轮机导论-第3讲-船舶动力装置- 舰船燃气轮机装置
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船舶动力装置概论..课件
简单循环燃气轮机
由压气机、燃烧室和涡轮机组成，结构简单，适用于中小型 船舶。
复合循环燃气轮机
在简单循环基础上增加回热器和再热器，提高能源利用率和 功率输出，适用于大型船舶和豪华游艇。
05
船舶核能动力装置
核能工作原理
核能工作原理
核能动力装置利用核反应释放 出的能量，通过一连串的物理 和化学反应，最终转化为推进
0 控制系统 4控制系统用于监测和控制蒸汽
轮机的运行状态，确保其安全 、稳定地运行。
蒸汽轮机的类型与特点
简单循环蒸汽轮机
简单循环蒸汽轮机是最基本的蒸汽轮机类型，由 锅炉、汽轮机和凝汽器组成，效率较低。
复合循环蒸汽轮机
复合循环蒸汽轮机由两个或多个简单循环组成， 通过增加热力循环提高效率。
热电联产蒸汽轮机
主要用于大型船舶推进和 发电，具有体积大、重量 重、转速低、功率大等特
点。
中速柴油机
介于轻型高速柴油机和重 型低速柴油机之间，具有 较好的通用性和经济性，
广泛应用于各类船舶。
03
船舶蒸汽轮机动力装置
蒸汽轮机工作原理
蒸汽轮机是一种利用蒸汽 推动叶轮旋转的发动机， 其工作原理基于热力学原 理。
高温高压蒸汽进入蒸汽轮 机，通过喷嘴将蒸汽喷射 到叶片上，使叶轮旋转， 将热能转化为机械能。
曲轴连杆机构
包括曲轴、连杆、活塞等部件，将热能转 化为机械能。
配气机构
控制进气和排气的过程，包括气门、凸轮 轴等部件。
燃油系统
包括燃油泵、喷油嘴等部件，负责提供燃 油和喷射燃油。
柴油机的类型与特点
轻型高速柴油机
主要用于小型船舶推进和 辅助机械，具有体积小、 重量轻、转速高、功率大
【2017年整理】船舶动力装置综述
船舶动力装置(marine power plant)综述推进船舶和为船舶提供其他所需的动力和能源(电、蒸汽、热水、压缩空气、压力液体等)的全部动力设备。
组成船舶动力装置主要由推进动力装置和辅助动力装置组成。
推进动力装置也称主动力装置，是提供推进动力的成套动力设备，由主机、主锅炉、传动装置和轴系、推进器以及为这些推进设备服务的辅助设备、管系和仪表所组成。
①主机:用于船舶推进的热力发动机,有蒸汽机、汽轮机、柴油机、汽油机和燃气轮机等。
对于无推进器的工程船舶,用于驱动主发电机、液压油泵或工程机械(如泥浆泵)等的发动机也称为主机。
②主锅炉：在蒸汽动力装置中利用燃料燃烧的热量产生蒸汽，主要供给主机做功的蒸汽发生器。
现代汽轮机动力装置均采用水管式锅炉。
船舶上除主机和主锅炉以外的其他辅助机械和动力设备统称为辅机。
③传动装置：将主机功率传递给轴系和推进器，并根据需要起减速、倒顺车、调速、并车或分车、离合等作用的装置。
④轴系：从主机(或传动装置)输出法兰到螺旋桨之间的传动轴设备。
它的作用是将主机的能量传给螺旋桨，螺旋桨产生的推力又传给船体，从而推动船舶运动。
轴系由推力轴和推力轴承(或附设于主机)、艉轴(或螺旋桨轴)、连接艉轴与推力轴的中间轴、轴承、联轴节、艉轴管装置等组成。
轴系的长短视主机位置而定，主机布置在艉部时轴系可显著缩短。
单轴系船舶的轴系布置在船的舯纵剖面上，尽可能与船体基线平行；双轴系和多轴系则两舷对称布置。
用油润滑的艉轴轴承应有可靠的艉轴密封装置，以防外流损失和污染环境。
⑤推进器：它将主机的能量(或风力、人力)转换成使船舶运动的能量。
推进器有反作用式和主作用式两种。
明轮、喷水推进器和螺旋桨等均为反作用式，即利用水给推进器的反作用力推动船舶运动，而风帆则属主作用式。
螺旋桨是使用最广泛的一种推进器，可分为普通螺旋桨(即定螺距螺旋桨)和特种螺旋桨(如调距螺旋桨、导管螺旋桨、立桨)。
螺旋桨的转速越低、直径越大,效率就越高。
哈工程版《船舶动力装置概论》
哈工程版《船舶动力装置概论》第一章，总论1，船舶的主要性能指标有哪些？答：排水量△：船舶总重量，由空载重量LW和载重量DW组成；容积▽：水面航行船舶的水下部分的体积,也称作容积排水量；航速：1海里=1.852km续航力S：舰船在用尽全部燃料及其他消费品储量前，以恒速所航行过的距离称为续航力，以海里计；自给力T：舰船在海上航行，中途不补给任何储备品所能持续活动的时间称为自给力，以昼夜计；生命力：舰船能抵御战斗破坏或失事破损并保持其运载、战斗能力的性能称为生命力；机动性：舰船起锚开航、改变航速和航向的性能；隐蔽性：舰船在海上航行并完成战斗运输任务而不被敌方发现的性能；耐波性：舰船能在大风浪不良天气下完成任务的性能；2，船舶动力装置是由哪些装置系统组成的？答：推进系统：主机、传动设备、推进器辅助设备：发电副机组、辅助锅炉装置、压缩空气系统机舱自动化系统船舶系统3，船舶对动力装置有哪些要求？答：技术性能和经济性能，对于军用舰船来说着重于战术技术性能；而民用船舶则倾向于经济性能。
