舰用倒车汽轮机技术特点及运行过程研究

摘  要：概要介绍汽轮机的概念与分类，并由此引入其在水面舰船领域的应用。由于汽轮机的结构特点，以及喷嘴和工作叶片的相对位置，在完成安装后，汽轮机的转子只能实现单方向的转动。在水面舰船作机动航行时，汽轮机必须提高倒车功率以提高舰船的机动性，满足航行的需要，保证舰船的航行安全，从而引入倒车汽轮机的定义。重点介绍倒车汽轮机的结构特性、运作过程及工况特点，并将其与能实现反向旋转的柴油机进行对比。除传统的机械式结构外，汽轮机也可与电力推进系统实现搭配，从而提供倒车功率，该类方案则无须配备倒车汽轮机。

关键词：汽轮机；倒车汽轮机；柴油机；内燃机；水面舰船；电力推进

中图分类号：U664.1      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）05-0084-06

Abstract： This paper briefly introduces the concept and classification of steam turbine， and introduces its application in the field of surface warship. Due to the structural characteristics of the steam turbine and the relative position of the nozzle and the working blade， the rotor of the steam turbine can only rotate in one direction after installation. During the mobile navigation of a surface ship， the steam turbine must provide reversing power to improve the maneuverability of the ship， meet the needs of navigation， and ensure the navigation safety of the ship， thus introducing the definition of reversing steam turbine. This paper focuses on the structural characteristics， operation process and working conditions of the reversing steam turbine， and compares it with the diesel engine which can realize reverse rotation. In addition to the traditional mechanical structure， the steam turbine can also be matched with the electric propulsion system to provide reversing power， which does not need to be equipped with a reversing steam turbine.

Keywords： steam turbine; reverse turbine; diesel engine; internal combustion engine; surface ship; electric propulsion

汽輪机是以蒸汽为工质的热力涡轮机械[1]。压力蒸汽由专门的锅炉提供，经过涡轮后由专门的冷凝设备（冷凝器）使之冷凝成水并由专门的水泵（上水泵）再压入锅炉，完成封闭循环。工质是水蒸汽，燃料在锅炉中燃烧将热能传递给水蒸汽变成压能，压能在涡轮中经转化成回转机械能。

将排汽引入凝汽器中，蒸汽凝结成水，使排汽压力低于大气压力的称“凝汽式汽轮机”[2]；排汽压力高于大气压力的称“背压式汽轮机”。进汽压力低于其临界压力的称“亚临界汽轮机”；高于临界压力的称“超临界汽轮机”；更有“超临界汽轮机”。还有供热式汽轮机、工业汽轮机、再热式汽轮机等。具有转速高、运转平稳、功率大、结构简单和耐用可靠等特点，是火力发电厂、核电站、大型船舶中最主要的原动机。由于燃料燃烧时与工质相互隔绝，不像柴油机那样在气缸内直接燃烧，故又称为外燃机。

1  舰用汽轮机动力装置

舰船在内河和海上航行承担着一定的使命。对船舶而言，承担着输送旅客和货物的任务；对军舰而言，平时对祖国的海岸线承担巡逻及对鱼船实行护航任务，战时对来犯敌舰以反击，并实行战略追击，力图全歼敌人，保卫祖国神圣海疆。舰船要执行上述任务，就必须具有能够在水上或水下航行的特点。使舰船能按一定的速度航行的综合设备称为舰船动力装置。除推进舰船航行外，舰船动力装置还供应舰船所需的一切能量，以保证舰船上各方面的需用及一切机械化自动化的操作。因此，舰船动力装置有“舰船心脏”之称[3-4]。

推进舰船航行的动力称为主动力。舰用汽轮机是用于推进船舶航行的汽轮机[5]。由于机动航行的需要，汽轮机必须能够提高倒车功率，以保证船舶的航行安全。同时，由于转速较高，需经减速装置减速后带动螺旋桨。在汽轮机内设有倒车级，可使汽轮机作正、反2个方向的转动，以满足船舶的操纵需要。

