：(相當(dāng)于1-2-3-4-5-6-1的面積)2）循環(huán)參數(shù)關(guān)系(6)有效熱量q0

循環(huán)的有效熱量q0：

(7)熱效率ηt

循環(huán)熱效率t

：2）循環(huán)參數(shù)關(guān)系

在較低的初始蒸汽參數(shù)的動(dòng)力裝置（3MPa以下）中，水泵消耗的功比小得多，可以略去不計(jì)，則循環(huán)熱效率的近似式為：注：2）循環(huán)參數(shù)關(guān)系3）提高循環(huán)熱效率的方法

a)在相同的背壓P2下，提高蒸汽的初始溫度t1和壓力P1。

b)在相同的蒸汽初始?jí)毫1和初始溫度t1下，降低背壓P2

也能使熱能效率提高。

c)采用給水預(yù)熱器，利用已在主機(jī)作過(guò)部分功的蒸汽