船舶动力装置概论第十五次课第四五章.ppt

上上节课要点要点14.7汽汽轮机一般概念机一般概念4.8汽汽轮机的基本机的基本结构构一、一、一、一、喷喷嘴与隔板嘴与隔板嘴与隔板嘴与隔板二、汽缸二、汽缸二、汽缸二、汽缸三、工作叶片三、工作叶片三、工作叶片三、工作叶片四、四、四、四、轴轴与与与与转转子子子子五、五、五、五、轴轴承承承承1.本本节课要点要点4.8汽汽轮机的基本机的基本结构构六、密封六、密封六、密封六、密封七、滑油及保安系七、滑油及保安系七、滑油及保安系七、滑油及保安系统统4.9汽汽轮机的功率机的功率调节及运行特点及运行特点4.10冷凝器冷凝器2 2.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.8汽汽轮机的基本机的基本结构构3七、滑油及保安系七、滑油及保安系统对高速高速转动工作的汽工作的汽轮机机轴承承进行行压力力润滑并滑并带走摩擦走摩擦产生的生的热量是滑量是滑油系油系统的主要任的主要任务，是保，是保证汽汽轮机安全可靠工作的重要措施。机安全可靠工作的重要措施。另外滑油系另外滑油系统还为调节系系统及保安系及保安系统提供提供压力油，保障机力油，保障机组安全。安全。压力式滑油系力式滑油系统主要有日用油柜、滑油加主要有日用油柜、滑油加热器、主滑油器、主滑油泵、辅滑油滑油泵、滑油、滑油过滤器、滑油冷却器、滑油分离器。器、滑油冷却器、滑油分离器。舰用蒸汽用蒸汽轮机采用机采用压力式力式润滑系滑系统供油，油箱在底供油，油箱在底舱使用使用泵加加压供油，供油，依靠重力回油。依靠重力回油。为了提高可靠性，每台独立的汽了提高可靠性，每台独立的汽轮机都要有两台不同能源的机都要有两台不同能源的滑油滑油泵进行工作。行工作。保保保保证证在一台在一台在一台在一台泵泵出出出出现现故障故障故障故障时时，另一台，另一台，另一台，另一台泵泵能能能能够够立即投入供油。立即投入供油。立即投入供油。立即投入供油。1、滑油系滑油系统3.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.8汽汽轮机的基本机的基本结构构4汽汽轮机的保安系机的保安系统是保是保证汽汽轮机安全工作的重要机安全工作的重要设备，当被控，当被控制量超制量超过汽汽轮机安全工作的允机安全工作的允许范范围时，自，自动采取采取紧急措施急措施进行行报警或警或紧急停机。主要有以下几个功能：急停机。主要有以下几个功能：2、保安系保安系统（1）汽）汽轮机超速保机超速保护（2）滑油低）滑油低压保保护（3）转子子轴向位移保向位移保护（4）冷凝器低真空保）冷凝器低真空保护（5）汽）汽轮机的震机的震动保保护4.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.8汽汽轮机的基本机的基本结构构5（1）汽汽轮机超速保机超速保护。超速。超速时转动零部件承受零部件承受过大的离心力，极易大的离心力，极易发生生强度断裂度断裂毁机事故。保安系机事故。保安系统之中的超速保之中的超速保护装置要保装置要保证汽汽轮机机转速速在在额定定转速速107110时，开始，开始动作，迅速停机。作，迅速停机。（2）滑油低滑油低压保保护。滑油。滑油压力低就无法保力低就无法保证机机组的正常工作，会造成的正常工作，会造成轴瓦瓦烧毁、转子与静子碰撞磨子与静子碰撞磨损事故。不同型号的汽事故。不同型号的汽轮机机组，滑油，滑油压力力低限低限值是不同的。是不同的。（3）转子子轴向位移保向位移保护。如果由于。如果由于轴向力向力过大造成大造成转子子轴向位移，超向位移，超过1mm有可能造成有可能造成转子和静子子和静子发生碰撞。生碰撞。（4）冷凝器低真空保冷凝器低真空保护。冷凝器真空度降低会引起低。冷凝器真空度降低会引起低压级工作叶片和工作叶片和冷凝器管束冷凝器管束过热，造成，造成变形振形振动并破坏冷凝器的密封。并破坏冷凝器的密封。（5）汽汽轮机的震机的震动保保护。振幅。振幅过大将引起大将引起严重重问题，必，必须随随时监视报警并自警并自动停机。停机。5.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.9汽汽轮机的功率机的功率调节及运行特点及运行特点6一、功率一、功率调节船舶航行船舶航行时要根据要根据执行的任行的任务、海域、航道等情况不断改、海域、航道等情况不断改变汽汽轮机功机功率来率来调节航速。