4，船舶动力装置的主要性能指标是什么？答：技术指标：功率指示，重量指标，尺寸指标经济指标：动力装置燃料消耗率，主机燃料消耗率，动力装置每海里航程燃料消耗量，动力装置有效热效率，动力装置的建造、运转及维修的经济性运行性能指标：机动性，可靠性，隐蔽性，遥控和机舱自动化，生命力5，高、中、低速柴油机的转速范围如何？答：低速机：300r/min，中速机：300-1000r/min,高速机：>1000r/min6，柴油机的消耗率一般是多少?答：低速机：160-180g/(kw.h)，中速机：150-220 g/(kw.h)，高速机：200-250 g/(kw.h) 7，柴油机的优缺点为何？答：优点：有较高的经济性、重量轻、具有良好的机动性缺点：单机功率低、柴油机工作中振动、噪声大，大修期限较短、柴油机在低速区工作时稳定性差，滑油消耗率高8，蒸汽轮机的优缺点为何，为什么主要应用在大型船舶上？答：单机功率很大；汽轮机叶轮转速稳定，没有周期性作用力，因此汽轮机组振动噪声小汽轮机工作时只是转子轴承处有摩擦阻力，故磨损部件少，工作可靠性高可以使用劣质燃油，滑油消耗率低结构简单、紧凑、管理使用方便，保养检修工作量小9，燃气轮机的主要优缺点及其应用场合？答：优点：单位功率重量尺寸小、机组功率较大。
《船舶动力装置》PPT课件
、尾管、尾密封装置 2、作用：支承，密封 3、尾轴承润滑方式及材料 水润滑轴承材料有：铁梨木、层压板（桦 木）、橡胶和强化塑料。 油润滑轴承材料用白合金（铅基或锡基） 4、尾密封装置 填料函型密封：用于水润滑的密封 Simplex 型密封：可用作油润滑的首尾密 封
P 2 辅机最大轴功率
2）机械负荷系数 K 2 P3 / P2
P3 机械实际使用功率
3）每组用电设备同时使用系数
K0 n / m m 同类机械总数 n 同类设备同时使用数目
4）电动机负荷系数
K3 K1 K2 P 3/P 1
5）同组设备实际所需电动机功率
P0 m K1 K 2 K 0 P 1 /
三、倒顺减速机组 平行轴式：体积大，传动扭矩大
行星齿轮式：体积小，传动扭矩小
四、并车机组
中速机并车优点： 1）尺寸小、重量轻 2）单机功率大 3）巡航或低速时，可停运部分发动机， 提高经济性 4）提高舰艇生命力 5）提高机动性 6）有利标准化 缺点：1）结构复杂、加工难度大 2）负荷分配不均时会使主机过 载 3）操纵控制复杂化
技术指标：功率、质量、尺寸 经济指标：油耗率、装置总效率、推进 热效率、每海里耗油率、运转-维修经济 性 性能指标：机动性、可靠性、自动-远操 纵性、拖曳性及隐蔽性
一、技术指标
1、功率指标 相对功率
Pe D Pp
Pp Pe c Cw
3 D2/3 3
第一章 总论
§1-1船舶动力装置的含义(definition)及组成 (composition) 一、含义：船上所有机械设备及系统的总称
任务：提供各种能量并通过应用这些能量以保证船 舶的正常航行、生活和作业。
P 2 辅机最大轴功率
2）机械负荷系数 K 2 P3 / P2
P3 机械实际使用功率
3）每组用电设备同时使用系数
K0 n / m m 同类机械总数 n 同类设备同时使用数目
4）电动机负荷系数
K3 K1 K2 P 3/P 1
5）同组设备实际所需电动机功率
P0 m K1 K 2 K 0 P 1 /
三、倒顺减速机组 平行轴式：体积大，传动扭矩大
行星齿轮式：体积小，传动扭矩小
四、并车机组
中速机并车优点： 1）尺寸小、重量轻 2）单机功率大 3）巡航或低速时，可停运部分发动机， 提高经济性 4）提高舰艇生命力 5）提高机动性 6）有利标准化 缺点：1）结构复杂、加工难度大 2）负荷分配不均时会使主机过 载 3）操纵控制复杂化
技术指标：功率、质量、尺寸 经济指标：油耗率、装置总效率、推进 热效率、每海里耗油率、运转-维修经济 性 性能指标：机动性、可靠性、自动-远操 纵性、拖曳性及隐蔽性
一、技术指标
1、功率指标 相对功率
Pe D Pp
Pp Pe c Cw
3 D2/3 3
第一章 总论
§1-1船舶动力装置的含义(definition)及组成 (composition) 一、含义：船上所有机械设备及系统的总称
任务：提供各种能量并通过应用这些能量以保证船 舶的正常航行、生活和作业。
船舶动力装置技术管理第三课件
辅助设备
为船舶提供其他辅助动力的设 备，如发电机组、泵和锅炉等。
船舶动力装置的特点与要求
特点
船舶动力装置具有高功率密度、可靠性、耐久性和经济性等特点，同时需要适 应船舶航行的特殊环境条件。
要求
船舶动力装置需要满足航速、推进效率和机动性等要求，同时应符合相关环保 标准，确保低排放和低噪音。
02
船舶动力装置技术管理的 重要性
及时处理
对于发现的故障，应及时进行处理，避免影 响船舶的正常运行。
05
船舶动力装置的节能减排 技术
节能减排的重要性
减少能源消耗
提高竞争力
节能技术可以降低船舶动力装置的能 源消耗，节约运营成本。
节能减排技术可以提高船舶的能效和 环保水平，增强船舶的市场竞争力。
降低排放
减排技术可以减少船舶动力装置的污 染物排放，保护环境。
节能减排技术的应用
优化船舶设计
