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2.鍋爐

鍋爐是利用燃料燃燒釋放出的熱能或其他能量將工質(zhì)加熱到一定參數(shù)的設(shè)備。應(yīng)用于加熱水使之轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝腻仩t稱為蒸汽鍋爐，也稱為蒸汽發(fā)生器。蒸汽鍋爐最基本的熱力參數(shù)有三個：一是蒸汽溫度，二是蒸汽壓力，三是蒸發(fā)量。

蒸汽溫度和壓力對應(yīng)的是蒸汽輪機初溫初壓參數(shù)，也就是進(jìn)口溫度和壓力（當(dāng)然由于有蒸汽管道，從鍋爐出口到蒸汽輪機入口通常會有5～10%的壓力損失和3～10℃的溫度損失）。

蒸發(fā)量就是鍋爐產(chǎn)生的蒸汽的流量，單位是噸/時。

鍋爐的熱功率等于新蒸汽出口焓值與給水的進(jìn)口焓值的差與蒸汽流量的乘積。由此可見，在蒸汽參數(shù)（溫度、壓力）和給水參數(shù)（溫度）確定的情況下，蒸發(fā)量就體現(xiàn)了鍋爐的熱功率。

鍋爐是一個燃燒器，組織空氣和燃料的燃燒放熱，形成高溫燃?xì)�，高溫燃�(xì)庠阱仩t爐膛和煙道中流過換熱器表面，將熱能傳遞給換熱器另一側(cè)的工質(zhì)——水，自身溫度降低，最終從煙囪排出。按照結(jié)構(gòu)劃分，鍋爐可分成火管鍋爐和水管鍋爐兩大類�；鸸苠仩t是燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣在火筒或煙管中流過，對火筒或煙管外水、汽或汽水混合物加熱。水管鍋爐則是在爐膛中布置多根水管，高溫?zé)煔鈱λ軆?nèi)的水、汽或水汽混合物加熱。

火管鍋爐結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，但是因為水——汽兩側(cè)換熱面積受到限制，所以提高單爐熱功率有困難，而水管鍋爐因為水管直徑可以做到較小，數(shù)量多，明顯增大換熱面積，因此單爐功率可以做到更大。

從20世紀(jì)20年代起，水管鍋爐逐漸取代了火管鍋爐。此后艦船汽輪機動力裝置均采用了水管式鍋爐。

電站鍋爐通常使用煤作燃料。在20世紀(jì)以前，艦用鍋爐大都也用煤作燃料，由人工鏟煤添煤。軍艦用煤大都為無煙煤，因為一方面無煙煤燃燒后沒有濃濃的黑煙，不易被發(fā)現(xiàn)（增大了被發(fā)現(xiàn)的距離），提高了隱蔽性，另一方面無煙煤雜質(zhì)少，發(fā)熱值高，攜帶同樣重量的燃料可以達(dá)到更大的航程。

無煙煤的熱值大約是28-30MJ/kg，325℃/25大氣壓的蒸汽焓值3069kJ/kg。因此蒸發(fā)量10噸/時、蒸汽參數(shù)325℃/25大氣壓的燃煤鍋爐，每分鐘大約需要18公斤煤。而一艘總功率4萬馬力的戰(zhàn)艦，需要這樣的的鍋爐大約20～30臺�？梢娝緺t工的體力消耗有多大。

人工鏟煤添煤，不僅在軍艦需要全速航行時司爐工拼盡體力，而且當(dāng)就近的燃料艙燃料用盡的時候還要調(diào)動所有可以調(diào)動的人力、甚至包括槍炮手來運煤，把煤炭從偏遠(yuǎn)的煤艙搬運到離鍋爐較近的煤艙。另外在軍艦加煤時至少要動員全艦1/4的人力，由此引起的緊張、勞累和不適很可能在作戰(zhàn)的重要時刻影響軍艦的戰(zhàn)斗力。

現(xiàn)代石油歷史始于1846年，當(dāng)時生活在加拿大大西洋省區(qū)的亞布拉罕•季斯納發(fā)明了從煤中提取煤油的方法。1852年波蘭人依格納茨•盧卡西維茨（Ignacy
ukasiewicz）發(fā)明了使用更易獲得的石油提取煤油的方法。次年波蘭南部克洛斯諾附近開辟了第一座現(xiàn)代的油礦。這些發(fā)明很快就在全世界普及開來了。1861年在巴庫建立了世界上第一座煉油廠。

但19世紀(jì)石油工業(yè)的發(fā)展緩慢，提煉的石油主要是用來作為油燈的燃料。這個情況一直到20世紀(jì)初隨著內(nèi)燃機的發(fā)明而驟變，進(jìn)入20世紀(jì)，作為內(nèi)燃機燃料（汽油、柴油）的一次能源載體，石油產(chǎn)量迅速增長。作為汽油、柴油副產(chǎn)品的重油（也稱作燃料油）產(chǎn)量也大幅度增長。由于是副產(chǎn)品，所以重油價格十分便宜，逐漸被用于鍋爐燃料。

隨后發(fā)現(xiàn)，作為液體燃料，重油的燃料供應(yīng)系統(tǒng)相比于煤的供應(yīng)系統(tǒng)簡單得多，同時重油的單位熱值更高（重油熱值約41MJ/kg），裝載同樣重量的燃料，重油能夠讓軍艦得到更遠(yuǎn)的航程。

1912年到1914年，英國皇家海軍開始建造完全以石油為燃料的“伊麗莎白女王”級戰(zhàn)列艦。同一時期日本也開始采用煤、油混合燃料鍋爐，此后軍艦鍋爐燃料則逐漸由煤向重油轉(zhuǎn)化。