其中，舰用汽轮机的发展与陆上发电站的实际情况迥然不同，因为舰用汽轮机需要在高扭矩下有较低的转速（200～500 r/min左右），以避免与螺旋桨工作不匹配。

与发电用汽轮机有所不同，舰船在内河和海上航行，执行一定的使命。在一般情况下都是正向航行，但在特殊情况下需实施倒航。有时正在全速航行的舰船需在最短的时间内停止航行并开始倒航，在进出港口和离靠码头时亦需经常变换舰船的航向等。所以要求舰船具有倒航能力。对军舰来讲，这是对主推进动力提出的一项机动性指标。

2  舰用汽轮机的技术特点及主要组成

2.1  舰用汽轮机的技术特点

汽轮机发展较成熟，应用的范围很广，具有许多特点：①单机功率大，但由于推进器尺寸的限制，通常不需要生产更大功率的舰用汽轮机；②汽轮机工作时很平稳、均匀，机件间的摩擦部件少，因此装置工作可靠，寿命长，可达30年，与舰艇服役年限相一致；③在大功率范围内，汽轮机的比重量比柴油机轻；④可使用劣质重油；⑤起动时间较长，在紧急情況下也至少需15～20 min；⑥经济性较差，这是由其外燃特性所决定的；⑦附属设备多，装置十分复杂。

2.2  舰用汽轮机的组成部分

舰用汽轮机系统由正车汽轮机、倒车汽轮机、调节控制和保护系统及冷凝器等组成。

2.2.1  正车汽轮机

正车汽轮机是推进舰船航行的主发动机。一般有2种型式，即冲动式和反动式汽轮机。由于各有优缺点，故选用何种型式为好，一般均根据各设计部门和制造厂的经验与习惯，来选用冲动式或反动式。有时在双缸汽轮机中采用混合型式，即高压汽轮机采用冲动式，低压汽轮机采用反动式。

正车汽轮机由静子部分和转子部分组成。静子部分包括汽缸（或壳体）、隔板套、隔板、喷嘴、静叶片、轴承、轴承座、汽封和连通管（双缸汽轮机中连接高、低压缸之间的容汽管）等。转子部分包括动叶片、围带、叶轮、转子和推力盘等。汽轮机中喷嘴、静叶片、动叶片、叶轮和转子是主要部件，被称为通流部分。蒸汽在其中实现能量转换，将蒸汽的热能转变成为转子轴上的机械能，带动螺旋桨，推进舰船航行。支持轴承承受转子径向载荷。推力轴承承受由于蒸汽压力降落而作用在转子轴上的轴向力。径向轴承和推力轴承同时使转动部分和静子部分保持应有的间隙。

2.2.2  倒车汽轮机

倒车汽轮机是使舰船实现倒航的机构。通常而言，其不会单独组成一个独立的部分，而是配置在正车汽轮机中。在双缸结构中，倒车汽轮机一般设置在低压汽轮机中。倒车汽轮机由于不经常长期使用，故对经济性要求较低，而只要求可靠性高和结构简单。所以，一般多选用双列或三列速度级。但也有选用2～3个压力级的。

2.2.3  汽轮机调节控制和保护系统

调节控制系统是汽轮机的重要组成部分之一。其好比人体的大脑控制着人体各部分的协调动作。调节控制系统则控制汽轮机各部分按给定要求协调动作。因此，一台汽轮机必须配备调节系统。

调节控制系统包括2部分。第一部分为调节系统，指的是改变汽轮机的功率方法，被称为汽轮机的功率调节或简称“汽轮机调节”。改变蒸汽流量和焓降均可改变汽轮机的功率。因此，调节汽轮机功率的方法也分为2类，一类是改变汽轮机的蒸汽流量的方法，称为变量调节方法，亦称喷嘴调节。其由若干喷嘴组、喷嘴阀及控制阀门相继开启的配汽机构组成。另一类是改变汽轮机焓降的调节方法，被称为变质调节方法，亦称节流调节。最常用的节流调节由一个单座阀或双座阀门闭启的机构组成。对舰船而言，绝对的变量调节是不存在的。特别是军用舰船，因选用的工况较多，由于结构上的原因，不能设置很多阀门，故只能满足常用的几个工况实行变量调节，其他工况只能靠局部节流来实现。而民用船舶一般采用喷嘴、节流联合调节型式。第二部分为控制系统。控制系统的基本任务是根据舰船的战术技术和航程中的要求，迅速地、平稳地、正确地改变汽轮机的转速和转向，使其达到指令所要求的工况运转。以及在稳定工况运转时，自动地调整转速，使其偏差值保持在允许范围内。