采用先进的船舶设计理念和方法， 提高船舶的能效和稳定性。
使用高效发动机
采用高效、低排放的发动机，提高 能源利用效率。
应用智能控制技术
利用智能控制技术对船舶动力装置 进行优化控制，实现节能减排。
节能减排技术的发展趋势
新能源的应用
01
研发和应用新能源技术，如太阳能、风能等，替代传统能源。
更加集成化和协同化
未来的船舶动力装置技术管理将更加注重系统集成和协同工作，实 现设备之间的互联互通和高效协作。
感谢您的观看
THANKS
运行监控
通过仪表盘和控制系统实 时监测船舶动力装置的运 行状态，确保各项参数正 常。
清洁与整理
保持船舶动力装置的清洁， 及时清理灰尘和杂物，保 持设备整洁。
定期维护与保养
为船舶提供其他辅助动力的设 备，如发电机组、泵和锅炉等。
船舶动力装置的特点与要求
特点
船舶动力装置具有高功率密度、可靠性、耐久性和经济性等特点，同时需要适 应船舶航行的特殊环境条件。
要求
船舶动力装置需要满足航速、推进效率和机动性等要求，同时应符合相关环保 标准，确保低排放和低噪音。
02
船舶动力装置技术管理的 重要性
及时处理
对于发现的故障，应及时进行处理，避免影 响船舶的正常运行。
05
船舶动力装置的节能减排 技术
节能减排的重要性
减少能源消耗
提高竞争力
节能技术可以降低船舶动力装置的能 源消耗，节约运营成本。
节能减排技术可以提高船舶的能效和 环保水平，增强船舶的市场竞争力。
降低排放
减排技术可以减少船舶动力装置的污 染物排放，保护环境。
节能减排技术的应用
优化船舶设计
采用先进的船舶设计理念和方法， 提高船舶的能效和稳定性。
使用高效发动机
采用高效、低排放的发动机，提高 能源利用效率。
应用智能控制技术
利用智能控制技术对船舶动力装置 进行优化控制，实现节能减排。
节能减排技术的发展趋势
新能源的应用
01
研发和应用新能源技术，如太阳能、风能等，替代传统能源。
更加集成化和协同化
未来的船舶动力装置技术管理将更加注重系统集成和协同工作，实 现设备之间的互联互通和高效协作。
感谢您的观看
THANKS
运行监控
通过仪表盘和控制系统实 时监测船舶动力装置的运 行状态，确保各项参数正 常。
清洁与整理
保持船舶动力装置的清洁， 及时清理灰尘和杂物，保 持设备整洁。
定期维护与保养
轮机导论-第2讲-船舶动力装置1-蒸汽轮机动力装置分解
2）循环参数关系
(6)有效热量q0 循环的有效热量q0 ：
q0 q1 q2 (i1 i4 ) (i2 i3 )
(7)热效率ηt
循环热效率t ：
q1 q2 (i1 i4 ) (i2 i3 ) (i1 i2 ) (i4 i3 ) t q1 i1 i4 i1 i4
（2）对流换热
对流换热 (Convective heat exchange) ： 运动着的流
体与固体表面接触时的换热过程成为对流换热。
Q F t
-放热系数，W/(m2C)
t-温差，C
热工基础知识
（3）辐射换热
辐射换热(Radiation heat exchange)：靠电磁波中的可见光线 和红外线来传递热量。
③表压力pg(Gauge pressure)：用压力表测得的数值， pg=p-pb。 ④真空度pv(Vacuum)：用真空表测得的数值，pv=pbp。
a
pg
大气压力 大气压力
p
pv pb 0 pb p 0 pv=pb-p b
pg= p-pb
热工基础知识
(2)温度(Temperature, T)
温度：表示物质冷热程度的状态参数。温度的数值表示方法 ssssss叫做温标(Temperature scale) 。 华氏温标 (Fahrenheit) ：在标准大气压下，纯水冰点定为 32 度，沸点212度，两点间均分180等份，每份为1华氏度，记 作1F，符号tF。
q1 i1 i4
在T-S图上，此热量可用加热 线下的面积m-4-5-6-1-n-m表示。
2）循环参数关系
(2) 放出的热量q2
过程2-3是循环的等压放热过
轮机导论-第2讲-船舶动力装置2- 舰船燃气轮机装置
燃气涡轮的作用是将来自燃烧室的高温高压燃气的热 能转换成轴上的机械功，以驱动压气机和通过挠性联轴节、 减速装置驱动螺旋桨。下图表示出空气—燃气流经燃气轮 机时，其流速、压力和温度的变化情况。
在空气进入涡轮膨胀作功之前是由轴流式压气机先预 先压缩的。压气机由涡轮机驱动的传动轴带动的。轴流式 压气机是一种由多级静动叶相间组成的多级压气机。在动 静叶中，空气加速、扩压，以达到预定的压力。
R0110重型燃气轮机，航母动力系统15万马力
二．舰用燃气轮机装置的组成与原理
1、主要组成部分 轴流式压气机、燃烧室、驱动压气机的燃气轮机
（高压涡轮）、动力燃气轮机（低压涡轮）。
我们常把压气机、燃烧室和高压涡轮看作一个整体， 称为燃气发生器。
图 燃气轮机装置简图
2、工作原理
在运转中，燃气轮机的压气机由大气中吸入一定量的空气 并将其压缩到某一压力后就供向燃烧室以及燃烧室与机匣之间 的环形通道。流向燃烧室的那部分空气（称为一次空气）是供 给燃烧室作油气混合并燃烧用的，而流向环型通道的那部分空 气（称为二次空气）则是用作冷却燃烧室和掺混高温燃气的。
