船舶動(dòng)力裝置概論第九次.ppt

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上節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容 3 3燃燒室燃油霧化與噴油嘴燃燒室結(jié)構(gòu)的新發(fā)展燃燒室的故障 3 4燃?xì)鉁u輪概述結(jié)構(gòu)渦輪葉片冷卻3 5船用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展國(guó)外艦船用燃?xì)廨啓C(jī)概況國(guó)內(nèi)艦船用燃?xì)廨啓C(jī)概況 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 3 一 概述 燃?xì)鉁u輪是燃?xì)廨啓C(jī)的另一主要部件 它的功用是把來(lái)自燃燒室的高溫 高壓燃?xì)庵械牟糠譄崮芎蛪毫δ苻D(zhuǎn)換成機(jī)械功 用以帶動(dòng)壓氣機(jī) 附件和外負(fù)荷 船舶螺旋槳或發(fā)動(dòng)機(jī) 按燃?xì)饬鲃?dòng)方向 燃?xì)鉁u輪可分為軸流式和徑流式 而徑流式又可分為離心式和向心式 因離心式效率很低 故很少使用 船舶燃?xì)廨啓C(jī)多應(yīng)用軸流式渦輪 其特點(diǎn)是功率大 燃?xì)鉁囟雀?轉(zhuǎn)速高 效率高 同時(shí)對(duì)其尺寸 重量也有嚴(yán)格的要求 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 4 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 5 軸流式渦輪中 按轉(zhuǎn)子數(shù)目不同可分為單轉(zhuǎn)子 雙轉(zhuǎn)子和三轉(zhuǎn)子三種 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 6 1 必須有足夠高的效率 2 必須能承受高溫 熱沖擊和熱應(yīng)力的作用 3 外廓尺寸要求 結(jié)構(gòu)要緊湊 重量要輕 4 充分考慮渦輪部件的冷卻問(wèn)題 以滿足燃?xì)廨啓C(jī)不斷增長(zhǎng)的性能和可靠性等方面的要求 5 充分注意零部件和組件的熱定心問(wèn)題 渦輪的工作條件也十分惡劣 高溫 高轉(zhuǎn)速 頻繁劇烈熱沖擊 不均勻加熱以及由于轉(zhuǎn)子不平衡和燃?xì)鈮毫?流量脈動(dòng)造成的不平衡負(fù)荷的作用 渦輪是燃?xì)廨啓C(jī)中熱負(fù)荷最大的部件 因此 對(duì)渦輪的設(shè)計(jì)提出以下要求 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 7 二 結(jié)構(gòu) 渦輪有轉(zhuǎn)子和靜子兩部分組成 1 轉(zhuǎn)子 渦輪轉(zhuǎn)子是渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分的總稱 由渦輪盤(pán) 渦輪軸 工作葉片及連接零件等組成 這些基本要求是 采用優(yōu)質(zhì) 抗腐蝕 耐高溫的結(jié)構(gòu)材料 采用有效的冷卻 隔熱 均溫 潤(rùn)滑密封方法和合理的結(jié)構(gòu)形式 以避免和減少零部件 組件的熱應(yīng)力 熱變形 熱疲勞和振動(dòng) 保證轉(zhuǎn)子工作時(shí)具有高的效率 良好的熱定心 具有可靠的聯(lián)接 足夠的強(qiáng)度 并使轉(zhuǎn)子具有盡可能緊湊的結(jié)構(gòu) 小尺寸和輕重量 以及足夠長(zhǎng)的使用壽命 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 8 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 9 渦輪盤(pán)與渦輪軸在聯(lián)接處承受很大負(fù)荷 有扭矩 軸向力 轉(zhuǎn)子重量 慣性力及不平衡力引起的彎矩 以及由轉(zhuǎn)子不平衡 燃?xì)鈮毫γ}動(dòng)等原因造成的振動(dòng)負(fù)荷 此外 還處在較高的溫度環(huán)境下工作 具有一定的熱負(fù)荷 應(yīng)減少輪盤(pán)向軸和軸承的傳熱 盤(pán)與軸的聯(lián)接分為不可拆式和可拆式兩大類結(jié)構(gòu)形式 1 不可拆式結(jié)構(gòu) a 銷釘聯(lián)接 b 