|
|
船舶蒸汽轮机与燃气轮机有何不同？
二者的原理是什么？二者各项性能孰优孰劣，又或者平分秋色？最新型驱逐舰均为燃气轮机，而一些大型水面作战舰艇（如航母）仍采用蒸汽轮机，为什么？ 掌握燃气轮…
关注者
72
被浏览
132,830
6 个回答
过年休假最后一天，正好有时间，多写一点。
先修改下题目
蒸 汽 轮机和燃 气 轮机
工作原理
原动机主要分为电动机，蒸汽机，内燃机和汽轮机等。
蒸汽轮机属于汽轮机，而燃气轮机属于内燃机。一般而言内燃机的热效率是高于汽轮机的。
下面的原理都是简述。
1. 蒸汽轮机
主要包括锅炉，汽轮机和冷凝器三个部分
简单描述一下，
燃料在锅炉燃烧室中燃烧，把锅炉中的水变为一定压力和温度的水蒸汽。蒸汽通过管道进入汽轮机，膨胀做功推动汽轮机转动。汽轮机带动螺旋桨推动船舶。做功后的蒸汽回到冷凝器被冷却成水再送回锅炉进行下一个循环。如下图，箭头方向就是汽水循环走向。
汽轮机如下图，上方那些大叶片就是蒸汽膨胀吹动的转子，它们转动带动轴。
民用船舶里LNG运输船会使用蒸汽轮机，随着LNG使用的发展，蒸汽轮机也许有一轮新发展。
2. 燃气轮机
也是三个部分，压气机，燃烧室和燃气涡轮。
最简单的燃气轮机就是走马灯，元宵节的时候可以去观察下^_^
简单描述一下
空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气后送入燃烧室，燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气，高温高压空气在涡轮机中膨胀做功推动涡轮做功。
如下图
航空用燃气轮机剖面图如下。
优缺点（和柴油机相比）
1. 蒸汽轮机
优点：
1）单机功率大
2）蒸汽轮机是高速旋装机械，振动和噪声较小
3）工作平稳，摩擦部分少，所以可靠性高，寿命长。
4）反正就是烧了加热用，燃料要求低，劣质的煤和油都能用。
缺点：
1）能量转换过程长且复杂，所以热效率低，油耗高，经济型差
2）汽轮机转速高，且不能直接反转，船用时必须配备大减速比的减速齿轮以及倒车的齿轮箱，这些设备会降低传动效率。
3）锅炉从冷态到产生蒸汽要比较长的时间，机动性较差。
4）装置设备多，复杂，整体的重量和尺度较大。
2. 燃气轮机
优点：
1）非常高的动力重量比，也就是同功率下，重量最小，同重量时，功率最高。
2）振动和噪声较小
3）低工作压力
4）燃烧充分，CO和碳氢化合物散失少。
缺点：
1）贵，高速高温的环境对于制造材料和工艺的要求非常高。
2）用起来也贵，油耗高。热效率比蒸汽轮机高但是还是远低于柴油机。特别是怠速情况下，油耗非常高。052系列用的GT25000热效率也就38%，柴油机随便都过50%
3）变功率时反应比柴油机慢，也就是加速减速反应慢。也不能倒车。燃气轮机最好在稳定的工况下工作，变速很慢，所以汽车上很难用这东西。
4）寿命短（还是贵）
从20世纪初到80年代，蒸汽轮机一直是军舰的主流配置。
从1980年开始，慢慢的蒸汽轮机被燃气轮机所替代，因为对加速性能和灵活性的要求，现在海军的主流已经是燃气轮机了。英国海军1993年退役了最后一艘蒸汽轮机军舰，法国海军2013年退役了最后一艘。美国除了核动力之外，只有很少数的蒸汽轮机船舶了。我们的新船也基本都是燃气轮机了，不过新航母估计不是。
英国的航母使用燃柴混合推进，4台瓦锡兰柴油机配2台MT30燃气轮机。几台设备并网发电，电动机推动螺旋桨。兼顾战斗需要和经济性。
2000年后研发新款大功率船用燃气轮机的只有美国的GE和英国的RoRo。其他的都是老款了，包括052D用的GT25000，希望我们能弄出自己的新型大功率燃气轮机。
想到了再补充吧。
参考：
工程热力学
船舶推进装置
现代舰船燃气轮机发展趋势分析，闻雪友，2010
MT30燃气轮机与英国CVF航母的集成设计，邢维升，2014
配图来自百度
在舰用动力上，蒸汽轮机总体上是不如燃气轮机的，优点很少，主要在于
:
容易实现较巨大的单机功率，蒸汽轮机根本不存在小型机，只有中型级，有实验性的蒸汽轮机火车，在火车一级上的表现甚至不如前辈蒸汽机。然而柴油机和燃气轮机就相反，提高单机功率反而会造成较高的成本提高。
不挑燃料，反正也是烧开水，不用柴油煤油汽油，而是使用最便宜的重油，甚至经常使用更便宜的渣油，只要不是黏到堵塞管路的沥青都行，其实就是堵了管路也很容易用高压蒸汽疏通。直到二战还有大量的蒸汽轮机军舰是烧煤的锅炉。
高压蒸汽在军舰上的用途很广泛
待续