舰船控制系统可采用机舱就地控制和远距离集中控制2种方式。控制的型式有手操机械控制、液压控制、气动控制、电-气控制、电-液控制及全电控制等。目前，舰用汽轮机常采用液压控制系统，但正逐步向电-液或全电控制系统过渡。对军舰来说，为了保证安全可靠，除采用远距离集中控制外，一般均设有机旁手操控制。

保护系统亦是汽轮机的重要组成部分之一。其使命是确保汽轮机安全可靠运行，避免产生严重事故，所以是一种安全措施。故一般在汽轮机易于构成严重事故的部件上设置保护装置，并将所有保护装置联成一个完整的保护系统，时刻监视着汽轮机的运行。一旦出现发生事故的预兆时，其可发出报警信号，以引起运行人员的密切注意；或者自动地调整某些参数以消除事故的发生。一旦发生危急情况，保护系统会自动、迅速地关闭汽轮机的速关阀，切断向汽轮机供汽，使其迅速停机，以确保汽轮机的安全。

目前舰船上常用的保护装置有：汽轮机超速保护系统、滑油压力降低保护系统、转子轴向位移保护系统、冷凝器真空下降保护系统及盘车联锁保护系统等。

2.2.4  冷凝器

冷凝器可依靠由循环水泵提供的舷外海水，将汽轮机排汽凝结成水。同时借助于抽气器，不断将冷凝器中积存的空气抽除掉，使汽轮机排汽口建立并维持一定的真空度。所得到的纯净的冷凝水通过给水系统打回锅炉，使汽轮机发出所需的功率并保证整个推进装置正常工作。

简言之，冷凝器的基本任务是建立必要的真空，满足汽轮机背压的要求，保证汽轮机在任何工况下正常运行。同时使冷凝水的质量（主要指含盐量和含氧量）达到规定的指标，以保证给水系统和锅炉的正常工作。

冷凝器由海水侧和蒸汽-冷凝水侧2个部分组成。海水侧通常用有色合金制成的冷却海水管子、管板、水室和各种附件构成。蒸汽-冷凝水侧是一个钢制薄壁壳体焊接结构，其包括接受汽轮机排汽的喉部、容纳排汽和冷却海水管子的外壳、冷凝水箱和各种附件。舰船冷凝器均为表面回热式。根据结构布置和使用要求不同有单流程和双流程冷凝器，同时亦有单通道和双通道冷凝器。

3  倒车汽轮机的结构

考虑到汽轮机的结构特点，喷嘴和工作叶片在安装后，转子只能单向转动。但是，由于舰船机动航行的需要，例如进出港口、在复杂航道内航行、在恶劣海洋条件下航行及执行作战任务等情况下，舰船主汽轮机必须能够提供倒车功率，以保证舰船的航行安全。

倒车级的布置需要依正车汽轮机的布置而定。如果正车汽轮机采用单缸型式，则倒车级布置在正车汽轮机的低压端；如果正车汽轮机采用双缸型式，则倒车级布置在低压缸最末级的后面。倒车级一般安装在主汽轮机转子上，工作叶片的安装方向与正车汽轮机工作叶片的安装方向相反。

倒车汽轮机是由1台2列或3列速度级汽轮机组成的，并为舰船倒航提供动力来源。倒车汽轮机与正车汽轮机背对背地安装在同一根轴上，并使用同一个排气口。倒车汽轮机通常安装在低压轴上，在艦船向前行驶时处于真空状态，从而可避免高风阻的损失。在舰船行驶过程中，可根据需要将蒸汽输入正车汽轮机或倒车汽轮机来实现机动航行。由于倒车汽轮机的效率相对较低，需要寻找别的方法以改进经济性。

