舰用蒸汽轮机简介

克虏伯火炮

laoziluanlai 发表于 2015-3-12 03:30
請教克版：
“1909年英国帕森斯公司研制出减速齿轮装置，才解决了这个矛盾。通过减速齿轮箱驱动主轴的蒸汽 ...

无畏和超无畏的2万+功率，是设计功率，实际可发挥的最大功率超过设计功率。
伊丽莎白用的是燃油锅炉，再加上数量增加到24台，所以最大功率增大到7.5万马力等级。其设计功率没这么大，是5.6万马力等级。
锅炉热功率与汽轮机功率并没有直接的制约关系，而且不仅汽轮机，就算蒸汽机也不因有没有减速器而制约其设计功率。布吕歇尔号装巡的3台蒸汽机，最大输出功率也达到4.8万马力呢。米诺陶级，2台蒸汽机，也是3万马力等级的。
燃煤锅炉相对于燃油锅炉，最显著的区别是占地面积大，还有就是可持续高功率输出的时间不及燃油锅炉。后者是受到司炉工体力的限制。
热效率不及燃油锅炉，尤其是在强压通风状态下，热效率明显降低。

克虏伯火炮

hyperion 发表于 2015-3-4 18:10
直流电动机换向器高电压下的绝缘问题似乎很难解决吧？而如果不用高电压，根本得不到大功率。此外还有汞弧 ...

在没有现代变频调速等技术支持的年代，交流电机可调速范围，不太满足战舰推进需求。
汽轮机战舰很多都有巡航机组，就是为顾及低速航行状态下汽轮机热效率和主机转速/主轴转速的匹配。
还有更重要的一点，是倒航/反转的需求。汽轮机推进的，虽然没有反转齿轮箱，但是主机自身有倒航透平。而在当时交流电机想反转，怕只有反接吧。不知当时是否有能够快速自动反接的大功率交流电机。

hyperion

克虏伯火炮 发表于 2015-3-12 07:40
在没有现代变频调速等技术支持的年代，交流电机可调速范围，不太满足战舰推进需求。
汽轮机战舰很多都有 ...

交流电机不需要自己调速呀！船用机械传动不也是固定减速比吗？交流发电机-电动机完全可以也是一个固定减速比的装置。调速的事情交给涡轮机就好。反正在机械传动的船上，也是靠改变涡轮机的转速来调节螺旋桨转速的。当然这样的话，电传动装置就无法把它的电力给船内电网使用了。船内电网还需要独立的固定频率发电机。

克虏伯火炮

hyperion 发表于 2015-3-12 12:43
交流电机不需要自己调速呀！船用机械传动不也是固定减速比吗？交流发电机-电动机完全可以也是一个固定减 ...

需要调速。
现代电力推进主要就是交流变频调速技术。
电力推进，若是用交流发电机的话，必须是恒转速的，数台并网。
为什么是数台呢？因为低功率下要通过关停一部分发电机，让投运的发电机负荷率较高，效率才高。
同时，数台发电机并用，还增加了可靠性和抗损性。
电力推进战舰不可能只用一台主发电机。

a5mg4n

hyperion 发表于 2015-3-4 18:10
直流电动机换向器高电压下的绝缘问题似乎很难解决吧？而如果不用高电压，根本得不到大功率。此外还有汞弧 ...

至少以標準BB三萬馬力左右的功率而言足夠了

しらせ形碎冰船就是用3軸6顆直流馬達達到30000馬力

另外頻率在25hz以下可以用有換向器的交流馬達(構造基本等同於直流馬達)

laoziluanlai

克虏伯火炮 发表于 2015-3-12 07:34
无畏和超无畏的2万+功率，是设计功率，实际可发挥的最大功率超过设计功率。
伊丽莎白用的是燃油锅炉，再 ...

感謝克版回復。我的意思是，沒有減速齒輪的情況下，輪機必須“委身”配合螺旋槳的轉速，如果有了減速齒輪，在一定減速比範圍內就沒有限制，所以綜合來看，有可能功率會大幅上升，即使是56K，也幾乎翻了一倍，而鍋爐只多了8個啊

克虏伯火炮

laoziluanlai 发表于 2015-3-12 17:30
感謝克版回復。我的意思是，沒有減速齒輪的情況下，輪機必須“委身”配合螺旋槳的轉速，如果有了減速齒輪 ...

有减速齿轮，轮机转速也要与主轴转速成正比，不是可以随意变化的，因为减速器的减速比是固定的。
减速器的作用是使轮机转速得以提高，减速器的减速比多大，转速就提高了多少倍。
轮机转速提高的好处是，在功率相同的前提下，其尺寸重量可以大幅减小。

但不是说原先用于直接驱动的汽轮机，给它加上个减速器，它就可以发出几倍的功率来，因为汽轮机内的叶片形状、流道截面积等已经固定了，只适合设计转速。转速超过设计转速太多，内效率是要严重下降的。

laoziluanlai

克虏伯火炮 发表于 2015-3-12 17:43
有减速齿轮，轮机转速也要与主轴转速成正比，不是可以随意变化的，因为减速器的减速比是固定的。
减速器 ...

