先修改下題目
蒸汽輪機和燃氣輪機
工作原理
原動機主要分為電動機,蒸汽機,內(nèi)燃機和汽輪機等。
蒸汽輪機屬于汽輪機,而燃氣輪機屬于內(nèi)燃機。一般而言內(nèi)燃機的熱效率是高于汽輪機的。
下面的原理都是簡述。
1.蒸汽輪機
主要包括鍋爐,汽輪機和冷凝器三個部分
簡單描述一下,
燃料在鍋爐燃燒室中燃燒,把鍋爐中的水變?yōu)橐欢▔毫蜏囟鹊乃羝?。蒸汽通過管道進入汽輪機,膨脹做功推動汽輪機轉(zhuǎn)動。汽輪機帶動螺旋槳推動船舶。做功后的蒸汽回到冷凝器被冷卻成水再送回鍋爐進行下一個循環(huán)。如下圖,箭頭方向就是汽水循環(huán)走向。
汽輪機如下圖,上方那些大葉片就是蒸汽膨脹吹動的轉(zhuǎn)子,它們轉(zhuǎn)動帶動軸。
民用船舶里LNG運輸船會使用蒸汽輪機,隨著LNG使用的發(fā)展,蒸汽輪機也許有一輪新發(fā)展。
2. 燃氣輪機
也是三個部分,壓氣機,燃燒室和燃氣渦輪。
最簡單的燃氣輪機就是走馬燈,元宵節(jié)的時候可以去觀察下^_^
空氣從空氣入口進入燃氣輪機,高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機把空氣壓縮為高壓空氣后送入燃燒室,燃料在燃燒室燃燒,產(chǎn)生高溫高壓空氣,高溫高壓空氣在渦輪機中膨脹做功推動渦輪做功。
如下圖
航空用燃氣輪機剖面圖如下。
優(yōu)缺點(和柴油機相比)
1.蒸汽輪機
優(yōu)點:
1)單機功率大
2)蒸汽輪機是高速旋裝機械,振動和噪聲較小
3)工作平穩(wěn),摩擦部分少,所以可靠性高,壽命長。
4)反正就是燒了加熱用,燃料要求低,劣質(zhì)的煤和油都能用。
缺點:
1)能量轉(zhuǎn)換過程長且復雜,所以熱效率低,油耗高,經(jīng)濟型差
2)汽輪機轉(zhuǎn)速高,且不能直接反轉(zhuǎn),船用時必須配備大減速比的減速齒輪以及倒車的齒輪箱,這些設(shè)備會降低傳動效率。
3)鍋爐從冷態(tài)到產(chǎn)生蒸汽要比較長的時間,機動性較差。
4)裝置設(shè)備多,復雜,整體的重量和尺度較大。
2.燃氣輪機
優(yōu)點:
1)非常高的動力重量比,也就是同功率下,重量最小,同重量時,功率最高。
2)振動和噪聲較小
3)低工作壓力
4)燃燒充分,CO和碳氫化合物散失少。
缺點:
1)貴,高速高溫的環(huán)境對于制造材料和工藝的要求非常高。
2)用起來也貴,油耗高。熱效率比蒸汽輪機高但是還是遠低于柴油機。特別是怠速情況下,油耗非常高。052系列用的GT25000熱效率也就38%,柴油機隨便都過50%
3)變功率時反應比柴油機慢,也就是加速減速反應慢。也不能倒車。燃氣輪機最好在穩(wěn)定的工況下工作,變速很慢,所以汽車上很難用這東西。
4)壽命短(還是貴)
從20世紀初到80年代,蒸汽輪機一直是軍艦的主流配置。
從1980年開始,慢慢的蒸汽輪機被燃氣輪機所替代,因為對加速性能和靈活性的要求,現(xiàn)在海軍的主流已經(jīng)是燃氣輪機了。英國海軍1993年退役了最后一艘蒸汽輪機軍艦,法國海軍2013年退役了最后一艘。美國除了核動力之外,只有很少數(shù)的蒸汽輪機船舶了。我們的新船也基本都是燃氣輪機了,不過新航母估計不是。
英國的航母使用燃柴混合推進,4臺瓦錫蘭柴油機配2臺MT30燃氣輪機。幾臺設(shè)備并網(wǎng)發(fā)電,電動機推動螺旋槳。兼顧戰(zhàn)斗需要和經(jīng)濟性。
2000年后研發(fā)新款大功率船用燃氣輪機的只有美國的GE和英國的RoRo。其他的都是老款了,包括052D用的GT25000,希望我們能弄出自己的新型大功率燃氣輪機。