总结：燃气轮机作为军舰动力的优势
燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下， 同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一，
是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气
轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的，体积
小、功率大，非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。
总结：燃气轮机作为军舰动力的优势
燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃机的
转速是三种动力系统中最高的，但是由于整个转子十分
轻巧，在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。
而柴油机由于转子运动源于活塞的往复，加速较慢，蒸
《船舶动力装置》课件
PART 06
船舶动力装置的未来发展
新技术应用与展望
燃料电池技术
随着环保意识的增强，燃料电池作为一种清洁能源，在船舶动力 装置中的应用前景广阔，可有效降低碳排放。
电力推进系统
相较于传统的机械推进方式，电力推进系统具有更高的能效和灵活 性，未来可能成为大型船舶的首选动力形式。
数字化与智能化技术
通过引入先进的传感器、控制系统和大数据分析技术，实现对船舶 动力装置的智能监控、预测性维护和优化管理。
汽轮机
利用蒸汽做功，驱动船舶前进。
蒸汽发生器
将反应堆产生的热量传递给水，产生蒸汽。
循环泵
将冷却剂循环流动，将热量从反应堆带出。
核动力装置的运行与维护
启动与停机
按照规定的操作程序启动和停机，确保安全运行。
维护与检修
定期对核动力装置进行维护和检修，确保设备正常运行。
辐射防护
采取措施降低辐射对人员和环境的影响，确保安全运行。
2023-2026
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《船舶动力装置》 PPT课件
REPORTING
CATALOGUE
目 录
• 船舶动力装置概述 • 船舶柴油机 • 船舶燃气轮机 • 船舶蒸汽轮机 • 船舶核动力装置 • 船舶动力装置的未来发展
PART 01
船舶动力装置概述
船舶动力装置的定义与作用
定义
船舶动力装置是指为船舶提供推 进动力和辅助动力的所有设备、 设施和系统的总称。
船舶动力装置的市场趋势
市场竞争格局
01
全球船舶动力装置市场呈现寡头竞争格局，市场份额主要由几
家大型企业占据。
技术创新驱动
02
船舶动力装置的技术创新是市场发展的重要驱动力，拥有先进
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转速是三种动力系统中最高的，但是由于整个转子十分
轻巧，在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。
而柴油机由于转子运动源于活塞的往复，加速较慢，蒸
汽轮机更是“反应迟钝”，整个系统达到最高功率输出
可能需要长达一小时的时间。而启动速度，对于军舰的
气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃
图2-10 燃气轮机装置简单热力循环示意图
2、循环参数关系
理想压气机所消耗的功在P-V图上用面积12651来代表，即 lC=面积12651=i2 - i1 在进行绝热等熵膨胀过程中，工质所作功在P-V图上可用面积 34563来代表，即 lT=面积34563=i3 - i4
装置的循环有用功，即膨胀和压缩功之差，在P-V图上可用封 闭过程线所围面积12341来代表，即： T4 T2 lO lT lC 面积 12341 C P T3 (1 ) C P T1 ( 1) T3 T1
6 ）舰船燃气轮机的运行可靠性较好，其翻修寿命 有的已能达到 10000 小时以上。由于机组本身的重量尺 寸比较小，容易实现快速更换。这样就大大提高了舰船 的实际服役率。同时，也大大简化了舰上的维修保养工 作，有利于减少在舰人员； 7 ）与蒸汽轮机和柴油机动力装置相比，燃气轮机 的滑油消耗量比较低。目前已达1~5kg/h，故滑油储存舱 较小； 8 ）正由于燃气轮机轻巧，又容易实现全自动化监 控和远距离集中控制，故一般均将机组置于密闭机罩内 ，以利隔音、隔热、防化、防原，从而改善了机舱工作 条件。
i 4 i1 T4 T1 t 1 1 1 i3 i 2 T3 T2 q1 q2
由于1-2和3-4是绝热过程
T2 P2 ( ) T1 P1
K 1 K
及
T3 P3 ( ) T4 P4
K 1 K
P2 假定：循环增压比 P1
T3 循环温度升高比 T1
