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在船舶动力系统中,船用汽轮机因其特定的性能要求与螺旋桨配合工作。低转速且直径较大的螺旋桨在效率方面表现出色,军舰和商船的转速范围分别为150~400转/分和80~150转/分。因此,为了匹配这种低速,汽轮机与螺旋桨之间通常需要安装减速比巨大的齿轮减速器,以适应这种速度差异。这种减速器在船用汽轮机组中扮演关键角色,通常采用2级或3级减速设计,通过调整齿轮位置,如将小齿轮置于大齿轮的上半部,来提升汽轮机的布局灵活性。
船用汽轮机的类型多样,可以选择冲动式或反动式,以提高其机动性。转子设计通常采用整锻式或焊接式,确保结构坚固。为了适应不同的航行需求,低压缸中常设置2到3级倒车级,它们能在低速时提供大约正车功率的40%~50%。由于倒车时间短暂,对效率要求不高,因此级数通常简化以保证结构紧凑。采用有缩放喷嘴的多列速度级,以增大级的焓降,同时在正车级与倒车级间设置挡板,防止高温排汽对正车级产生负面影响。
对于军舰,全速航行时需要高功率输出以提升航速,但在大部分巡航时间里,低速运行更为常见,因此要求汽轮机在低负荷时有较高的效率以延长续航力。大功率舰用汽轮机的高压部分采用串、并联进汽方式,根据负载情况灵活调整:低负荷时采用串联进汽以提高效率,高负荷时则采用并联进汽增加蒸汽流量。对于功率较小的汽轮机,旁通调节法也被广泛采用,以在高负荷时绕过高压部分,直接进入低压部分,以增加蒸汽流量。
用于推进船舶航行的汽轮机。1897年,英国C.A.帕森斯首次将2000马力(1.5兆瓦)多级反动式汽轮机装于44.5吨的小艇“透平尼亚”号上,蒸汽初压为1.4兆帕。这台汽轮机有高、中、低压3个汽缸,分别直接带动螺旋桨。小艇试航航速达34.5节(1节=1852/3600米/秒),超过了当时采用蒸汽机推进的驱逐舰航速,显示了汽轮机在舰船上应用的优越性,此后船用汽轮机就得到了较快的发展。
1896年,英国人C.帕森成功地将汽轮机应用于一艘快艇上,试航速度达每小时34.5海里,标志着汽轮机在大功率船上的广泛应用开始。早期汽轮机直接驱动螺旋桨,后来加装减速齿轮,使汽轮机和螺旋桨能在各自的最佳速度下工作,效率显著提高,机体尺寸缩小,重量减轻,螺旋桨工作效率提升。尽管汽轮机成为理想的大功率船用动力装置,至今某些大型客船、超级油船和高速集装箱船等仍采用汽轮机动力装置。
汽轮机具有单机功率大、使用可靠、运转平稳、无振动和噪声、检修工作量小、锅炉可燃用劣质油等优点。但汽轮机油耗比柴油机高,即使采用再热循环的汽轮机装置,每马力小时的油耗仍达180~190克,比低速柴油机高40%左右。随着柴油机单机功率、燃烧劣质油能力和可靠性提高,逐渐取代了汽轮机。
汽轮机的优点包括单机功率大、使用可靠、运转平稳、无振动和噪声、检修工作量小、锅炉可燃用劣质油。然而,其油耗比柴油机高,每马力小时的油耗在180~190克之间,比低速柴油机高约40%。由于柴油机的性能提升,汽轮机逐渐被柴油机取代。
汽轮机在早期应用于大功率船上,通过直接驱动螺旋桨或加装减速齿轮,使得汽轮机和螺旋桨能在各自的最佳速度下工作,提高效率。汽轮机具有单机功率大、使用可靠、运转平稳、无振动和噪声、检修工作量小、锅炉可燃用劣质油等优点,但其油耗比柴油机高。随着柴油机性能的提高,逐渐取代了汽轮机。
早期汽轮机直接驱动螺旋桨,后来加装减速齿轮,使汽轮机和螺旋桨能在各自的最佳速度下工作,效率显著提高。汽轮机的单机功率大、使用可靠、运转平稳、无振动和噪声、检修工作量小、锅炉可燃用劣质油等优点,使其成为理想的大功率船用动力装置。然而,汽轮机的油耗比柴油机高,每马力小时的油耗在180~190克之间,比低速柴油机高约40%。随着柴油机性能的提升,汽轮机逐渐被柴油机取代。
船舶主机,即船舶动力装置,是为各类船舶提供动力的机械。船舶主机根据采用燃料的性质、燃烧的场所、使用的工质及其工作方式等的不同,可分为蒸汽机、内燃机、核动力机和电动机。
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