整體結(jié)構(gòu)或焊接 2 可拆式結(jié)構(gòu) a 螺釘聯(lián)接 b 短螺栓聯(lián)接 1 盤(pán)與軸的聯(lián)接 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 10 在多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子中 盤(pán)與盤(pán)之間的聯(lián)接與是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題 盤(pán)與盤(pán)間的聯(lián)接也分為不可拆卸和可拆卸兩種結(jié)構(gòu) 2 盤(pán)與盤(pán)的聯(lián)接 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 11 葉片用樅樹(shù)型榫頭和輪盤(pán)聯(lián)結(jié) 葉片靠楔形根部上的樅樹(shù)型齒裝在渦輪盤(pán)上的相應(yīng)齒槽內(nèi) 齒面承受葉片離心力彎曲力矩作用而承受剪力和彎曲 齒的工作表面承受擠壓 榫頭各個(gè)截面承受拉伸 3 工作葉片與輪盤(pán)的聯(lián)接 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 12 靜葉的安裝形式有多種 靜葉內(nèi)環(huán)和渦輪輪盤(pán)間必須有密封防止漏泄的措施 以提高渦輪的效率 2 靜子 靜子包括靜葉 機(jī)匣和所有的靜止零件 機(jī)匣是圓柱或圓錐形的薄殼體 是燃?xì)廨啓C(jī)主承力系統(tǒng)的重要部件之一 渦輪軸承的支撐靠機(jī)匣傳力到安裝支點(diǎn) 通常為了加工和安裝方便 機(jī)匣是分段的 各段間用法蘭連接 此連接應(yīng)保證有足夠的剛度 在熱態(tài)工作時(shí)不應(yīng)使剛度減小 在軸向和徑向的定位面設(shè)計(jì)時(shí)必須保證上述要求 動(dòng)葉頂部同機(jī)匣內(nèi)表面的間隙 對(duì)于動(dòng)葉工作效率和可靠性有很大影響 同時(shí)冷態(tài)和熱態(tài)的間隙會(huì)有變化 特別是在停機(jī)時(shí) 機(jī)匣冷卻較快 而內(nèi)部的動(dòng)葉冷卻較慢 此時(shí)務(wù)必防止發(fā)生動(dòng)葉與靜葉相互刮磨的現(xiàn)象 以提高可靠性 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 13 三 渦輪葉片的冷卻 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 14 透平第一級(jí)涂層 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 15 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 16 氣冷葉片的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種形式 1 對(duì)流冷卻2 噴射式冷卻3 氣膜冷卻4 發(fā)散冷卻 為了提高燃?xì)獬鯗氐母邩?biāo)準(zhǔn)要求 必須把研制開(kāi)發(fā)高級(jí)耐熱合金 在熱端零件表面噴涂屏障涂層和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的高溫渦輪冷卻技術(shù) 三者很好的結(jié)合起來(lái)才能更有效 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 17 冷卻空氣流經(jīng)葉片內(nèi)壁上的冷卻孔通道或縫隙時(shí) 冷卻空氣與葉片壁面發(fā)生對(duì)流換熱 把葉身上的熱量帶走 從而達(dá)到冷卻的目的 冷卻效果一般為200 250 冷卻孔通道的形狀可有多種 如圓孔形 三角形 翼形或扁形孔等 1 對(duì)流冷卻 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 18 2 噴射式冷卻 利用冷卻空氣形成的一股或多股射流對(duì)著被冷卻表面噴射 以增大葉片型面與冷卻空氣之間的換熱系數(shù) 增強(qiáng)冷卻效果 這種噴射式冷卻方式可以用在渦輪工作葉片上 但更普遍的還是用在導(dǎo)向渦輪器葉片上 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 19 3 