航速。目前主要有两种目前主要有两种调节汽汽轮机功率机功率（Pe=GHae）的方法，即改的方法，即改变进入入汽汽轮机蒸汽可用机蒸汽可用焓降的降的汽汽汽汽质调节质调节、改改变进入汽入汽轮机蒸汽量的机蒸汽量的汽量汽量汽量汽量调节调节和和混混混混合合合合调节调节。1、汽、汽质调节方法方法改改变进入汽入汽轮机新蒸汽可用机新蒸汽可用焓降，也就是改降，也就是改变蒸汽做功能力的方蒸汽做功能力的方法。可分法。可分为：(1)滑参数运行滑参数运行(2)节流流调节6.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.9汽汽轮机的功率机的功率调节及运行特点及运行特点7(1)滑参数运行滑参数运行靠改靠改变供汽供汽设备的的压力来力来实现功率功率调整。整。这种方法种方法经济性性较好，好，实行行起来起来热惯性大，性大，调速慢，且影响工作可靠性。在船舶上速慢且影响工作可靠性。在船舶上应用用较少。少。(2)节流流调节在主蒸汽管上安装在主蒸汽管上安装节流流阀，改，改变阀门开度开度对汽流汽流进行行调节，来改，来改变进入汽入汽轮机的可用机的可用焓降。其降。其结构构简单，操作方便，但其造成蒸汽，操作方便，但其造成蒸汽节流流损失而失而效率降低。在小型效率降低。在小型辅助汽助汽轮机及民船上机及民船上应用用较多。多。7.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.9汽汽轮机的功率机的功率调节及运行特点及运行特点82、汽量、汽量调节喷嘴嘴调节是其主要的形式，把第一是其主要的形式，把第一级喷嘴分成若干嘴分成若干组，每，每组喷嘴数目嘴数目不同都由一个不同都由一个喷嘴嘴阀控制。控制。喷嘴嘴阀打开的数目不同打开的数目不同则参加工作的参加工作的喷嘴数目嘴数目不同，不同，进入汽入汽轮机的蒸汽量不同而改机的蒸汽量不同而改变了汽了汽轮机的功率。机的功率。3、混合、混合调节把若干把若干喷嘴嘴调节阀由一个凸由一个凸轮轴按一定程序打开和关按一定程序打开和关闭，使，使进入汽入汽轮机的蒸汽在几个主要低速工况机的蒸汽在几个主要低速工况时做到蒸汽不受做到蒸汽不受节流流损失，保失，保持持较好的好的经济性；在性；在过渡工况渡工况时也只有一个也只有一个阀门处于半开状于半开状态，对部分汽流造成不同程度的部分汽流造成不同程度的节流流损失。失。8.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.9汽汽轮机的功率机的功率调节及运行特点及运行特点9二、汽二、汽轮机机组的运行的运行1、汽汽轮机的启机的启动汽汽轮机的启机的启动是指把汽是指把汽轮机机组由冷由冷态，静止状，静止状态迅速而安全的迅速而安全的转变为运运行状行状态的的过程。是个不程。是个不稳定定过程，机程，机组的温度的温度场，应力力场都都处于于变化化过程，程，处理不好易造成理不好易造成严重事故。启重事故。启动过程可分程可分为以下几个步以下几个步骤：1）启启动前准前准备2）滑油加滑油加热3）冷凝器抽真空冷凝器抽真空4）暖机暖机5）启启动9.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.9汽汽轮机的功率机的功率调节及运行特点及运行特点101）启启动前准前准备对装置装置进行全面行全面检查，包括，包括设备及及仪表的完好性，表的完好性，轴承的承的轴向和向和径向径向间隙、隙、阀门开度、滑油的液位高度等。开度、滑油的液位高度等。2）滑油加滑油加热滑油系滑油系统工作前要先加工作前要先加热，当滑油加，当滑油加热到到3840时可以工作，可以工作，先启先启动辅助油助油泵进行暖机。行暖机。3）冷凝器抽真空冷凝器抽真空当当锅炉供炉供给压力力为0.51.0MPa时，启，启动循循环水水泵后后对冷凝器冷凝器进行行控真空。控真空。4）暖机暖机向汽缸内向汽缸内输入入饱和蒸汽和蒸汽进行加行加热，对汽缸要及汽缸要及时输水到冷凝器和水到冷凝器和不断不断盘车，使主要机件，使主要机件变形均匀。形均匀。5）启启动10.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.9汽汽轮机的功率机的功率调节及运行特点及运行特点11、汽汽轮机的运行机的运行运行中要注意蒸汽参数，滑油运行中要注意蒸汽参数，滑油压力，冷凝器真空力，冷凝器真空变化；化；监听汽听汽轮机内机内部是否有擦碰声音或部件震部是否有擦碰声音或部件震动。