部分舰船上，将倒车汽轮机配置在正车汽轮机的汽缸内，由此可获得最简单的结构。在单缸汽轮机中，倒车汽轮机配置在末级排汽一端，与正车汽轮机共用一个通向冷凝器的排汽道。在双缸汽轮机中，倒车汽轮机也可配置在低压汽轮机气缸内。假如低压汽轮机为双流配置两侧进汽结构，则倒车汽轮机也设计成双流式结构。如低压汽轮机为中间进汽，则倒车汽轮机分别配置在两侧。如需将倒车汽轮机配置在低压汽轮机汽缸内，则有一项问题需特别注意，即舰船处于倒航工况时，倒车汽缸的热应力较大。在正车汽轮机运行过程中，倒车汽缸处于低温状态。当突然转入倒航运行时，高温蒸汽进入处于低温的倒车汽缸中会引起较大的热应力和热变形，所以在结构上需要采取一定措施（如尽可能使各部分缸壁厚薄均匀、具有合理的定位结构，保证在任何情况下能自由膨胀而不破坏对中等情况），由此减小并消除热应力。不然将影响汽轮机的操纵和可靠性。

设计倒车汽轮机这类装置的目的主要是用于满足舰船的机动性要求，并确保舰船安全可靠运行。因此，需要尽可能地在结构简单和轻巧的条件下，确保舰船所需的功率。故一般多选用双列速度级作为倒车汽轮机的级，因为只有速度级能满足倒车汽轮机的上述要求。当速度级满足不了功率的要求时，可外加1～2个简单压力级。这样，一方面可达到结构简单紧凑、尺寸小、重量轻的目的，同时也可减少汽轮机正车运行时倒车级的空转损失，提高汽轮机的经济性。

4  倒车汽轮机的工况特点

倒车汽轮机应具有良好的操纵性。汽轮机处于全速正车运行工况时，当接到全速倒航的紧急指令后，应能在很短的时间内关闭正车汽轮机的操纵阀，同时迅速打开倒车汽轮机的操纵阀，并实现全速倒航。上述工况被称为制动工况，一般要求的时间为15～20 s。此时，需使舰船的滑行距离尽可能小，一般约为舰船长度的3～4倍。除此之外，还要求倒车汽轮机能够使舰船具有一定长期倒航的速度，并且在此速度下航行，舰船不至丧失操纵性。倒车汽轮机所需的功率，就是按照上述要求决定的。

4.1  制动及全速倒航工况

该工况实际上包含制动及全速倒航的整个过程。根据实际运行的经验，对于民用船舶而言，制动工况的转速约为正车额定转速的50%～60%，能承受相当于80%～90%的正车全速扭矩。此时的功率相当于正车全速功率的40%左右。对于军舰而言，倒车汽轮机的功率一般约为正车全速功率的20%～30%，再提高倒车汽轮机的功率对滑行距离的减小影响甚微。鉴于现代海战条件和新式武器的使用，军舰对最小滑行距离的要求稍有降低。在不失去舰船操纵性能的前提下，通常会通过舰船的长期倒航条件来决定倒车汽轮机的功率。在此情况下，倒车汽轮机的功率可设定为正车汽轮机全功率的15%～20%，有时甚至取为10%。

由于制动工况时间极短，汽轮机系统通常在正转停止后立刻开始倒转，因而倒车汽轮机需要具备足够的强度余量。在制动工况下，倒车汽轮机工作叶片所承受的蒸汽弯曲应力较大，一般都超过材料的屈服极限，但考虑到此为瞬时作用，故许用应力一般设定为材料的强度极限。

在全速倒航时，由于转速较高，正车级以叶片凹面迎风空转，且因此时冷凝器真空度降低，摩擦损失较大，期间造成机组过热，排汽口发热或因冷凝器真空度下降而使换热面过热，造成冷却水管与管板胀管处松脱，逆转时轴承油膜受到破坏等因素限制。

