燃气轮机在船舶动力装置中的应用研究

燃气轮机在船舶动力装置中的应用研究

朱智敏

南通中集太平洋海洋工程有限公司     江苏  启东  226251

摘要：燃气轮机作为重要的动力机械设备，将其应用在船舶中，能够有效提升动力装置运行效果。本文对燃气轮机在船舶动力装置中的应用进行研究，研究船舶动力装置的重要性和类型区分，结合燃气轮机的实际作用效果，尝试分析其在船舶动力装置中的应用情况，了解不同类型装置的应用优势，以期为相关专业人员提供参考。

关键词：燃气轮机；船舶；动力装置

引言：随着船舶事业的不断发展，为保障船舶运行质量，应加强对其内部动力装置的重视程度，通过对燃气轮机的研发与应用，不断提高船舶动力装置的实际质量。相关人员应加强对燃气轮机的研发与了解，按照船舶动力需求不断优化燃气轮机的实际应用方式，促使我国船舶应用质量得到发展和提升。

1船舶动力装置概述

1.1重要性

船舶动力装置是一种由动力装置构成的系统，主要目的是为船舶的正常运行提供动力，确保其能够有效地完成相应作业。在船舶动力装置结构中，主要包括主动力装置、辅助动力装置和其他设备。动力装置对船舶的正常使用具有明显的作用，只有动力装置提供动力作用，才能够使船舶实现快速运行，避免出现沉船或行进速度缓慢的情况。

1.2分类

船舶动力装置主要分为三种类型，其一，蒸汽轮机装置。在工业革命时期被研发使用，能够为船舶动力装置提供相应的推力，使船舶结构能够顺利运行。该装置的构建成本相对较低，并且整体结构较为简单，但具体应用过程中存在一定的热效率低的情况，影响实际的做功效率。其二，燃气轮机装置。内部结构主要为压气机和燃烧室，其能够在短时间内为船舶动力装置提供能量，使船舶运行状态更为灵活。但蒸汽轮机仍存在一定的不足之处，其耗油量较高，目前油价呈上涨趋势，在一定程度上制约了蒸汽轮机的使用和发展。其三，电力推进装置。以电力为原动力的装置，通过电动机驱动设备达到相应的动力效果。该技术应用尚未完全电子化，但整体控制效果和运行效率较高，具有较为广阔的发展前景。

2燃气轮机应用优缺点分析

燃气轮机是一种动力装置，通过利用内燃机提供能量，转化为动能，带动叶轮高速旋转，产生动力。在燃气轮机运行过程中，内部压气机运行，吸入空气进行压缩，增压完毕后产生高温高压的气体，推动涡轮做工，进而转化为机械能，为船舶动力装置提供动力。

燃气轮机在运行过程中，能够通过高速旋转，在短时间内提供大量动力，不需要较长的启动时间完成暖机工作，因此在使用时，更适合在大型机械设备中应用。由于其瞬时发动优势明显，使得其能够适用于不同温度环境中，适用范围较广。此外，在燃气轮机运行过程中，能够支持不同燃料的应用，包括但不限于汽油、柴油、花生油等，同时可以将可燃性液体进行混合使用，均能够有效启动作业。并且燃气轮机的体积相对较小，相同功率下，其体积只占有柴油机的30%左右，有效减少占地面积。燃气轮机的主要缺点体现在噪声大、温度高且怠速运转时油耗高等方面，其更适合保持高速稳定运行状态。

3燃气轮机的具体应用

3.1在原动机装置中的应用

随着燃气轮机技术的不断发展，其优势受到广泛关注，将其作为动力装置中的核心系统，进一步提高能量转化和应用效果，在该过程中，应设置相应的控制系统，控制动力装置变化情况，从而保障燃气轮机运行过程中的安全性。将燃气轮机作为船舶内部发电机组的原动机，能够有效提高发电效率，进一步提高船舶控制优势，使操作更为灵活。

在实际应用过程中燃气轮机内部压气机涡轮运行效果受到控制器作用，在启动过程中，发动机的转速不断增加，带动油阀门不断增大[1]。在油门下移过程中使油阀门减小，供油量不断增加，使压气机的转速提高，进而产生更大的动力作用。在应用过程中，通过该原理对燃气轮机压气机进行调速，进而调整和控制燃气轮机的运行速度，达到控制原动机的效果。