运行中滑油温度不能超。运行中滑油温度不能超过70。倒倒车运行运行时需先关需先关闭正正车阀门，不必当，不必当转子停下来就可打开倒子停下来就可打开倒车阀门，利用斥汽运行加速其利用斥汽运行加速其进入倒入倒车状状态。一般全速倒一般全速倒车工作工作时间限制在限制在(1530min)内，防止正内，防止正车级在空在空转运行运行时产生的摩擦生的摩擦热使叶片使叶片变形。形。11.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.9汽汽轮机的功率机的功率调节及运行特点及运行特点12、停机工作停机工作停机停机时应马上停止上停止对主机供汽，使主机供汽，使转子逐子逐渐停下来。停下来。短停机短停机时，冷凝器及全部，冷凝器及全部辅机都机都维持在低持在低负荷运荷运转，主机，主机处于暖机状于暖机状态，以便能迅速启，以便能迅速启动。长停机停机时，当主机速关后，其他，当主机速关后，其他辅机机还要运行要运行(510min)，把，把轴承中的承中的热量量带走，疏去走疏去设备中的水和蒸汽。停掉中的水和蒸汽。停掉辅机后机后还要启要启动辅滑油滑油泵，还要要对转子定期子定期盘车2h，使，使转子子缓慢冷却。慢冷却。12.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.10冷凝器冷凝器1313.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.10冷凝器冷凝器14冷凝器是冷凝器是组成汽成汽轮齿轮机机组的三大部件之一，又称的三大部件之一，又称为凝汽器，是接收凝汽器，是接收主汽主汽轮机排汽，密机排汽，密闭的表面式的表面式热交交换器，是器，是热力循力循环中的冷源。中的冷源。一、功用一、功用(1)、接收汽、接收汽轮机的排汽凝机的排汽凝结成水作成水作为锅炉或蒸炉或蒸发器的器的给水，起回水，起回收工收工质的作用。的作用。(2)、冷凝器内可以建立真空和保持真空。低的冷源、冷凝器内可以建立真空和保持真空。低的冷源压力可以提高力可以提高循循环的效率，的效率，获得更多的机械功。得更多的机械功。(3)、使凝水接近使凝水接近饱和状和状态，便于除去凝水中的含氧量，减少，便于除去凝水中的含氧量，减少对设备的腐的腐蚀。14.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.10冷凝器冷凝器15二、二、设备组成成凝汽凝汽设备主要包括：主要包括：冷凝器、循冷凝器、循冷凝器、循冷凝器、循环环水水水水泵泵、抽气器、凝水、抽气器、凝水、抽气器、凝水、抽气器、凝水泵泵及相及相及相及相应应的管的管的管的管道道道道阀门阀门等。等。循循环水水泵向冷凝器供向冷凝器供应大量冷却水冷却大量冷却水冷却换热面，面，带走汽化潜走汽化潜热。要求。要求其水其水泵供水量大、供水量大、压头并不高，一般冷却水是凝水量的（并不高，一般冷却水是凝水量的（60100）倍。倍。抽汽器把漏入系抽汽器把漏入系统内的空气及内的空气及时抽除。抽除。凝水凝水泵及及时由冷凝器内抽出凝水，保持由冷凝器内抽出凝水，保持换热面不被淹没。面不被淹没。15.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.10冷凝器冷凝器16三、冷凝器的基本三、冷凝器的基本结构构冷凝器上部有主机排汽的大型法冷凝器上部有主机排汽的大型法兰，下部有下部有储存水的存水的热井及凝水出口，井及凝水出口，两端有固定两端有固定换热面管束的多孔板。面管束的多孔板。冷凝器工作冷凝器工作进还须有一些有一些辅助机械，如水位助机械，如水位调节器、安全器、安全阀、放气旋、放气旋塞等。塞等。16.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.10冷凝器冷凝器17四、冷凝器的运行四、冷凝器的运行冷凝器故障率很高，主要表冷凝器故障率很高，主要表现为冷凝器的冷凝器的设计真空保持困真空保持困难。影响冷。影响冷凝器真空的因素主要有：凝器真空的因素主要有：(1)换热面得不到充分冷却，不能把面得不到充分冷却，不能把热量量带走走(2)冷凝器内空气分冷凝器内空气分压过大大17.