氣膜冷卻 冷卻空氣從葉盆端部進(jìn)入葉盆內(nèi)部 而后透過(guò)壁面上的小孔流出 在順著燃?xì)夥较虻娜~盆外壁處形成一層空氣氣膜 此氣膜把葉片外表面與熾熱的燃?xì)飧綦x開(kāi)來(lái) 從而達(dá)到隔熱 冷卻的目的 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 20 4 發(fā)散冷卻 葉片用疏松多孔透氣的材料制成 或在空心葉片壁面上采用電火花或電子束 激光打孔等工藝方法加工出大量密布的直徑很小的小孔 葉片內(nèi)腔的冷卻空氣會(huì)透過(guò)葉片壁面上無(wú)數(shù)的微孔和小孔滲出 由于孔徑小 氣流射流穿透深度淺 透過(guò)壁面后很快形成緊貼外壁面的冷氣層 第三章船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置 3 4燃?xì)鉁u輪 21 渦輪葉片冷卻技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 3 5船用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展 22 1 2 3 內(nèi)容提要 引言 國(guó)外艦船用燃?xì)廨啓C(jī)概況 國(guó)內(nèi)艦船燃?xì)廨啓C(jī)概況 1 四個(gè)發(fā)展階段萌芽階段 20世紀(jì)之前 工業(yè)試用階段 20世紀(jì)初 實(shí)用階段 20世紀(jì)中期 發(fā)展階段 20世紀(jì)后期 2 沿革從20世紀(jì)初初步試驗(yàn)成功 到制造出有價(jià)值的裝置花約40年 20世紀(jì)50年代 在航空領(lǐng)域取得主宰地位 20世紀(jì)60年代 航改機(jī)盛行 發(fā)達(dá)國(guó)家海軍推行 全燃化 開(kāi)始用于調(diào)峰發(fā)電及輸油輸氣管線 20世紀(jì)70年代 陸 海用燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)量繼續(xù)增長(zhǎng) 坦克開(kāi)始正式使用燃?xì)廨啓C(jī) 聯(lián)合循環(huán)電站得到快速發(fā)展 20世紀(jì)80 90年代 燃?xì)廨啓C(jī)性能得以大幅度提高 新型熱力循環(huán)相繼得到發(fā)展 CC STIG HAT ICR 低NOx技術(shù)廣泛應(yīng)用 燃用多種燃料 一 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展歷史 24 二 艦用燃?xì)廨啓C(jī)概況 艦用燃?xì)廨啓C(jī)是繼艦用蒸汽輪機(jī)和柴油機(jī)之后的新一代發(fā)動(dòng)機(jī) 它具有單機(jī)功率大 體積小 重量輕 機(jī)動(dòng)性好 污染小 效率高 排氣熱量可綜合利用 振動(dòng)小 無(wú)往復(fù)機(jī)構(gòu) 可靠性高等特點(diǎn) 艦用燃?xì)廨啓C(jī)已成為各海軍大國(guó)主要發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)種 得到廣泛的應(yīng)用 從幾百噸的高速小艇 高性能船到驅(qū)護(hù)艦 航母等中 大型艦船 都普遍采用燃?xì)廨啓C(jī)作動(dòng)力 使用形式有全燃 柴燃 燃蒸 燃?xì)廨啓C(jī)和電力推進(jìn) 燃電 等聯(lián)合動(dòng)力 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 截止2001年底 全世界已有1340艘艦船裝有3313臺(tái)艦用燃?xì)廨啓C(jī) 25 三 艦用燃機(jī)目前技術(shù)水平和主要廠商 艦用燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)進(jìn)展迅速 綜合性能不斷提高 單機(jī)功率已達(dá)50MW MT50 壓比25以上 燃?xì)獬鯗匾殉?400 效率高達(dá)42 1kg工質(zhì)所發(fā)出的功率 即比功率為318kW kg s 大修周期可達(dá)50000 60000小時(shí) 世界上能生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)的公司約有22家 但絕大部分艦用燃?xì)廨啓C(jī)只集中于四家制造公司 美國(guó)通用電氣 GE 公司 英國(guó)羅爾斯 羅伊斯 RR 公司 美國(guó)普拉特 惠特尼 P W 公司和烏克蘭的 機(jī)器設(shè)計(jì)科研生產(chǎn)聯(lián)合體 使用較多的機(jī)型有LM2500 奧林普斯 SMIA和SMIC 目前艦用燃?xì)廨啓C(jī)大多為航空改型機(jī) 專用化設(shè)計(jì)的艦用燃?xì)廨啓C(jī)主要是烏克蘭的燃?xì)廨啓C(jī)系列 26 四 艦用燃?xì)廨啓C(jī)主要發(fā)展方向 一 繼續(xù)發(fā)展高初參數(shù)的簡(jiǎn)單循環(huán) 進(jìn)一步提高燃?xì)獬鯗?