燃?xì)廨啓C(jī)在船舶動(dòng)力方面的應(yīng)用

1、燃?xì)廨啓C(jī)在船用動(dòng)力方面的應(yīng)用與發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)在船用動(dòng)力方面的應(yīng)用與發(fā)展邵高鵬（清華大學(xué)汽車(chē)系，北京100084）摘要：要：介紹船用燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理和特點(diǎn)，對(duì)比燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)性能的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用于船用動(dòng)力的現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：船用燃?xì)廨啓C(jī)；原理；應(yīng)用；發(fā)展方向；1引引言燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置在50年代開(kāi)始用于船舶，在此之前，水面艦艇都已蒸汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)作為其動(dòng)力裝置，大型艦船以蒸汽輪機(jī)為其主要的動(dòng)力裝置，蒸汽輪機(jī)的

2、優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造相對(duì)容易，但是其同樣存在油耗大，占用空間大等等劣勢(shì)，而柴油機(jī)的單機(jī)功率有限，必須采用多機(jī)并用。并且由于燃?xì)廨啓C(jī)汽固有的一些優(yōu)點(diǎn)，使得它逐漸向柴油機(jī)動(dòng)力在船舶動(dòng)力上的統(tǒng)治地位發(fā)起了挑戰(zhàn)。最初的燃?xì)廨啓C(jī)還只能應(yīng)用與軍用艦艇，但是隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)在商船上也逐步得到了推廣。2船用燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理船用燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理船用內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)模式可以分為簡(jiǎn)單開(kāi)式循環(huán)，其工作過(guò)程同內(nèi)燃機(jī)類(lèi)似，也可以分為吸氣、壓縮

3、、做功及排氣四個(gè)工作行程，但是與內(nèi)燃機(jī)又有很大的不同，下圖中是一種燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。軸流壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子高速回轉(zhuǎn)，在壓氣機(jī)的進(jìn)口處產(chǎn)生吸力，將新鮮空氣吸入壓氣機(jī)，對(duì)應(yīng)著吸氣的過(guò)程。空氣在軸流壓氣機(jī)中增壓，壓力和溫度都有升高，空氣繼續(xù)流動(dòng)經(jīng)過(guò)擴(kuò)壓器，減速增壓進(jìn)入燃燒室中，此時(shí)的空氣溫度和壓力都較高，比容很小，這就實(shí)現(xiàn)了空氣的壓縮過(guò)程。在空氣進(jìn)入燃燒室的同時(shí)，燃油同時(shí)噴入與空氣混合形成可燃混合氣，點(diǎn)燃后迅速燃燒，溫度繼續(xù)升高，而壓力變化不大

4、（由于流動(dòng)損失的存在）；高溫高壓的燃?xì)?，?jīng)過(guò)渦輪的靜葉的導(dǎo)向之后沖擊渦輪的動(dòng)葉葉片，推動(dòng)葉片使渦輪轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。渦輪常分為兩級(jí)，第一級(jí)渦輪（高壓渦輪）上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩用于驅(qū)動(dòng)與之聯(lián)動(dòng)的壓氣機(jī)，第二級(jí)渦輪（動(dòng)力渦輪）上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)傳動(dòng)軸和減速箱輸出，這就是燃?xì)廨啓C(jī)艙的部分空間容積在小噸位船上布置起來(lái)有些不便。4.燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)造較復(fù)雜精細(xì)，制造材料和工藝要求都很高，因而它的造價(jià)較柴油機(jī)高，維修配件也比較貴。5.為滿(mǎn)足燃?xì)廨啓C(jī)高速、高

5、溫工作所需，對(duì)使用的潤(rùn)滑油有較嚴(yán)格的要求，必須具有良好的潤(rùn)滑性及抗高溫的熱穩(wěn)定性。燃料則用熱值高，含雜質(zhì)、水分少，尤其是含硫分低的優(yōu)質(zhì)輕柴油，因而在一定程度上限制了使用范圍并增加了營(yíng)運(yùn)成本。4燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用于船舶的狀況燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用于船舶的狀況1.軍事方面：英國(guó)于1967年率先提出實(shí)行水面戰(zhàn)艦全燃汽輪機(jī)推進(jìn)的動(dòng)力政策。1969年以后，高性能船舶燃?xì)廨啓C(jī)LM2500研制成功，美國(guó)海軍動(dòng)力裝置迅速走上了全燃推進(jìn)的道路，并在裝艦數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了英

