01动力装置

经过这十几天的实习，使我对01动力装置有了比较深刻的理解。通常来说，军舰或民用船舶分为左、右舷，每舷各半套。01动力装置是我国引进的前苏联的五套半船舶蒸汽动力装置之中的半套，在那个时代是较先进的船舶动力装置，是我国早期用于国防科技教学与实验的最先进的真实样板，在此基础上，培养了一批批具有丰富船舶动力知识的学员，为我国的舰艇及潜艇的研发与制造做出了相当大的贡献。就其原理抑或是功能来说，它与现代的船舶动力装置没有什么大的区别，但因其时代技术限制，它的信号控制与传送、数据测量与分析普遍采用液压式及目测式，与现代的数--电信号测量与传输相比，其缺点是信号传输速度慢、数据测量误差大。同时它的系统设计比较复杂，给制造与安装带来了不便，这也许是受技术限制的结果另外，它的热工水利性能先进，自控能力弱，人员干预多。但是，锅炉的性能好于欧美及日本，这在当时乃至现在来说都是公认的。01动力装置主要包括锅炉、汽轮机、减速箱、冷凝器、滑油系统、主辅蒸汽管线、饱和蒸汽管线及给水管线等设备与系统。总体而言，分为蒸汽产生与动力推进两部分，也即锅炉部分与汽轮机动力部分。这是与舰艇及民用船舶动力系统相同的布局，是有利于实践教学并理解船舶运行流程的最直接的方式。以下就这两部分的相关知识做一些总结。一、锅炉部分1、锅炉的历史发展18世纪，瓦特发明了蒸汽机，其工作蒸汽压力等于大气压。蒸汽机的发明极大解决了人力在某些方面的缺陷，例如，采矿挖掘等重体力活。等到了18世纪后半叶，改用高于大气压力的蒸汽。再往后，工作压力逐渐提高，远大于大气压力。同时，早期的锅炉采用的是一个大直径的圆筒形立式锅壳，后改用卧式，其下方为炉膛，燃料在其中燃烧产生热量，加热给水，进而产生蒸汽推动汽轮机做功产生动力。随着锅炉体积增大，所需的传热面更大，再加上生产技术及工艺流程的改进，先后出现了火管、水管锅炉，往后又采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用，以及锅筒内部汽、水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。随着技术发展，锅炉逐渐发展成现在的形式。2、锅炉的分类⑴．按加热方式分为火管锅炉（包括单管锅炉、双管锅炉、多管锅炉）和水管锅炉；火单管双管多管以上为三种火管形式，火管与水管的区别是内置的管中放的是燃料还是冷水。早期这种锅炉的燃料多是木柴，后改为煤，现在多采用燃油作燃料。⑵．按循环方式分为自然循环锅炉和强制循环锅炉；⑶．按蒸汽压力分为低压、中压、高压、临界、超临界锅炉；⑷．按锅炉用途分为工业锅炉、电站锅炉、船舶锅炉；⑸．还可按锅炉容量分。3．01动力装置锅炉参数锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度等.01动力装置锅炉参数如下：1．蒸发面受热面积：309.5㎡2．过热器受热面积：91.28㎡3．汽包压力：2.8MPa4．主机阀后压力：2.58MPa5．满载蒸发量：52t/h6．过载蒸发量：57t/h7．过载蒸汽温度：370℃8．饱和蒸汽温度：230℃9．热效率：72﹪10．额定耗油量：4830㎏/h11．过载耗油量：5320㎏/h12．燃烧器（喷油头）：16个13．燃油压力：2.0MPa14．锅炉炉膛容积9.2m³15．锅炉重量（干重）：24.7t16．给水温度：107℃17．汽包直径：1200㎜18.水筒、饱和蒸汽筒、复合筒：500㎜4．管系及流程⑴.锅炉本体关系图锅炉部分分为锅炉本体及其相关联部分，它们共同组成动力系统的热力发生发生部分。下面的简图为锅炉本体图。如图所示，01动力装置锅炉本体由汽包、饱和蒸汽筒、水鼓、复合筒及许多传热管组成。在正常工作情况下，燃油在炉膛里剧烈燃烧产生的高温烟气辐射出的大量热量被传热管吸收，经导热与对流传给管中的水，使其产生蒸汽。汽包与水鼓间的传热管左侧靠近火焰部分为1排*75根Φ38*3紧密直线排列的汽水上升管，外侧为2排*29根Φ57*3.5三角形排列的水降管。