船舶動力裝置概論第十一次課第四章課件

“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2第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.1船舶蒸汽鍋爐3水蒸汽蒸汽凝水鍋爐給水第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.1船舶蒸汽鍋爐4鍋爐由鍋爐本體，過熱器，經(jīng)濟器，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?，然后利用水蒸汽作為工質(zhì)，吸收熱能后在蒸汽輪機內(nèi)釋放部分熱能，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，而后推動螺旋槳工作。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.1船舶蒸汽鍋爐5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4.1船舶蒸汽鍋爐6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4.1船舶蒸汽鍋爐7（1）按鍋爐的蒸汽壓力鍋爐分為低壓、中壓和高壓鍋爐。（1.6~3.2~9.2MPa）。（2）按煙氣在受熱面（管子）中的流動途徑鍋爐分為水管鍋爐和火管鍋爐。（3）按水循環(huán)方法鍋爐分為強迫循環(huán)和自然對流循環(huán)。船用多為強迫循環(huán)式。（4）按鍋爐爐膛內(nèi)壓力燃料在爐膛內(nèi)燃燒有普通鍋爐和增壓鍋爐。普通鍋爐內(nèi)壓力接近大氣壓（多是微負(fù)壓）。增壓鍋爐內(nèi)的壓力高于大氣壓力兩到三倍。（5）按鍋爐構(gòu)造鍋爐分為三鍋筒水管鍋爐，雙鍋筒水管鍋爐等等。3、鍋爐的分類第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備8一、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4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備9二、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械式噴油器。機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）運動而聯(lián)

合霧化的噴油器稱為蒸汽（或空氣）機械式噴油器。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4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備10燃油在高壓下經(jīng)由切向孔道進入旋流室，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4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備112）、回油式噴油器回油式噴油器工作時，供油壓力在任何負(fù)荷下基本保持不變，使送往噴嘴的油量也基本不變，但燃油流到旋流室時被引流回一部分。這樣只要調(diào)節(jié)回油閥的開度，就能調(diào)節(jié)噴入到爐膛內(nèi)燃油流量的大小。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.2船舶鍋爐的燃料和燃燒設(shè)備122、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)動時可改變進入旋流器的空氣流量（類似于燃?xì)廨啓C壓氣機的可轉(zhuǎn)動導(dǎo)向葉片）。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機13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4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)14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4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)15主要三種型式：自燃循環(huán)水管鍋爐、強制循環(huán)水管鍋爐、增壓燃燒鍋爐。由上鍋筒和下鍋筒，上升管和下降管組成。上鍋筒兼作為汽水分離的汽包。上升管內(nèi)部的水被煙氣流加熱后，比重減小而作上升運動，從下鍋筒流到上鍋筒。在上升管內(nèi)加熱的過程中，會有水蒸汽產(chǎn)生。進入到上鍋筒的汽水混合物經(jīng)汽水分離后，飽和水蒸汽被引進到過熱器內(nèi)進一步加熱。飽和水與給水摻混后下降到下鍋筒，然后再進入上升管內(nèi)流動受熱。這就形成了自然對流循環(huán)。一、自燃循環(huán)水管鍋爐第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)16一種典型的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4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)17二、強制循環(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迫流動的鍋爐稱為強制循環(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4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)18強制循環(huán)鍋爐可分為多次強制循環(huán)式（簡稱強制循環(huán)式）鍋爐和直流鍋爐兩種。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)19三、增壓燃燒鍋爐鍋爐的使用經(jīng)驗表明，爐膛內(nèi)燃燒的熱強度與爐膛內(nèi)的壓力成正比。例如爐膛內(nèi)壓力為0.1MPa（絕對壓力）時，燃燒強度是3500W／立方米；當(dāng)壓力升高到0.2MPa時，燃燒強度允許增大一倍，即7000W／立方米；在0.3MPa時就可以10500W/立方米。在爐膛內(nèi)實現(xiàn)增壓燃燒，可以減低鍋爐的體積與重量，可極大地提高流過受熱面的煙氣的流速。實驗發(fā)現(xiàn)一旦流速超過330米／秒，放熱系數(shù)極度增加，可使換熱面積成倍減少。我國從俄羅斯購買的現(xiàn)代級大型驅(qū)逐艦，就是用增壓鍋爐產(chǎn)生蒸汽推動船用蒸汽輪機，獲得功率的。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.3船舶蒸汽鍋爐的型式和結(jié)構(gòu)20增壓燃燒鍋爐工作原理圖第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面21一、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)濟器、空氣預(yù)熱器第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面221）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4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面232）按蒸汽過熱器吸收熱量的方法，可分為輻射、對流及聯(lián)合或混合式蒸汽過熱器。蒸汽過熱器應(yīng)具有較高的可靠性、較小的重量、尺寸和流體阻力，過熱蒸汽的溫度應(yīng)在允許范圍內(nèi)波動，以及運行、維修方便等。船舶主鍋爐通常采用對流式蒸汽過熱器。第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面24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?？諝庀禂?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4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面25（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4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面26（3）煙氣調(diào)節(jié)法（2）在過熱器中間進行調(diào)節(jié)第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面27二、經(jīng)濟器經(jīng)濟器和空氣預(yù)熱器布置在鍋爐蒸發(fā)受熱面之后，他們是鍋爐尾部煙道的受熱面，稱為尾部受熱面。為降低鍋爐排煙中熱量的損失，提高鍋爐的總效率，常采用增加尾部受熱面面積的措施。增加尾部受熱面積，加強經(jīng)濟器傳熱的效果，提高經(jīng)濟器出口水的溫度。通常鍋爐經(jīng)濟器出口水溫提高1℃，可使排煙溫度降低2.5－3℃。1、概述1）作用第四章船舶蒸汽鍋爐與汽輪機4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面28船舶鍋爐的經(jīng)濟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)濟器結(jié)構(gòu)比較簡單，造價低。由于給水經(jīng)過經(jīng)濟器后自身溫度有了較大提高，進入到汽包內(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4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面292、經(jīng)濟器的分類和結(jié)構(gòu)船舶鍋爐經(jīng)濟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4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面30三、空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器位于經(jīng)濟器之后，煙氣流過經(jīng)濟器后進入到空氣預(yù)熱器內(nèi)，煙氣溫度已經(jīng)降低了，空氣預(yù)熱器管內(nèi)流動的是將要進入爐膛內(nèi)的燃燒用空氣?？諝鉁囟忍岣邔τ谔岣呷紵视欣?。也提高了爐膛內(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4.4蒸汽過熱器和尾部受熱面312、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