6、國(guó)。原蘇聯(lián)一直是船舶燃?xì)廨啓C(jī)的最大使用國(guó)，其海軍裝用燃機(jī)的艦艇數(shù)、燃機(jī)臺(tái)數(shù)和裝機(jī)總功率均占世界第一位。80年代初，日本海軍步英國(guó)、美國(guó)和原蘇聯(lián)后塵也走上了全燃推進(jìn)的道路。最近十多年，其燃機(jī)裝艦的速度和規(guī)模均超過(guò)了英國(guó)。目前的護(hù)衛(wèi)艦，尤其是裝備現(xiàn)代武器的大型護(hù)衛(wèi)艦，采用燃機(jī)(含柴燃聯(lián)合裝置)推進(jìn)日益增多；在驅(qū)逐艦和巡洋艦中，燃汽輪機(jī)將取代蒸汽機(jī)，成為兩艦種的動(dòng)力裝置；輕型航母也傾向于采用燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。我國(guó)第一艘裝備燃?xì)廨唲?dòng)力的“舷號(hào)452”氣

7、墊登陸艇于1989年服役，成為我海軍發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。后來(lái)又在一些中大型軍艦，如舷號(hào)112、113、168、169等驅(qū)逐艦上，裝備了多種不同型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力，為海軍的現(xiàn)代化建設(shè)奠定了牢固基礎(chǔ)。2001年，以沈陽(yáng)黎明公司為研制總成單位、六〇六所為總設(shè)計(jì)單位，聯(lián)合清華大學(xué)、中科院、上海交通大學(xué)等科研院所和有關(guān)企業(yè)，組成設(shè)計(jì)研制項(xiàng)目聯(lián)合體，借鑒國(guó)外技術(shù)，引進(jìn)國(guó)外智力，共同研制R0110重型燃?xì)廨啓C(jī)。這一項(xiàng)目被列為國(guó)家“十五”期間“8

8、63”能源領(lǐng)域重大專(zhuān)項(xiàng)。2009年，重型燃?xì)廨啓C(jī)己進(jìn)入最后聯(lián)調(diào)及試驗(yàn)驗(yàn)證階段。輸出功率預(yù)計(jì)可達(dá)114500kW，可以作為中型常規(guī)航空母艦的主動(dòng)力。這對(duì)于提高我國(guó)的綜合國(guó)力具有積極推動(dòng)作用。2.民用船舶：近十年來(lái)，燃?xì)廨啓C(jī)在高速渡船中得到大量應(yīng)用。具有代表性的是瑞士斯坦納航運(yùn)公司營(yíng)運(yùn)的三艘HSS1500大型高速渡船。大型旅游船和高速集裝箱船采用燃機(jī)推進(jìn)是船用燃機(jī)在商船應(yīng)用領(lǐng)域中的又一個(gè)重大突破。在商船推進(jìn)領(lǐng)域中，船舶燃?xì)廨啓C(jī)正在向船用柴油

9、機(jī)的世襲地位挑戰(zhàn)。5船用燃?xì)廨啓C(jī)的未來(lái)發(fā)展方向船用燃?xì)廨啓C(jī)的未來(lái)發(fā)展方向近20年來(lái)，隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展、高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝以及在燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)方面的開(kāi)發(fā)研究，船用燃?xì)廨啓C(jī)的性能日益先進(jìn)，技術(shù)日臻完善。船用燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面。1.提高燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)，改進(jìn)部件設(shè)計(jì)，提高簡(jiǎn)單循環(huán)機(jī)組性能，由于艦船對(duì)高性能燃?xì)廨啓C(jī)的需求，近20年來(lái)推出了多型大功率高效燃?xì)廨啓C(jī)組。通過(guò)提高初溫和壓比、改進(jìn)部性能等措施，在簡(jiǎn)單循環(huán)下機(jī)組

10、效率超過(guò)40%，如GE公司的LM6000PC、RR公司的MT30等。在推出新機(jī)組的同時(shí)，各大公司不斷提高原有機(jī)組的性能。2.采用先進(jìn)的復(fù)雜循環(huán)，提高機(jī)組性能采用回?zé)嵫h(huán)、間冷－回?zé)嵫h(huán)等復(fù)雜循環(huán)，是提高燃?xì)廨啓C(jī)性能的另一條途徑。對(duì)于低壓比小功率船用燃?xì)廨啓C(jī)，通過(guò)增加回?zé)崞餍纬苫責(zé)嵫h(huán)來(lái)提高效率；對(duì)于高壓比三轉(zhuǎn)子大功率船用燃?xì)廨啓C(jī)，增加中間冷卻器和回?zé)崞餍纬砷g冷回?zé)嵫h(huán)，可增大功率、提高效率。3.采用燃蒸聯(lián)合循環(huán)，提高裝置的功率和效率在燃