艦用鍋爐與地面電站鍋爐最顯著的不同之處是，艦用鍋爐對外形、尺寸和重量有嚴(yán)格的限制，通常寧可降低鍋爐的熱效率（注：鍋爐的熱效率是產(chǎn)生的蒸汽焓值增量除以消耗的燃料燃燒熱值，這個參數(shù)與整個蒸汽輪機動力系統(tǒng)的熱效率相去甚遠(yuǎn)）也會設(shè)法減小鍋爐的重量和尺寸。例如，一般情況下艦用鍋爐不設(shè)置空氣預(yù)熱器，甚至也不設(shè)置省煤器。

空氣預(yù)熱器是的作用是利用鍋爐尾段溫度較低的煙氣加熱鍋爐進(jìn)口空氣，提高鍋爐進(jìn)氣溫度，以便節(jié)省燃料，提高熱效率。

因為空氣預(yù)熱器是氣——氣換熱，兩面的換熱系數(shù)都不高，所以要達(dá)到良好的熱交換效果就必須增大換熱面積，這就使空氣預(yù)熱器不僅體積大，重量也相當(dāng)大。為了節(jié)省可貴的排水量，艦用鍋爐不設(shè)置空氣預(yù)熱器。

省煤器同樣是鍋爐尾段換熱設(shè)備，是利用尾段溫度低于主蒸汽溫度的煙氣加熱給水，以充分利用煙氣熱能，提高熱效率。通常為了防止變工況下因偏離設(shè)計參數(shù)而引起鍋爐尾段溫度超過蒸汽蒸發(fā)溫度導(dǎo)致省煤器內(nèi)的給水汽化，省煤器必須具有一定的容積，因此具有一定的重量。有的艦用鍋爐為了更大限度地降低重量，就連省煤器也省了。

艦用鍋爐蒸發(fā)量在10～200噸/時之間，這在地面電站鍋爐中屬于小型設(shè)備。同時，為了保障較高的可靠性和可維護(hù)性，艦用鍋爐蒸汽參數(shù)略低于相應(yīng)蒸發(fā)量的電站鍋爐。

另外，在結(jié)構(gòu)上，鍋爐應(yīng)能適應(yīng)船舶搖擺、傾側(cè)和沖擊等航行條件。要有一定的汽、水貯存容積，以適應(yīng)艦船動力系統(tǒng)頻繁和大幅度改變負(fù)荷的需要。

為了能適應(yīng)船舶的頻繁和大幅度的負(fù)荷變動，艦用鍋爐大多是鍋筒式自然循環(huán)鍋爐，很少用輔助循環(huán)鍋爐，更不采用直流鍋爐。

3.凝汽器

凝汽器是一個換熱器，作用是將從渦輪排出的水蒸汽冷凝成液態(tài)水，送到給水泵增壓，以便送回鍋爐進(jìn)行循環(huán)工作。

從蒸汽渦輪做功之后排出來的工質(zhì)——水蒸汽，，大部分還是汽態(tài)的，雖然焓值仍較高，但因為壓力很低，無法隨高壓的給水進(jìn)入鍋爐。而給氣體增壓需要消耗大量能量（實際上氣體增壓就是絕熱膨脹的逆過程），相比之下，給液態(tài)的水增壓則不需要太多能量（這也是蒸汽輪機采用的郎肯熱力循環(huán)能夠?qū)ν廨敵鲇行ЧΦ脑颍�，所以需要將排汽冷凝成液態(tài)水。這個過程就是在凝汽器中完成的。

凝汽器內(nèi)設(shè)置有很多細(xì)小的管子，由傳熱性能好的紫銅或鋁合金制造，乏蒸汽在其中流過，而冷卻劑（海水、循環(huán)淡水或者空氣，艦用凝汽器通常采用海水冷卻）在管子外面流過，與內(nèi)部的蒸汽發(fā)生熱交換，使蒸汽冷凝成液態(tài)水。

艦用汽輪機為了降低重量，要盡量減少級數(shù)，特別是低壓級級數(shù)，因為低壓級輪周直徑大，重量大。但減少了級數(shù)，排汽背壓就高了，排汽溫度也相應(yīng)的高。這就要求凝汽器容量更大。所以艦用蒸汽輪機凝汽器容量要比同等功率的電站蒸汽輪機凝汽器的大，幸好戰(zhàn)艦是在海上行動，有充足的海水可用做冷卻劑。

4.減速箱

為了得到比較高的輪周功和熱效率，蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)速都比較高，通常高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為5000～10000轉(zhuǎn)／分，低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為3000～5000轉(zhuǎn)／分。但是，為了讓螺旋槳具有較高的推進(jìn)效率，它的轉(zhuǎn)速是不能太高的，否則螺旋槳表面會由于與水之間強烈的摩擦導(dǎo)致局部水發(fā)生汽化，產(chǎn)生空泡，消耗大量的能量。通常商船螺旋槳轉(zhuǎn)速為80～150轉(zhuǎn)／分，而軍艦為了減小重量，采用稍高的轉(zhuǎn)速，通常為150～400轉(zhuǎn)／分（戰(zhàn)列艦等大型軍艦高速下螺旋槳轉(zhuǎn)速一般為150～250轉(zhuǎn)／分）。所以不能由汽輪機軸直接驅(qū)動螺旋槳。

為此，除電力推進(jìn)螺旋槳外，在汽輪機與螺旋槳之間一般都用減速比很大的齒輪減速器（通常為2級或3級減速），高速、重載、高精度齒輪減速器是船用汽輪機組的關(guān)鍵部分。

為了抬高汽輪機的位置，以便在低壓缸下放置凝汽器，在減速器中常將各級小齒輪置于同級大齒輪的上半部。在機艙高度受到限制的船舶中，有的將凝汽器置于低壓缸的前端，汽輪機軸向排汽。

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