一．燃气轮机的发展历程
1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程。 1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮 机，其效率为 13 ％、功率为 370 千瓦，按等容加热循环工 作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多 重大缺点而被人们放弃。
一．燃气轮机的发展历程
随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气 体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问 题，同时在高温材料方面出现了能承受 600℃以上高温的 铬镍合金钢等耐热钢，因而在30年代中期出现了效率达85 ％的轴流式压气机。 1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率 达18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功。 1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验。 1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水， 它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力。 1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。
和有效功的输出，以至于使燃气轮机装置不能对外输出
有效功。因此，如何降低燃气轮机装置内部损失，提高
输出功率，是燃气轮机装置的重要研究课题。
三、燃气轮机装置的主要优缺点
1、优点 舰船燃气轮机动力装置自五十年代末期起，尤其是六 十年代中期以来，在水面舰船上得到极其广泛的应用（使 用范围和功率总数）。这完全在于舰用燃气轮机装置比其 它各种装置有着一些突出的优点所致，即： 1) 燃气轮机对舰船所需的功率指令反应迅速，从冷态 启动到发出全功只需 2~3 分钟，在紧急状态下，还可缩短 到1 分钟左右。为改善舰船的机动性和操纵性创造了优越 的条件； 2 ）舰船燃气轮机的单机功率比较大。单机功率已达 29400~36750KW ，有比较成熟的机组。因此，燃气轮机 的发展已为舰船航速的提高和动力装置的简化提供了有利 的条件；
1 1 t 1 1 m T2 T1
k 1 m k
m
l o C PT1[ (1
) 1]
m
3、结论
1）理想简单热力循环的效率 t ，只取决于增压比和 气体的绝热指数 k 。增压比越大，效率越高， K 越大效率
也增大，但k值变化小，所以对 t 的影响不大。
在T-S图中，定压加热线 2-3下的面积代表加入热量，亦为加热 终点和始点之焓差，并假定燃气定压比热CP不随温度而变是一个定 值，即： q1 =面积23872= i3 i2 C P (T3 T2 )
放给冷源的热量q2 为 q2 =面积41784= i4－i1=Cp(T4－T1) T-S图中封闭过程线所围面积代表循环有用功 l0，即 l0= q1－ q 2 = 面积12341 求装置的循环热效率，按定义
声系统和控制台等。
燃气轮机的基本工作原理和结构与蒸汽轮机大致相
同，皆有固定不动的导向叶轮和旋转的工作叶轮等部件 组成，所不同的是蒸汽轮机的工质是蒸汽，燃气轮机的
工质是燃气。同时，燃气轮机是采用反动式汽轮机，而
蒸汽轮机大多数采用冲动式汽轮机。
三． 简单热力循环过程
船舶燃气轮机装置是以空气和燃气为工质，在压气 机、燃烧室和燃气涡轮中经过一系列的热力过程，连续 地完成热循环后，才能不断地对外输出机械功。输出功 率的大小和装置热效率的高低，取决于热循环的型式和 工质的状态参数。
航空发动机研制没能突破相关技术瓶颈，与航空发 动机技术相通的舰用燃机更是无从谈起。在2004年，中 国一航开发研制的国产新型燃气轮机 QC185在珠海航展 上首次面世。而该机就是以太行核心机为基础改进的轻 型燃机，不过输出功率17兆瓦的水平也不足于我国目前 发展大型水面舰艇的需要。
QC185
R0110重型燃气轮机，航母动力系统15万马力
舰用燃气轮机装置几乎都采用简单的热力循环型式。
1、热力循环原理
图2-10为热力循环过程示意图。如图a）所示，大气 压状态的空气被压气机 1 吸入，空气在压气机中从 P1 压 缩到压力P2，整个压缩过程如图b）中1-2线段。
图2-10 燃气轮机装置简单热力循环示意图
根据热力学基本原理进行假设来研究循环过程，可把 实际过程理想化。假定在压缩过程中与外界无热交换和气 体无流动损失，可把压缩过程看作绝热等熵压缩过程，压 力和温度同时升高。当空气经过压气机后进入燃烧室 2 ， 同时向燃烧室喷入燃油，燃油和一次空气混合并在定压下 燃烧，形成高温燃气，图中线段 2-3 可看作等压加热过程。
