舰用汽轮机是一种将蒸汽的热能转换为机械能的旋转式动力装置,其工作原理是利用锅炉产生的高温高压蒸汽推动叶轮转动,从而提供动力。汽轮机通常分为冲动式和反动式两种类型。冲动式汽轮机中,蒸汽主要在喷嘴中膨胀,动叶片只受到高速气流的冲动力;而反动式汽轮机中,蒸汽不仅在喷嘴中膨胀,还在叶片中膨胀,动叶片既受到高速气流的冲动力,同时受到蒸汽在叶片中膨胀时产生的反作用力;
船用蒸汽动力锅炉是船舶动力系统的重要组成部分,其主要功能是通过燃烧燃料产生高温高压的蒸汽,为船舶提供推进动力和其他服务。根据不同的工作原理和结构特点,船用锅炉可以分为水管锅炉和火管锅炉两大类。
在设计和应用方面,船用蒸汽锅炉需要适应船舶在航行过程中可能遇到的各种环境条件,如摇摆、倾侧和冲击等。此外,锅炉的设计还需考虑到蒸汽动力机械频繁和大幅度改变负荷的需求,因此通常具有一定的汽、水贮存容积。
在蒸汽动力系统中,锅炉产生的蒸汽经过减压阀组减压后输送至各需要加热的地方,如油舱、设备等,并通过大气冷凝器冷却后返回热井。此外,为了提高能源利用效率,一些船舶还采用了废气锅炉来回收主机排放的废热。
舰用汽轮机的特点:
功率大:现代船用汽轮机的单机功率可达7.5x10^4 kW以上。例如,舰用主汽轮机一般为多缸式,最大功率达51450千瓦(7万马力)。
高效性:在低负荷时,蒸汽先流过高压端,再进入中压端,按串联进汽方式工作,以提高效率;高负荷时,蒸汽同时进入高压端和中压端,按并联进汽方式工作,以增加蒸汽流量。
可靠性高:汽轮机装置具有单机功率大、使用寿命长的特点,适用于大型水面舰船及核潜艇等装备。
经济性:未来船用汽轮机的总功率、经济性及自动化程度将进一步提升。
结构复杂:舰用汽轮机常采用串、并联进汽方式,并且具有复杂的结构设计,如内旁通汽轮机、外旁通汽轮机、带巡航汽轮机的汽轮机组及串—并联汽轮机等
安全性要求高:由于舰船对振动和噪音要求严格,汽轮机组需要减振措施以保证可靠稳定运行。
机动性:舰船汽轮机通常设置倒车汽轮机,这是对主推进动力提出的一项机动性指标,是舰船汽轮机中不可缺少的组成部分。
带巡航汽轮机是一种通过离合器与高压汽轮机连接的装置,可以在高、低工况下分别独立工作。这种结构形式能够减少空转损失,从而提高经济性。其基本工作原理是利用高温高压蒸汽推动转子旋转,将热能转化为机械能。蒸汽在进入汽轮机后,依次通过一系列环形配置的喷嘴和动叶,实现能量转换
KVG-4型锅炉
KVG-4型锅炉是一种增压锅炉,广泛应用于多艘航母上。KVG-4型锅炉每小时能产生115吨高压蒸汽,每艘航母配备八台这样的锅炉,总供汽量为920吨。这种锅炉的尺寸为宽5050毫米、高5848毫米、长5800毫米,锅重52.5吨,炉重52.7吨。过热蒸汽温度:过热蒸汽温度可达470度。
KVG-4型锅炉在在俄罗斯的“库兹涅佐夫”号航母号航母上使用。这种锅炉在满负荷工作状态下,驱动压气机需要5.9兆瓦的功率,其中0.8兆瓦由辅助汽轮机提供,剩下的5.1兆瓦由烟气轮机提供。
KVG-4型锅炉的增压设计使其蒸汽压力上升速度快,适合舰船使用。这种锅炉的总功率可达20万马力,足以支持6万吨级的航母实现30节以上的最高航速。
TB-12蒸汽轮机是一种前苏联研制的大型船用蒸汽动力装置,主要用于各类舰船的动力系统。TB-12蒸汽轮机的功率为45000马力,是TB-8蒸汽轮机的升级版本,而TB-8的功率为36000马力,。TB-8蒸汽轮机是苏联研制的,主要用于排水量3950吨的“科特林”级驱逐舰,其功率为36000马力。TB-8蒸汽轮机曾被用于中国051型驱逐舰,并且国产型号为453型蒸汽轮机
瓦良格号航母装备了8座KVG-4立式增压锅炉和4台TV-12-4蒸汽轮机航速超过30节的。
TB-12蒸汽轮机的技术特点包括其结构相对简单,主要由汽缸、喷嘴、转子、动叶、静叶、隔板、汽封、轴承和冷凝器等部件组成
此外,东大还对TB-12蒸汽轮机进行了国产化改进,推出了功率更高的国产改进型蒸汽轮机,单台功率达到了50000马力,总功率超过200000马力。这种蒸汽轮机的技术要求相对不高,但需要通过不断的技术积累和改进来提高其性能和可靠性