由于内、外侧管排列不同（排列形式见后面），在正常工作时，所接收到的热量不同，因而温度不同。内测管道受热，管道中的水气上升，外部管道中为温度较低的水，从而形成密度差，进行自然循环；同左侧，右侧靠近火焰为两排Φ38*3（里为42根外为43根）的管道，背离火焰侧为5排*27根Φ25*2的管道，其循环方式与右侧相似，但中间两排可认为是双向流动管。汽包和复合筒水侧的连接为13排*15根Φ25*2的管路，其循环模式也为自然循环。饱和蒸汽筒与复合筒汽侧的连接为13排*20根Φ25*2的管道，通过烟气的冲刷使饱和蒸汽变为过热蒸汽。汽包与饱和蒸汽筒通过饱和蒸汽桥管相连。复合筒由汽筒与水筒两部分组成，其结构如下图所示水筒汽筒Ф25*213排*15根过热蒸汽Ф57*3.529根Ф38*375根42根43根Ф25*227根Ф25*213排*15根Ф25*213排*12根饱和蒸汽饱和蒸汽筒Ф500Ф1200Ф500Ф500水鼓复合筒汽包其中一半为水筒、一半为汽筒，水筒与汽包相连，汽筒中为过热蒸汽。饱和蒸汽筒与复合筒的连接图如下饱和蒸汽自汽包经饱和蒸汽桥管到饱和蒸汽筒，然后在饱和蒸汽筒与复合筒之间经烟气三次加热变为过热蒸汽，经蒸汽管道送到各用气设备，实现热能的利用。上面所讲传热管的排列形式如下左侧里面的管束紧密直线排列，炉膛产生的大部分热量被其吸收，外侧两排为三角形排列，吸收的热量比里面那排少，因此里面那排可看作水冷壁，右侧与左侧相近。⑵.给水泵的作用Ф25*213排*15根饱和蒸汽235℃过热蒸汽370℃烟气767复合筒饱和蒸汽筒Ф38*375根Ф57*3.52*29根正常工况下，来自凝水系统的凝水经主给水泵（即汽动给水泵）升压后，送给给水加热器内进行加热，然后再将其输送到汽包内。锅炉初始启动时，由于没有蒸汽，于是给水是有辅助给水泵即电动给水泵升压后，送入锅炉汽包内，给水来自两个给水箱。⑶.造水系统海水经海水蒸发器而变成气态淡水，而后经过冷却器变为凝水，凝水经浮动软水床除去水中的阴阳离子使水质达到船舶用水标准，再送入补水箱。⑷.蒸汽产生与运输汽包内产生的饱和蒸汽除一小部分用于生活用气和滑油柜外，大部分通过饱和蒸汽桥管送入饱和蒸汽筒，在饱和蒸汽筒与复合筒之间经过烟气多级加热后变为过热蒸汽。大部分过热蒸汽通过主蒸汽管道输送到汽轮机主汽阀前，还有小部分过热蒸汽被送往各辅机用气设备，辅机做完工的乏汽再汇集到废气总管中，送给给水加热器内加热给水，自身冷凝成凝水再送入主冷凝器。⑸给水预热器给水预热器V-55泄压阀乏汽凝水给水（加热）给水来自补水箱、抽真空泵的水送入给水预热器，经乏汽加热后送入汽包，乏汽被冷凝成冷凝水送回到主冷凝器，进行再循环。在给水预热器顶部偏下有一泄压阀，当压力超过设计压力后，泄压阀自动打开将多余乏汽排出，乏汽在排放管中冷凝成凝水，排入地沟。⑹.风路鼓风机分为电动鼓风机与气动鼓风机,初次启动的使用电动的,正常工作时用气动的.来自汽轮机部分的热空气被鼓风机从风口吸入风道中,进而送入炉膛内,与炉膛内的燃油反应,产生热量.其原理见图如下.⑺.01装置锅炉本体汽包正俯视图汽动鼓风机电动鼓风机去炉膛风压力旋塞给水阀给水阀脉动阀取样阀水位计水位计安全阀电动注水阀饱和蒸汽桥管饱和蒸汽筒高点放气阀门脉动阀上清除阀饱和蒸汽阀高点放气阀门冷凝壶内连汽包压力旋塞:将汽鼓的压力信号传给控制台,以控制器压力水位计:测汽包中水的高度给水阀:控制给水的流量取样阀:测量与分析水质脉动阀:分为水空间与汽空间两个,是压力测量装置电动给水阀:初次给水流量控制安全阀:分为弹簧式与手动是两种,超压保护高点放气阀:一个在冷凝壶上,一个在饱和蒸汽桥管上.饱和蒸汽阀:分为手动与自动两个,提供全船蒸汽冷凝壶:将汽包汽空间的蒸汽冷凝成凝水,与水空间的凝水连于水位调节器⑻水循环①表征汽水循环能力强弱的循环动压头Pm=Hγ(γ水-γ汽水)其中Hγ为含汽高度γ=ρ*g②总阻力△Pm=△P1+△P2+△P3+△P4其中△P1为上升段压降△P2为下降段压降△P3为沿程损失△P4为局部压降③.