有勞克版。呵呵，我明白你的意思，有了减速器並不能使輪機功率倍增；我的意思是，沒有了轉速的設計上限制，汽輪機的功率是不是可以上升；當然這裡還有扭矩的問題，扭矩得以增加，能量转化的效率不是也隨之增加了嗎？否則為甚麼要開發減速齒輪呢，美國人還用電傳動來頂替在沒有減速齒輪的情況下，按現在的觀點（當時技術環境不明）電傳動體積更大啊。。。
而且如克版所言，有了減速齒輪輪機體積可以更小，那麼級數不是更多，功率不就上去了。。。

另外，請教克版，從一戰到二戰，汽輪機的技術發展，在設計上具體體現在哪裡？增加級數嗎？然後太大了裝不下就換成冲动式。。。呵呵

克虏伯火炮

laoziluanlai 发表于 2015-3-12 18:16
有勞克版。呵呵，我明白你的意思，有了减速器並不能使輪機功率倍增；我的意思是，沒有了轉速的設計上限制 ...

船舱宽度高度有限，在有限的尺寸限制下，当然是轮机设计转速提高，最大功率就可以越大。
扭矩和效率没有直接关系。
美国一战前年前的电力推进战舰，用的是直流电。因为轮机转轴与主轴没有刚性连接，所以轮机转速不受限制，而且是真正的不受限制。所以就允许轮机的设计转速很高，体积重量减小。发电机和电动机增加的重量是另一回事。
各国汽轮机技术特点和发展水平不同，不太好说一战时什么特点二战时什么特点。不过总的来说，蒸汽温度和压力是逐渐提高的。也因为压力越来越高，需要的级数越来越多，所以单级压降小、同样初压力下需要级数多的纯反动式汽轮机就逐渐不适应了。
二战时各国普遍是冲动式，或者高压、中压透平是冲动式，低压透平才有用反动式的。

laoziluanlai

克虏伯火炮 发表于 2015-3-12 18:36
船舱宽度高度有限，在有限的尺寸限制下，当然是轮机设计转速提高，最大功率就可以越大。
扭矩和效率没有 ...

再請教克版，隨著級數越來越多，有沒有出現諧振的問題？當時又怎麼解決呢？

克虏伯火炮

laoziluanlai 发表于 2015-3-12 18:45
再請教克版，隨著級數越來越多，有沒有出現諧振的問題？當時又怎麼解決呢？ ...

没有因为汽轮机级数增加而引起谐振问题。倒是早期柯蒂斯式也就是冲动式汽轮机，随着功率的增大，出现了振动问题。
汽轮机透平相当于燃气轮机的涡轮，而不是压气机。压气机在低转速下才有喘振问题，级数越多倾向越明显。

hyperion

克虏伯火炮 发表于 2015-3-12 15:15
需要调速。
现代电力推进主要就是交流变频调速技术。
电力推进，若是用交流发电机的话，必须是恒转速的， ...

为什么非要恒转速不可？如果不给船内电网供电的话，完全可以从源头（汽轮机、发电机）变频呀！至于数台并网的问题，这几台彼此转速保持一致就行，但完全可以一起变速嘛。

hyperion

a5mg4n 发表于 2015-3-12 15:57
至少以標準BB三萬馬力左右的功率而言足夠了

しらせ形碎冰船就是用3軸6顆直流馬達達到30000馬力

那电传动的列克星敦也是用的直流马达？这货可是18万马力呀！

克虏伯火炮

hyperion 发表于 2015-3-12 19:28
为什么非要恒转速不可？如果不给船内电网供电的话，完全可以从源头（汽轮机、发电机）变频呀！至于数台并 ...

并网需要各发电机转速误差非常非常小，同时相位的一致度也要极高才行。
几台轮机保持上述状态，对控制系统的要求就已经很高了，再要求它们以完全相同的步调变速......

hyperion

克虏伯火炮 发表于 2015-3-12 19:37
并网需要各发电机转速误差非常非常小，同时相位的一致度也要极高才行。
几台轮机保持上述状态，对控制系 ...

那还有这样一个方案：也用多台发电机，也随航速变化开关，但发电机不并网。全速时用四台发电机分别各驱动1个轴上的电动机。半速时用2台发电机分别各驱动2个轴上的电动机，再低速则用1台发电机同时取得4个轴上的电动机。这就没有转速差与相位的要求了。

oldcat

hyperion 发表于 2015-3-12 20:45
那还有这样一个方案：也用多台发电机，也随航速变化开关，但发电机不并网。全速时用四台发电机分别各驱动 ...

不并网你怎么平衡输出功率？

克虏伯火炮

hyperion 发表于 2015-3-12 20:45
那还有这样一个方案：也用多台发电机，也随航速变化开关，但发电机不并网。全速时用四台发电机分别各驱动 ...

这样做，供配电线路也会太复杂。
并网，有一条主电缆就行了，引到尾部电机舱再分成四个。为提高可靠性和抗损性，再有一条电缆做备份。
你这么一来，每一台发电机都要使用单独的电缆，到尾部还要各自都可分接四台电机。
然后各条电缆再需要备份......

hyperion

oldcat 发表于 2015-3-13 07:22
不并网你怎么平衡输出功率？

机械传动的话，各轴的涡轮机不也没并网？它们是怎么平衡功率的？

oldcat

hyperion 发表于 2015-3-13 12:11
机械传动的话，各轴的涡轮机不也没并网？它们是怎么平衡功率的？

直接机械连接可以在输出轴端真实的反映输入轴端的转速变化

而电站--电机系统不会

a5mg4n

oldcat 发表于 2015-3-13 20:06
直接机械连接可以在输出轴端真实的反映输入轴端的转速变化

而电站--电机系统不会 ...

多軸的齒輪傳動渦輪船也要隨時調整各軸轉速,多軸間並沒有機械偶合
在使用定距槳時,同步電動機+同步發電機基本上也沒有這個問題

二戰美軍的大型遠洋拖輪就是獨立的四柴油發電機-四電動機再用機械並軸