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舰用帕森斯蒸汽涡轮的发展(三)

 不沉俾斯麦 2020-08-10

除了之前提到的外旁通(external bypass),帕森斯涡轮的紧凑化尝试有以下两种。

  1. 帕森斯部分进汽涡轮

由于静叶前后、动叶前后存在压降,反动式涡轮的静子与转子间的空隙会产生漏汽到下一段涡轮,这会降产生损失降低涡轮效率。转鼓直径越大,静叶、动叶高度越小,漏汽越严重。转鼓直径直径相同,高压端的叶片高度比低压端低,漏汽损失越大。为了减少高压端漏汽,减小其转鼓直径,加高叶片高度。但是这会使叶片线速度减少,于是不得不增加涡轮段数,使涡轮长度过大,不得不分成多个串联的涡轮直接带动各自的螺旋桨。

    用部分进汽,即蒸汽只流过部分动叶环,高压端的直径能常常像低压端那样大,所需要较少的动叶排抽取蒸汽能量。由于蒸汽通过动叶会压力降低,反动涡轮很难适应部分进汽或可变进汽系统。动叶片前后存在压力差,使用部分进汽时,蒸汽喷流会侧向散出。

    为了解决汽流侧向散出的问题,帕森斯部分进汽涡轮的结构为,在同一根轴上有多个隔板隔成多个隔室,每个隔室内有1个转鼓,转鼓上的每个动叶环配有各自的喷嘴。隔板上有迷宫轴封,将隔室间的漏汽最小化。转鼓前后端轮上有开孔,喷嘴外的动叶与涡轮壳的间距大,这让喷嘴-动叶外的隔室内的压力一致。蒸汽流过喷嘴内的静叶和转鼓上的动叶,压力下降,在隔室进出口的中间点处,压力降到与喷嘴-动叶外一致。该点之前,蒸汽散出喷嘴-动叶外;该点之后,蒸汽流入喷嘴-动叶内。结构如下图

    英国一艘三等巡洋舰的高压巡航涡轮改用帕森斯部分进汽涡轮,试验结果为在相同的初压和末压条件下,功率增加44%。原来的高压巡航涡轮的功率占机组功率的15%,改用帕森斯部分进汽涡轮后,低速时的机组功率增加7%

  1. 帕森斯冲动-反动涡轮

    由于隔室结构复杂,加上制造成本昂贵,帕森斯涡轮在高压端的转鼓上加上一段复速冲动涡轮,成为帕森斯冲动-反动涡轮。这段复速冲动涡轮的动叶安装在转鼓上的1个大直径叶轮上,缩短了整个涡涡轮的长度。叶轮后是巡航要素(cruising element)。帕森斯冲动-反动涡轮采用可变进汽,即低速时复速冲动涡轮为部分进汽流过部分动叶环,之后蒸汽流过巡航要素,再流过后面的涡轮;全速时,复速冲动涡轮为全周进汽流过整个动叶环,绕过巡航要素,流过后面的涡轮。后来,这段复速冲动涡轮叫做调速级,巡航要素叫做低速级,后面的涡轮叫做全速级,这种巡航方式后来来叫做内旁通(internal bypass)。另外复速冲动涡轮的喷嘴大大降低了进入涡轮壳的蒸汽温度,可以使用更高过热度的蒸汽,。采用帕森斯冲动-反动涡轮的同壳高压正车涡轮和高压倒车涡轮结构如下图

    帕森斯冲动-反动涡轮的24轴布局,采用前后机舱如下图,用于战列舰、装甲巡洋舰和小型巡洋舰;采用左右机舱如下图,用于小型巡洋舰。

    帕森斯冲动-反动涡轮的22轴布局,用于驱逐舰,采用前后布局如下图,采用左右布局如下图。这些布局也用于小型巡洋舰。

    另外,帕森斯冲动-反动涡轮还有3组3轴布局,用于一战时的德国战列舰。这种布局采用另一种巡航方式,低速时,中央轴的高压涡轮排汽,不流过中央轴的低压涡轮,而是流过左、右轴的涡轮组。

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