4.2  长期倒航工况

对于舰船而言，长期倒航工况，一般都是在万不得已的紧急情况下才会使用，使用时间一般不受限制。

长期倒航工况所需的功率较小，一般为短期倒车功率的50%左右。此时要保证舰船在长期倒航时具备一定的操纵性，汽轮机可以实现长时间倒航运行。由于转速较低，且蒸汽流量较小，汽轮机、减速器、冷凝器的工作都不至于产生不良影响，其工作时间原则上不受限制。

倒车汽轮机所需的工作蒸汽一般采用正车蒸汽参数，或比该参数略低。这是由于倒车蒸汽管较细，流动阻力增大所致。若新蒸汽参数较高，为了不使汽轮机汽缸低温部分产生过大的热应力，通常会采用减温措施以降低进入倒车汽轮机工作蒸汽的温度。此时要求倒车汽轮机重量及尺寸尽可能小，以便于布置，从而多采用较高的排气压力。

在舰用核动力装置中，在短时间进行倒航时，为了尽量减少一回路的参数波动，希望倒航运行时倒车汽轮机充分利用该回路内的全部蒸汽（否则该部分蒸汽会在减温、减压后被排放到冷凝器内）。因此在设计倒车汽轮机时，无须重点考虑经济性要求。结构简单，布置方便，工作安全、可靠是选择倒车汽轮机结构型式的主要考虑因素。

5  倒车汽轮机的参数调节过程

为了实现舰船的倒航，并满足在紧急情况下的制动要求，舰用汽轮机都配置有倒车汽轮机。在设计倒车汽轮机时，首先要确定其功率、转速及蒸汽初、终参数。

倒车汽轮机的功率可根据滑行距离来选取。所谓滑行距离是指舰船全速航行时，突然接到倒航命令，从关闭正车进汽阀开始，到全力开启倒车进汽阀，舰船逐渐减速以至停止前进，整个过程舰船向前滑行的距离，该距离通常以舰船长度的倍数来表示。滑行距离与舰船正向航行时的惯性和阻力有关，也与倒车功率的大小有关。倒车功率通常用倒车功率与正车功率之比来表示。考虑低压小齿轮承受的负荷不超过正车时的最大值，即所传递的转矩不大于正车时的值。

倒车汽轮机的蒸汽初温由锅炉特性决定，对舰用汽轮机而言，倒车蒸汽温度需要降低，舰用汽轮机的倒车蒸汽温度大致与正车全速时相同。

对倒车汽轮机终压的选择，一方面考虑到汽轮机效率较低，带入冷凝器的热量较多，而冷凝器冷却水供水情况（特别是对自流循环机组而言）较差，从冷凝器特性来说真空度将有所降低，另一方面从汽轮机设计方面来说，为了减小倒车汽轮机的尺寸重量，也宜采用较高的背压。一般舰用汽轮机的倒车汽轮机终压可取为20～50 kPa，个别有用到80 kPa，过高的背压要考虑冷凝器管端密封和热变形等情况。

由选定的初、终蒸汽参数，从而得出其等熵焓降，随后应确定蒸汽流量或效率。通常需要考虑锅炉及整个动力装置的机动性，倒车汽轮机的蒸汽流量不宜取得过小，一般取为正车时的70%～85%左右，由此求出应有的倒车汽轮机有效效率，以取定倒车汽轮机机械效率，可求出其所要求的内效率。

6  倒车汽轮机运行过程研究

舰船前进时，倒车汽轮机级或倒车汽轮机不会进汽，并被正车汽轮机级或正车汽轮机带动倒转。为了减少被带动倒转时产生的鼓风摩擦损失，倒车汽轮机级或倒车汽轮机通常都设计成级数少、结构简单的型式，一般是采用1个二列速度级或再加1～2个冲动级。