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.10冷凝器冷凝器18(1)换热面得不到充分冷却，不能把面得不到充分冷却，不能把热量量带走走、水、水泵工作不利或水管堵塞，造成冷却水量不足，不能工作不利或水管堵塞，造成冷却水量不足，不能对换热面充分冷却。面充分冷却。、换热管束内壁管束内壁结垢，垢，热阻增大影响阻增大影响换热。、水位、水位调节器失灵，水位升高凝水淹没器失灵，水位升高凝水淹没换热面。面。、循、循环水的温度升高，水的温度升高，对换热面冷却不利。面冷却不利。(2)冷凝器内空气分冷凝器内空气分压过大大、汽封抽气系、汽封抽气系统工作不利，造成大量空气漏入系工作不利，造成大量空气漏入系统，破坏真空。，破坏真空。、设备负压部分密封不好，有部分密封不好，有较多空气漏入。多空气漏入。、抽气器工作不利造成真空下降。、抽气器工作不利造成真空下降。18.第四章第四章船舶蒸汽船舶蒸汽锅炉与汽炉与汽轮机机4.10冷凝器冷凝器19影响抽气器工作不利造成真空下降的大原因主要有以下几点：影响抽气器工作不利造成真空下降的大原因主要有以下几点：(1)、工作蒸汽工作蒸汽压力不力不够；(2)、抽气器冷却不充分，不能及抽气器冷却不充分，不能及时把抽出的蒸汽凝把抽出的蒸汽凝结，造成抽气，造成抽气器器负荷荷过大。大。(3)、抽气器的、抽气器的输水器工作不好，也影响冷凝器的真空。水器工作不好，也影响冷凝器的真空。19.舰长，337米。米。舰宽，77米。排水量，米。排水量，标准准101,600吨。吨。动力系力系统，2A1B核反核反应堆。堆。20.本本节课要点要点5.1原子核反原子核反应5.2核反核反应堆堆爱因斯坦能量定理21.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应氢弹爆爆炸炸原子原子弹爆炸爆炸中子中子弹爆炸爆炸核核定定向向能能武武器器22.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应23.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应美国美国“企企业”号核号核动力航母力航母美国美国“海狼海狼”级核潜艇核潜艇美国美国“长滩”号核号核动力巡洋力巡洋舰24.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应核核动力太空站力太空站核核动力力飞船船25.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应压水堆核水堆核电站示意站示意图26.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应核能系统潜艇核动力装置水面舰船核动力装置空间核能装置攻击型核潜艇弹道导弹核潜艇航空母舰巡洋舰驱逐舰核商船空间核电源空间核推进装置27.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应一、核一、核动力装置的力装置的发展和展和应用用国家美国俄罗斯核潜艇英国法国中国巡洋舰航空母舰核潜艇核潜艇航空母舰核潜艇巡洋舰破冰船核潜艇28.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应l世世界界第第一一艘艘核核潜潜艇艇，由由美美国国科科学学家家、“核核潜潜艇艇之之父父”海海曼曼里科弗里科弗积极倡极倡议并研制和建造。并研制和建造。l1952年年6月月开开工工制制造造，1954年年1月下水。月下水。l从从1955年年1月月开开始始试航航到到1957年年4月月止止，在在没没有有补充充燃燃料料的的情情况况下下航航行行11万万公公里里，其其中中大大部分部分时间是在水下航行。是在水下航行。l1958年年8月月，从从冰冰层下下穿穿越越北北冰冰洋洋冰冰冠冠，从从太太平平洋洋驶进大大西西洋洋，完完成成了了常常规动力力潜潜艇艇所所无无法法想想象象的的壮壮举。从从此此之之后后美美国国不不再再建建造常造常规动力潜艇。力潜艇。“鹦鹉螺螺”下水盛况下水盛况29.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应l水面排水量水面排水量3180吨吨l最大最大长度度98.6ml下潜深度下潜深度210ml最大水下航速，最大水下航速，23节l1座座压水堆，堆水堆，堆热功率功率5060MWl装置装置轴功率功率13400hp30.