循环倍率指一公斤水完全转化成一公斤汽所需循环次数K=G/D锅炉K=50-60蒸汽发生器K=3-5qHHγHρ下降段⑼.燃煤电站锅炉系统原理图过热蒸汽烟气烟筒给水风省煤器过热器联箱1500℃900℃600℃300℃180℃Ф200⑽电站锅炉与船舶用锅炉及蒸汽发生器的比较①.就热量产生方式讲,电站锅炉与船用锅炉是一样的,均为燃料的内能转化为水的内能,在转化为机械能;②.从传热形式上看,电站锅炉与船用锅炉均为辐射—导热—对流,蒸汽发生器为对流—导热—对流;③电站锅炉采用单排管束,管较长,管径较粗,流量大.船用锅炉采用多管式,锅炉本体蓄水量大.蒸汽发生器采用到U型传热管,二次侧蓄水量大;船用锅炉与电站锅炉没一次侧与二次侧之分.⑾.不同用途锅炉的换热P-90P-88汽鼓水鼓水鼓汽鼓烟囱风风耐火砖炉膛水冷壁有肋片的单排管水冷壁传热管,将热量的大部分吸收。船用锅炉经烟气的多次加热使过冷水变为过热蒸汽。⑿燃油管路01动力装置以重油为燃料，正常工作时要将重油加热到95Co。由驳油泵（电动导油泵）从油库取油送至容量为10t的油柜，然后由柱塞泵将油柜中的油送至稳压器，在活塞泵的进出口管道上连有一条旁通管线用以调节流量，柱塞泵的额定工作压头为20公斤。稳压器用于缓冲油压。燃油从稳压器出来到达燃油调节器，燃油调节器连于控制台，控制台可以实现对油头投入使用数目的控制。从控制台出来的十六根分油管分为两组，每组八根，分别送往装置的前后两端，然后送至炉膛。5．01动力装置锅炉部分的组成油柜：储存10t油，锅炉消耗5t/h。柱塞泵（活塞泵）：提供油循环的动力。稳压器：维持油路系统压力稳定。控制台：控制进入的油量，16个喷嘴（每个喷嘴油量不可调），每个喷嘴供油量为5/16t。汽轮机鼓风机：将风带入炉膛。电动气动风机：初次起动用。两台立式气动给水泵D=57t/h(双重备用)；一台电动给水泵：初次起动用烟道中风机：使烟气在烟道内充分流动；还有给水加热器，补水箱，油库，驳油泵，海水蒸发器，浮动软水床等设备。二．汽轮机部分1、主汽轮机汽轮机是是以蒸汽为介质，通过蒸汽在汽轮机内的膨胀做功，将蒸汽的热能转换为机械能，用于产生船舶前进所需的动力。汽轮机是一种高速旋转的动力机械，一般由包容蒸汽的气缸、转轴、以及构成蒸汽流动通道的动静叶栅组成，级是汽轮机最基本的工作单元，01动力装置正车级分为14级，倒车级有2级。按照级内蒸汽能量转换的特点，汽轮机级可分为冲动级和反动级，由反动度的大小区分。级的反动度是指蒸汽在动叶栅中的理想焓降与该级的理想焓降之比，用来表示级内静叶栅与动叶栅之间的焓降分配情况。将反动度等于0的级称为纯冲动级,反动度等于0.5的级称为纯反动级。01动力装置汽轮机为冲动式，具有一定压力和温度的蒸汽通过一组圆周方向排列的，流通截面沿流动方向变化的通道——喷嘴时，发生膨胀，压力由1P降至2P，流速由V1相应增大到V2，蒸汽内能转换为动能。高速蒸汽流流出喷嘴后，进入固定在一个转子上的动叶栅，带动叶轮旋转，此过程蒸汽压力保持不变，绝对速度由V2降至V3，此过程中有一反动力作用于叶片，使叶轮及轴高速旋转，从而实现蒸汽动能转变为叶轮高速旋转的机械能。2、冷凝器冷凝器的主要作用是接受汽轮机和旁路系统的蒸汽，回收管线疏水，建立并保持汽轮机运行所需的背压。电厂冷凝器尺寸大，重量大，但船舶由于空间尺寸和设备数目的限制，冷凝器要求尺寸小，重量轻同时具有热阱除氧功能，电厂会另设除氧器。冷凝器内部呈现一个负压真空状态，为了维持负压，需要有充足的循环冷却水和抽真空系统同时工作。循环冷却水由汽动循环水泵提供，连续的将舷外海水送入冷凝器，将蒸汽冷凝，温度升高后的循环水排入最终热阱——大海。汽动循环水泵的汽来自辅过热蒸汽，做完功的乏汽排至乏汽总管。抽真空系统的任务是将冷凝器内的部分不凝性气体抽出，维持冷凝器的真空度，所使用的蒸汽为辅过热蒸汽。3、滑油系统滑油系统的主要功能是向主，辅设备的摩擦部件和其他设备部件提供润滑油和冷却所需的润滑油，滑油系统包括日用循环