lo max
2m
4）当理想简单热力循环的温度升高比 提高时，不仅 其lOmax的绝对值有所增加，而其相对应的 lo max 也增大。
4、讨论
而在实际简单循环中，在压气机和燃气轮机中，工质都
上面所讨论的是理想情况下的燃气轮机装置的循环，
存在流动损失，泄漏损失等；在燃烧室中存在燃烧不完
全损失等；同样气流在进排气道和燃烧室中还有气体的 流阻损失等。所有这些损失都会影响燃气轮机实际效率
2）理想简单热力循环，当 一定时，温度升高比 越
大则有效循环功lO就越大。但理想循环热效率 t 却是不变
的，因在循环中对工质所加入的热量
q1 增加，同时工质向
冷源放出的热量 q 2也随着增加。
3）当温升比 一定时，有效循环功lO在随增压比 变 化时，会出现一最大值lOmax，在lOmax时的增压比称有效功 最佳增压比 lo max 。此值可从循环有用功的表达式对 微 分取得到
3 ）舰船燃气轮机的重量尺寸，非常轻巧。单位功 率的机组重量已降低到 0.22~0.27Kg/KW, 它几乎是柴油 机的1/10。这一点极其可贵。它既能有效地缩小动力装 置的重量尺寸，增加燃油装载量、扩大通讯和武备的总 容量，又能提高生命力和续航力； 4 ）舰船燃气轮机的所有辅助系统和设备，均附设 于机组本体上，而且配有可靠的自动控制和调节设备。 因此，操作简便，容易实现全船自动化和远距离集中操 纵等； 5 ）因为燃气轮机是回转机械，又比较轻巧，结构 上容易实施合理的减振支承和挠性支承，所以机械噪音 源少，机械噪音量小，且不易通过舰体向水下传播，使 作战舰的隐避性有所改善；
图2-10 燃气轮机装置简单热力循环示意图
二次冷却空气经环形通道面渗入高温燃气，燃气温度降低 后再进入燃气轮机3和4。燃气在燃气轮机中膨胀作功，同 样假定燃气与外界无热交换，燃气无流动损失及泄漏，过 程 3-4 可看作绝热等熵膨胀过程。作过功的废气从烟囱排 入大气，由于燃气还具有一定热量，大气是一个无限的定 压空间，可把过程 4-1 看作等压放热过程，这就完成了装 置理想简单的热力循环。
本次授课目标
掌握燃气轮机的基本组成及其工作原理 掌握燃气轮机的热力循环过程 了解燃气轮机的优缺点及其应用
2.2 舰船燃气轮机装置
舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为主机的动
力装置。它将燃料的化学能转换成热能，继尔再转变成 机械功的回转式热机。 目前，舰用燃气轮机装置绝大多数是用航空燃气轮 机改为船用，因为航空型燃气轮机装置结构轻巧紧凑， 工作可靠，改装也较方便。
燃油和空气混合、燃烧后所产生的炽热气体，其温 度高达 1500 ～ 2000℃。这种高温燃气，必然要对燃烧室 进行强烈的辐射热交换和对流热交换。如果燃烧室的内
壁不进行冷却，那就极易烧环。所以保证在环形通道中
间有一定量的空气流过是很有必要的。另外，燃烧室的
高温燃气，如果直接流入燃气涡轮中，涡轮的材料也承
气轮机本身处于高速稳定转动当中，产生的噪声更多是
高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振
动噪声，恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点，导
致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适
合给反潜军舰作动力系统。
2、缺点 任何事物总是一分为二的。在舰艇燃气轮机动力装 置的发展中，与蒸汽、柴油机动力装置相比，还有许多 急待进一步研究解决的问题。譬如： 1 ）燃气轮机的油耗率与柴油机相比，还是偏高。 以美国比较先进的LM2500机组为例，其额定负荷下的燃 油消耗率已达240g/kw· h，接近中、高速柴油机的水平。 因此还有待进一步研究改进，以利节省燃油和增大舰船 续航力； 2）目前的舰船燃气轮机，几乎均使用轻柴油以上的 、低粘度、优质燃料油。这样，其燃料费用大大增加；
轻巧，在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。
而柴油机由于转子运动源于活塞的往复，加速较慢，蒸
汽轮机更是“反应迟钝”，整个系统达到最高功率输出
可能需要长达一小时的时间。而启动速度，对于军舰的
气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃
图2-10 燃气轮机装置简单热力循环示意图
2、循环参数关系
理想压气机所消耗的功在P-V图上用面积12651来代表，即 lC=面积12651=i2 - i1 在进行绝热等熵膨胀过程中，工质所作功在P-V图上可用面积 34563来代表，即 lT=面积34563=i3 - i4
装置的循环有用功，即膨胀和压缩功之差，在P-V图上可用封 闭过程线所围面积12341来代表，即： T4 T2 lO lT lC 面积 12341 C P T3 (1 ) C P T1 ( 1) T3 T1