一旦需要制动时，首先关闭正车操纵阀，使工作蒸汽不再进入正车汽轮机级或正车汽轮机内。这时，主汽轮机的转子在惯性力作用下继续按原来的方向转动（通常称为惰转），舰船在惯性力作用下继续向前滑行，但是，螺旋槳由于受到水的阻力，转速迅速降低。正车操纵阀关闭后，立即开启倒车操纵阀，使工作蒸汽进入倒车汽轮机（在机动操纵前，预先开启好倒车隔离阀），发出一定的倒车功率，迫使正车汽轮机先是停止转动，接着开始倒转，从而带动螺旋桨产生后退的推力，使舰船停止航行，该过程被称为回汽制动。

显然，如果能在停止正车进汽后，立即用全速时使用的初参数蒸汽进行回汽制动，则变向所需要的时间最短。但此时汽轮机转子和减速齿轮的受力情况大幅恶化，其中产生的应力明显增大。

为了确保舰船汽轮机机齿轮机组在各种工况下都能安全工作，通常在操作规程中对回汽制动的操作有严格的规定。其中包括在什么时候可以开启倒车操纵阀，在什么情况下可以增大倒车操纵阀的开度，以及开度的大小等。对部分舰船而言，只有在正车汽轮机调节级喷嘴前的蒸汽压力降至零时，才允许开启倒车操纵阀，当汽轮机正车转速降至零时，倒车汽轮机调节级前的蒸汽压力不得超过额定值的10%～20%；汽轮机开始倒转后才允许逐步增大倒车操纵阀的开度。

交替使用正车汽轮机或倒车汽轮机时，除出现上述各种应力增大的情况外，还会出现受热情况的变化。例如，当舰船从前进转变成后退时，正车汽轮机级不再进汽，本应逐渐冷却，但是由于被倒车汽轮机带动倒转，会产生较大的鼓风摩擦损失，结果反而使正车汽轮机级内的温度升高，特别是在前几级内尤为显著。因此，在舰船倒航时，正车汽轮机级内的温度与舰船前进时大不相同，并且随舰船后退持续时间长短而变化。由于该缘故，在操作规程中对交替使用正车、倒车汽轮机级或汽轮机的操作有严格的规定，其中包括舰船短时间后退和长时间允许使用的汽轮机转速，回汽制动后汽轮机必须稳定运行一定时间，然后才允许继续升高转速等，以避免部分汽轮机级内的温度过高，产生过大的热变形和热应力。

舰船长时间倒航时出现的问题，主要是正车汽轮机级由于鼓风摩擦损失产生的热量而发生过热。通常采取的相应措施有2个：一是限制汽轮机在舰船长时间倒航时发出的功率和转速；另一个是对正车汽轮机级进行降温，例如，有的舰船主汽轮机在正车汽轮机汽缸的进汽端装有自动阀，其在舰船长时间后退时会自动开启，使正车进汽空间与冷凝器内真空空间相连通。这样，舰船在长时间后退时，就会有一部分从倒车汽轮机级流出的排汽，从正车汽轮机级的末级流过整个正车汽轮机级的通流部分，起到一定的降温作用。另外，还必须经常注意正车汽轮机汽缸的温度，绝不允许超过规定的限度。

同样，在主汽轮机变向时，也会有一部分蒸汽凝结成水。因此，要仔细按规定疏水。同时，必须保持工作蒸汽初参数，冷凝器内真空稳定和润滑系统工作正常。

由于结构上的限制，倒车汽轮机通常布置在低压缸汽轮机的排汽侧，与低压缸汽轮机转子同轴。随着机组功率的增加，倒车汽轮机的功率亦在提高。

7  倒车汽轮机与柴油机的对比

汽轮机和具有曲柄连杆机构的往复式内燃机不一样，其为不可逆转的旋转式热力发动机[6]。因此，正如上文所述，为了获得舰船倒航能力，必须配备与正车汽轮机相对的倒车汽轮机。