同時(shí)也相應(yīng)地提高壓比 其中冷卻技術(shù)的改進(jìn)可使燃?xì)獬鯗仄骄磕晏岣呒s25 而耐高溫材料的開(kāi)發(fā)可使燃?xì)獬鯗仄骄磕晏岣?0 目前研制的工程陶瓷材料 其耐熱溫度可達(dá)1600 二 發(fā)展復(fù)雜循環(huán) 充分利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣熱量 提高機(jī)組總的效率 為此 采用了回?zé)嵫h(huán)和燃蒸復(fù)合循環(huán) 三 進(jìn)一步完善燃?xì)廨啓C(jī)各主要部件的性能 提高部件效率 四 大力發(fā)展小功率燃?xì)廨啓C(jī) 27 4 1國(guó)外艦船燃?xì)廨啓C(jī)概況 LM系列包括LM500 LM1600 LM2500 LM2500 LM6000等型燃?xì)廨啓C(jī) 目前 國(guó)際上有27個(gè)國(guó)家的海軍選用約1000臺(tái)GE公司的船用燃?xì)廨啓C(jī) 安裝在388艘船上 在商船領(lǐng)域 有82臺(tái)LM系列機(jī)以不同的布置形式 在45艘船上使用 有機(jī)械推進(jìn)也有電力推進(jìn) LM系列燃?xì)廨啓C(jī)作為推進(jìn)主機(jī)和原動(dòng)機(jī)能成功投入使用是因?yàn)?效率 盡可能獲得與負(fù)荷匹配的功率 人員配備 最少的人員操作 信號(hào)特征 減少噪聲和排放污染 全壽期費(fèi)用 最低 4 1 1GE公司LM系列燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用情況 28 29 臺(tái)架試驗(yàn)的LM2500 燃?xì)廨啓C(jī) 30 4 1 2WR 21艦用燃?xì)廨啓C(jī) WR 21由美國(guó)諾思羅普 格魯曼公司 負(fù)責(zé)系統(tǒng)總成 英國(guó)RR公司 負(fù)責(zé)燃?xì)廨啓C(jī) 美國(guó)AlliedSignal公司 負(fù)責(zé)回?zé)崞髋c中冷器 和加拿大的CAE公司 負(fù)責(zé)控制 聯(lián)合組成的國(guó)際工業(yè)集團(tuán)研制 在各部件和整機(jī)嚴(yán)格試驗(yàn)的基礎(chǔ)上 進(jìn)行了兩個(gè)500h的耐久試驗(yàn) 總計(jì)超過(guò)2100試驗(yàn)小時(shí) 已有美國(guó)DD21 最近有報(bào)導(dǎo)擬采用MT30燃?xì)廨啓C(jī) 和英國(guó)45型等多型艦船擬采用WR 21燃?xì)廨啓C(jī) 31 WR 21艦用燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)特點(diǎn) WR 21以RR公司的航機(jī)RB211 超過(guò)1億飛行小時(shí) 為核心機(jī) 技術(shù)特點(diǎn) 一 位于高 低壓氣機(jī)之間有中間冷卻器 冷卻了進(jìn)入高壓壓氣機(jī)的空氣 以減少高壓壓氣機(jī)的壓縮功 改進(jìn)了高壓軸效率并增加約25 的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率 二 采用回?zé)崞骰厥张艢庥酂崽岣咝?