6 ）舰船燃气轮机的运行可靠性较好，其翻修寿命 有的已能达到 10000 小时以上。由于机组本身的重量尺 寸比较小，容易实现快速更换。这样就大大提高了舰船 的实际服役率。同时，也大大简化了舰上的维修保养工 作，有利于减少在舰人员； 7 ）与蒸汽轮机和柴油机动力装置相比，燃气轮机 的滑油消耗量比较低。目前已达1~5kg/h，故滑油储存舱 较小； 8 ）正由于燃气轮机轻巧，又容易实现全自动化监 控和远距离集中控制，故一般均将机组置于密闭机罩内 ，以利隔音、隔热、防化、防原，从而改善了机舱工作 条件。
i 4 i1 T4 T1 t 1 1 1 i3 i 2 T3 T2 q1 q2
由于1-2和3-4是绝热过程
T2 P2 ( ) T1 P1
K 1 K
及
T3 P3 ( ) T4 P4
K 1 K
P2 假定：循环增压比 P1
T3 循环温度升高比 T1
一．燃气轮机的发展历程
1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程。 1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮 机，其效率为 13 ％、功率为 370 千瓦，按等容加热循环工 作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多 重大缺点而被人们放弃。
一．燃气轮机的发展历程
随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气 体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问 题，同时在高温材料方面出现了能承受 600℃以上高温的 铬镍合金钢等耐热钢，因而在30年代中期出现了效率达85 ％的轴流式压气机。 1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率 达18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功。 1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验。 1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水， 它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力。 1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。
和有效功的输出，以至于使燃气轮机装置不能对外输出
有效功。因此，如何降低燃气轮机装置内部损失，提高
输出功率，是燃气轮机装置的重要研究课题。
三、燃气轮机装置的主要优缺点
1、优点 舰船燃气轮机动力装置自五十年代末期起，尤其是六 十年代中期以来，在水面舰船上得到极其广泛的应用（使 用范围和功率总数）。这完全在于舰用燃气轮机装置比其 它各种装置有着一些突出的优点所致，即： 1) 燃气轮机对舰船所需的功率指令反应迅速，从冷态 启动到发出全功只需 2~3 分钟，在紧急状态下，还可缩短 到1 分钟左右。为改善舰船的机动性和操纵性创造了优越 的条件； 2 ）舰船燃气轮机的单机功率比较大。单机功率已达 29400~36750KW ，有比较成熟的机组。因此，燃气轮机 的发展已为舰船航速的提高和动力装置的简化提供了有利 的条件；
1 1 t 1 1 m T2 T1
k 1 m k
m
l o C PT1[ (1
) 1]
m
3、结论
1）理想简单热力循环的效率 t ，只取决于增压比和 气体的绝热指数 k 。增压比越大，效率越高， K 越大效率
也增大，但k值变化小，所以对 t 的影响不大。
在T-S图中，定压加热线 2-3下的面积代表加入热量，亦为加热 终点和始点之焓差，并假定燃气定压比热CP不随温度而变是一个定 值，即： q1 =面积23872= i3 i2 C P (T3 T2 )
放给冷源的热量q2 为 q2 =面积41784= i4－i1=Cp(T4－T1) T-S图中封闭过程线所围面积代表循环有用功 l0，即 l0= q1－ q 2 = 面积12341 求装置的循环热效率，按定义
声系统和控制台等。
燃气轮机的基本工作原理和结构与蒸汽轮机大致相
同，皆有固定不动的导向叶轮和旋转的工作叶轮等部件 组成，所不同的是蒸汽轮机的工质是蒸汽，燃气轮机的
工质是燃气。同时，燃气轮机是采用反动式汽轮机，而
蒸汽轮机大多数采用冲动式汽轮机。
三． 简单热力循环过程
船舶燃气轮机装置是以空气和燃气为工质，在压气 机、燃烧室和燃气涡轮中经过一系列的热力过程，连续 地完成热循环后，才能不断地对外输出机械功。输出功 率的大小和装置热效率的高低，取决于热循环的型式和 工质的状态参数。