在原动机装置应用过程中，需要借助燃气轮机发电机组提供电力作为控制系统的动力。在该过程中，应针对燃气轮机的运行情况，设计相应的控制器，以确保燃气轮机能够满足发电机组的运行要求。设计人员应对发电机组的实际运行情况进行测量，并对其灵敏性、相应时间和超调量等参数进行有效检测，结合该参数构建相应的控制器，以提高对燃气轮机转速和运行状态的控制效果。控制器中主要结构为电动执行器，其与燃气轮机结构相连接，能够将电信号转化为油阀门能够识别的信号，对油阀门进行有效控制。进而提高燃气轮机的伺服控制效果。

3.2在推进动力装置中的应用

在推动装置中燃气轮机主要作为动力装置，在具体运行过程中，可以联合其他动力装置共同为船舶提供动力，以达到良好的推进效果。在全电推进船舶中使用燃气轮机装置能够起到更为良好的推动作用。将燃气轮机作为推进电机中的主要结构，构建电子变频调速装置，准确了解船舶变速过程中的负载情况，并根据调速需求明确对动力装置的运行需求。为完善整体结构，制定相应的静止式变频装置，并搭载相应的感应电动机，了解推进负载情况。设备运行过程中，系统收集负载数据，利用电子变频调速装置进行有效控制，提高系统控制效果

[2]。

在推进动力装置中，需要燃气轮机提供相应的动力，并在船舶速度变化过程中能够按照控制需求进行合理调整，使推动力变化符合要求。因此需要对压气机、燃烧室等结构进行优化调整。压气机是燃气轮机中重要结构之一，通过控制压气机运行状态，能够控制整体设备的实际运行情况。压气机运行过程中受到进口导叶角度变化的影响，导叶角增大过程中，压气机的运行范围增大，通过控制导叶角的开关变化情况，能够对压气机运行效率和压气流量进行控制。

燃气轮机中的燃烧室同样为其重要组成结构，由于燃烧室的温度和气压变化直接对燃气轮机的涡轮运行状态产生影响，同时其温度和气压受到燃烧室燃气质量和燃料流量影响。通过调整温度变化情况，控制涡轮中机械能的转化效果，从而能够结合实际控制需求为船舶提供恰当的推进动力，满足船舶正常运行要求。

3.3在联合动力装置中的应用

联合动力装置是指将燃气轮机与其他类型的动力系统进行有机结合，共同为船舶提供相应的动力[3]。在该过程中，燃气轮机与其他动力系统交替合作，一方面能够保障船舶的顺利运行，另一方面，不同运行状态符合船舶设备的需求，有利于提高船舶控制效果。常见的联合动力装置中包括柴油发动机-燃气轮机联合装置、双燃气轮机联合装置以及太阳能-燃气轮机联合装置等。

在联合动力装置中，燃气轮机与其他动力装置往往保持交替工作状态，根据船舶运行需求进行选择和调整。在运行控制过程中，需要设置专门的双向控制系统，准确识别燃气轮机和其他动力装置的实际运行状态，并根据指令要求进行控制管理。在一方动力出现减弱或消失等情况时，系统识别到动力装置变化情况和实际的指令，自动调节另一动力装置运行状态，以确保整体动力装置的稳定运行。此外，在联合动力装置中，使用双燃气轮机模式时，能够为船舶提供更强大的推动效果，维持设备的运行需求。如英国超级航母，通过安装双燃气轮机动力装置，能够支持大型设备的稳定运行。

结论：综上所述，燃气轮机作为船舶动力装置中的重要结构，在实际的应用过程中，应不断完善控制系统，提高对燃气轮机的控制效果。结合不同船舶航行需求，调整燃气轮机的实际应用方式，有效提高其使用效果。我国应加强对燃气轮机的研究和应用，不断促进船舶事业的发展和提升。

参考文献：

[1]伍赛特.民用船舶动力装置技术特点及选型过程研究[J].现代工业经济和信息化,2021,11(1):81-85.

[2]伍赛特.船用燃气轮机动力装置技术特点研究及发展趋势展望[J].交通节能与环保,2020,16(2):26-28.

[3]季禹,蔡士奇,程真启.基于STC15单片机的船舶动力装置参数传输方法的研究[J].电子世界,2021(15):13-14.