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应二、核二、核动力装置的力装置的优点点第一、核能最根本的特点是核燃料具有极第一、核能最根本的特点是核燃料具有极高的能量密度高的能量密度。1kg可裂可裂变物物质铀完全分裂所完全分裂所产生的能量，大生的能量，大约相当于相当于2800t优质煤或煤或2100t燃油充分燃燃油充分燃烧后的能量。后的能量。第二、由于核反第二、由于核反应与燃与燃烧反反应不同，核裂不同，核裂变过程程不依不依赖氧气氧气，核，核动力装置不需要像常力装置不需要像常规动力那力那样需要大量氧气。需要大量氧气。第三、核第三、核动力装置的力装置的功率大功率大，本身不需要携，本身不需要携带大量燃料，大量燃料，使船舶具有使船舶具有较高的平均航速和高的平均航速和较大大续航力。航力。第四、核第四、核动力装置力装置运行运行较为稳定定，且又易于控制，其，且又易于控制，其负荷跟随特性也比荷跟随特性也比较好。好。31.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应三、原子核反三、原子核反应原子是由原子是由质子、中子和子、中子和电子子组成的。世界上一切成的。世界上一切物物质都是由原子构成的，任何原子都是由都是由原子构成的，任何原子都是由带正正电的的原子核和原子核和绕原子核旋原子核旋转的的带负电的的电子构成的。一子构成的。一个个铀-235原子有原子有92个个电子，其原子核由子，其原子核由92个个质子和子和143个中子个中子组成。成。50万个原子排列起来相当一根万个原子排列起来相当一根头发的直径。如果把原子比作一个巨大的的直径。如果把原子比作一个巨大的宫殿，其原殿，其原子核的大小只是一子核的大小只是一颗黄豆黄豆,而而电子相当于一根大子相当于一根大头针的的针尖。一座尖。一座100万千瓦的火万千瓦的火电厂，每年要厂，每年要烧掉掉约330万吨煤，要用万吨煤，要用许多列火多列火车来运来运输。而同。而同样容容量的核量的核电站一年只用站一年只用30吨燃料。吨燃料。1.原子的原子的组成成32.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应原子核一般是由原子核一般是由质子和中子构成的，最子和中子构成的，最简单的的氢原子核只有一个原子核只有一个质子，子，原子核中的原子核中的质子数（即原子序数）决定了子数（即原子序数）决定了这个原子属于何种元素，个原子属于何种元素，质子数和子数和中子数之和称中子数之和称该原子的原子的质量数。量数。质子数相同而中子数不同的一些原子，或者子数相同而中子数不同的一些原子，或者说原子序数原子序数相同而原子相同而原子质量数不同的一些原子，它量数不同的一些原子，它们在化学元素周期表上占据在化学元素周期表上占据同一个位置，称同一个位置，称为同位素。所以，同位素。所以，“同位素同位素”一一词用来确指某个元用来确指某个元素的各种原子，它素的各种原子，它们具有相同的化学性具有相同的化学性质。同位素按其同位素按其质量不同量不同通常分通常分为重同位素重同位素(如如铀-238、铀-235、铀-234和和铀-233）和）和轻同位同位素（如素（如氢的同位素有的同位素有氘、氚）。）。2.原子核的原子核的结构构3.同位素同位素33.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应在在50多年前，科学家多年前，科学家发现铀-235原子核在吸收一个中子以后能分裂，原子核在吸收一个中子以后能分裂，同同时放出放出23个中子和大量的能量，个中子和大量的能量，放出的能量比化学反放出的能量比化学反应中中释放出的能放出的能量大得多，量大得多，这就是核裂就是核裂变能，也就是能，也就是我我们所所说的核能。的核能。原子原子弹就是利用原子核裂就是利用原子核裂变放出放出的能量起的能量起杀伤破坏作用，而核破坏作用，而核电反反应堆也是利用堆也是利用这一原理一原理获取能量，所不取能量，所不同的是，它是可以控制的。同的是，它是可以控制的。4.核能核能34.第五章第五章船舶核船舶核动力装置力装置5.1原子核反原子核反应5、核能如何核能如何释放放爱因斯坦能因斯坦能质定理定理释放原子能的两种方法：放原子能的两种方法：l核聚核聚变l核裂核裂变35.