航空发动机研制没能突破相关技术瓶颈，与航空发 动机技术相通的舰用燃机更是无从谈起。在2004年，中 国一航开发研制的国产新型燃气轮机 QC185在珠海航展 上首次面世。而该机就是以太行核心机为基础改进的轻 型燃机，不过输出功率17兆瓦的水平也不足于我国目前 发展大型水面舰艇的需要。
QC185
R0110重型燃气轮机，航母动力系统15万马力
舰用燃气轮机装置几乎都采用简单的热力循环型式。
1、热力循环原理
图2-10为热力循环过程示意图。如图a）所示，大气 压状态的空气被压气机 1 吸入，空气在压气机中从 P1 压 缩到压力P2，整个压缩过程如图b）中1-2线段。
图2-10 燃气轮机装置简单热力循环示意图
根据热力学基本原理进行假设来研究循环过程，可把 实际过程理想化。假定在压缩过程中与外界无热交换和气 体无流动损失，可把压缩过程看作绝热等熵压缩过程，压 力和温度同时升高。当空气经过压气机后进入燃烧室 2 ， 同时向燃烧室喷入燃油，燃油和一次空气混合并在定压下 燃烧，形成高温燃气，图中线段 2-3 可看作等压加热过程。
lo max
2m
4）当理想简单热力循环的温度升高比 提高时，不仅 其lOmax的绝对值有所增加，而其相对应的 lo max 也增大。
4、讨论
而在实际简单循环中，在压气机和燃气轮机中，工质都
上面所讨论的是理想情况下的燃气轮机装置的循环，
存在流动损失，泄漏损失等；在燃烧室中存在燃烧不完
全损失等；同样气流在进排气道和燃烧室中还有气体的 流阻损失等。所有这些损失都会影响燃气轮机实际效率
2）理想简单热力循环，当 一定时，温度升高比 越
大则有效循环功lO就越大。但理想循环热效率 t 却是不变
的，因在循环中对工质所加入的热量
q1 增加，同时工质向
冷源放出的热量 q 2也随着增加。
3）当温升比 一定时，有效循环功lO在随增压比 变 化时，会出现一最大值lOmax，在lOmax时的增压比称有效功 最佳增压比 lo max 。此值可从循环有用功的表达式对 微 分取得到
3 ）舰船燃气轮机的重量尺寸，非常轻巧。单位功 率的机组重量已降低到 0.22~0.27Kg/KW, 它几乎是柴油 机的1/10。这一点极其可贵。它既能有效地缩小动力装 置的重量尺寸，增加燃油装载量、扩大通讯和武备的总 容量，又能提高生命力和续航力； 4 ）舰船燃气轮机的所有辅助系统和设备，均附设 于机组本体上，而且配有可靠的自动控制和调节设备。 因此，操作简便，容易实现全船自动化和远距离集中操 纵等； 5 ）因为燃气轮机是回转机械，又比较轻巧，结构 上容易实施合理的减振支承和挠性支承，所以机械噪音 源少，机械噪音量小，且不易通过舰体向水下传播，使 作战舰的隐避性有所改善；
图2-10 燃气轮机装置简单热力循环示意图
二次冷却空气经环形通道面渗入高温燃气，燃气温度降低 后再进入燃气轮机3和4。燃气在燃气轮机中膨胀作功，同 样假定燃气与外界无热交换，燃气无流动损失及泄漏，过 程 3-4 可看作绝热等熵膨胀过程。作过功的废气从烟囱排 入大气，由于燃气还具有一定热量，大气是一个无限的定 压空间，可把过程 4-1 看作等压放热过程，这就完成了装 置理想简单的热力循环。
本次授课目标
掌握燃气轮机的基本组成及其工作原理 掌握燃气轮机的热力循环过程 了解燃气轮机的优缺点及其应用
2.2 舰船燃气轮机装置
舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为主机的动
力装置。它将燃料的化学能转换成热能，继尔再转变成 机械功的回转式热机。 目前，舰用燃气轮机装置绝大多数是用航空燃气轮 机改为船用，因为航空型燃气轮机装置结构轻巧紧凑， 工作可靠，改装也较方便。
燃油和空气混合、燃烧后所产生的炽热气体，其温 度高达 1500 ～ 2000℃。这种高温燃气，必然要对燃烧室 进行强烈的辐射热交换和对流热交换。如果燃烧室的内
壁不进行冷却，那就极易烧环。所以保证在环形通道中
间有一定量的空气流过是很有必要的。另外，燃烧室的
高温燃气，如果直接流入燃气涡轮中，涡轮的材料也承
气轮机本身处于高速稳定转动当中，产生的噪声更多是
高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振
动噪声，恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点，导
致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适
合给反潜军舰作动力系统。
2、缺点 任何事物总是一分为二的。在舰艇燃气轮机动力装 置的发展中，与蒸汽、柴油机动力装置相比，还有许多 急待进一步研究解决的问题。譬如： 1 ）燃气轮机的油耗率与柴油机相比，还是偏高。 以美国比较先进的LM2500机组为例，其额定负荷下的燃 油消耗率已达240g/kw· h，接近中、高速柴油机的水平。 因此还有待进一步研究改进，以利节省燃油和增大舰船 续航力； 2）目前的舰船燃气轮机，几乎均使用轻柴油以上的 、低粘度、优质燃料油。这样，其燃料费用大大增加；