三 動(dòng)力渦輪的第一級(jí)采用可變幾何尺寸導(dǎo)葉 提高了在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的效率 32 WR 21與幾型艦用燃?xì)廨啓C(jī)的比較 33 WR 21模塊化部件在箱裝體內(nèi)的布置 34 4 1 3MT30艦用燃?xì)廨啓C(jī) MT30是英國(guó)RR公司在航機(jī)Trent800基礎(chǔ)上 裝在波音777民用飛機(jī)上 1995年以來(lái)Trent發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)飛行超過(guò)500萬(wàn)飛行小時(shí) 于1996到1999年進(jìn)行船用化改裝的簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)據(jù)悉 美國(guó)快船公司已訂購(gòu)25臺(tái) 作265米橫渡大西洋超級(jí)高速貨船 4艘 的動(dòng)力 航速40kn 每船五臺(tái)MT30驅(qū)動(dòng)五臺(tái)KaMeWa噴水推進(jìn)裝置 RR公司于2005年初提供MT30發(fā)電機(jī)組 作為美國(guó)海軍未來(lái)水面艦船DD X 綜合電力系統(tǒng)發(fā)電模塊 進(jìn)行工程研制試驗(yàn) 35 MT30機(jī)組結(jié)構(gòu) MT30低壓壓氣機(jī)8級(jí) 靜葉片均為變幾何尺寸葉片 高壓壓氣機(jī)6級(jí) 高 低壓壓氣機(jī)的渦輪均為單級(jí) 動(dòng)力渦輪為4級(jí) 36 4 1 4MT50艦用燃?xì)廨啓C(jī) MT50是英國(guó)RR公司由航空發(fā)動(dòng)機(jī)Trent800船用化改裝的簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī) 采用三軸設(shè)計(jì) 是目前世界上功率最大 50MW 效率最高 42 的船用燃?xì)廨啓C(jī) 是未來(lái)高速渡船 大型船舶的理想動(dòng)力 37 4 1 5LM6000船用燃?xì)廨啓C(jī) 美國(guó)GE公司的LM6000船用燃?xì)廨啓C(jī) 是目前功率較大 效率較高的簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)之一 由CF6 80C2航機(jī)艦改的LM6000 功率42 75MW 排氣流量123 8kg s 效率40 油耗0 213kg kWh 排氣溫度456 動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速3600r min 機(jī)重8169kg 尺寸長(zhǎng)為7 3m 高2 5m 用于工業(yè)發(fā)電的LM6000已超過(guò)600臺(tái) 38 4 1 6英國(guó)SMIC艦用燃?xì)廨啓C(jī) SMIC艦用燃?xì)廨啓C(jī)功率17 56MW 燃?xì)獬鯗?493 空氣流量65kg s 效率37 2 尺寸7 5 2 29 3 08m 重量25 69t 39 4 1 7FT8燃?xì)廨啓C(jī) FT8燃?xì)廨啓C(jī)是美國(guó)普惠公司航機(jī)改型的船用和工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī) 功率24 26MW 效率37 3 空氣流量82 7kg s 油耗0 228kg kWh 尺寸8 4 2 6 2 6m 重量23t 40 4 2我國(guó)艦用燃?xì)廨啓C(jī)概況 中國(guó)艦用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期 四個(gè)發(fā)展階段 1 仿制階段 404機(jī)組 2 自行設(shè)計(jì)自行階段 401 401 機(jī)組 3 航機(jī)改裝階段 407 409 410A 410B機(jī)組 4 引進(jìn)技術(shù) 國(guó)產(chǎn)化階段 41 407船用燃?xì)廨啓C(jī) 42 試車臺(tái)上的409發(fā)動(dòng)機(jī) 43 410A艦用燃?xì)廨啓C(jī) 44 國(guó)產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī) 45 高溫部件 噴嘴和動(dòng)葉 采用超級(jí)鎳基 鈷基高溫合金和定向結(jié)晶材料 應(yīng)用陶瓷耐熱涂層 高溫部件采用閉式蒸汽冷卻 低排放技術(shù) 燃用多種燃料 發(fā)展新型循環(huán) 特別是燃蒸聯(lián)合循環(huán) 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 46 第三章燃?xì)廨啓C(jī) 47 參觀時(shí)間 2014年9月25日314班10 20 10 50315班11 00 11 30316班11 40 12 10參觀地點(diǎn) 動(dòng)力樓3號(hào)實(shí)驗(yàn)樓1樓帶領(lǐng)老師 王志濤13796629682