舰船停止运动和螺旋桨换向的持续时间取决于舰船的排水量和船速、主机和传动装置的型式、回转系统转动惯量，以及将调节机构转接到停止和换向所需的操作时间。

柴油机通常不可能通过全速正车来实现换向而要求降低船速，因而要有相应的时间损失。在这种条件下，换向持续时间可达3～4 min。在汽轮机动力装置中，倒车汽轮机能够发出的反向转矩明显大于柴油机，所以齿轮减速式汽轮机组可以由全速开始换向。

柴油机和汽轮机的倒车功率存在着显著差异，尽管在这2种情况下主机都遵循螺旋桨规律进行工作。在倒航时，柴油机总是处于超负荷状态，因为水的阻力大，且螺旋桨效率低，倒航的曲线总是比正车更为陡峭。此外，在倒航时，由于结构上的限制或者个别组合件和零件的应力不允许增加，所以不能达到说明书规定的发动机额定功率。

就舰用汽轮机动力装置而言，为了实现倒航，专门设有倒车汽轮机，并且为了减少重量和尺度而将其制成简化型式，级数少，因而效率低。在这种情况下，倒车汽轮机的蒸汽消耗量急剧增加。

动力装置长时间倒航的能力取决于所容许的强度和磨损储备。十字头型柴油机在倒航时所产生的侧推力，会由倒航导板所承受；倒航导板的支承面通常小于正车导板，因而会使导板受热和加剧磨损。因此，长时间倒航工作的船舶（如破冰船和拖船）中必须设置双侧导板。对汽轮机动力装置而言，由于低压汽轮机通常与倒车汽轮机装于同一壳体中，因此会过度受热，所以其倒航持续工作时间会受到限制。

如上文所述，主机种类对舰船倒航所产生的影响也较为明显，其原因可从2个方面来理解。一方面柴油机换车时间较汽轮机更短，前者约需90～120 s，后者约需120～180 s。柴油机主机供油停止后，需使螺旋桨无符合转动并降速至某一程度后，用压缩空气通入气缸，使主机停转后再进行倒航启动，其优点是可以较快地采用较高的转速实现正航或倒航。汽轮机则有正车汽轮机和倒车汽轮机，倒航时，需停止向正车汽轮机供汽，接着再向倒车汽轮机供汽才能使螺旋桨反转；为了能尽快地输出倒航动力，只要能提供大量蒸汽即可。然而，因受倒车汽轮机和减速齿轮转速、转矩所限，从正航、停转、倒航的转换来看只能采取渐减渐增的方式进行，而且稳定下来也颇费时。另一方面柴油机的倒车功率与常用功率之比也较汽轮机高，这也为紧急停船距离的缩短提供了条件。

8  新式舰用汽轮机倒航系统

另一种新式舰用汽轮机倒航系统即为汽轮机电力推进系统。与以齿轮传动的常规汽轮机动力装置不同，该系统通过1台汽轮机驱动1台主发电机，并配有主发电机励磁用的直流发电机，由主发电机发电驱动电机，再驱动螺旋桨。桨的变速过程与机构的减速过程，均可通过电力传动来实现，由于电机的转向性能较好，相应也能控制螺旋桨的转向。因此，在该情况下螺旋桨可反转，这里就不需要在汽轮机上加倒车级。

与一般舰用汽轮机相比，舰用汽轮机的高压汽轮机和低压汽轮机转速都更高，这也是舰用汽轮机的共同特点。采用这样高的转速，一方面是为了更好地适应较高的螺旋桨转速（由较大的航速及螺旋桨的效率特性所决定）和更充分地利用两级传动齿轮所能达到的减速比；另一方面是为了尽可能减小汽轮机的尺寸和重量。由于转速高，低压汽轮机需要设计成双流程的形式；在功率和背压相同的情况下，其总重量仍旧小于一般商船用低压汽轮机的重量。

9  结束语

实践表明，作为舰船的主动力装置，汽轮机能取得较好的效果。这是由于汽轮机具有较突出的优点：经济性较好、运行平稳、安全可靠、维护保养简单和重量轻尺寸小，特别是单机功率较大。因此，不论在陆用发电站设备上，或在大型军舰和民用船舶上，汽轮机均已得到了广泛应用。在核能发电站及核动力舰船上，汽轮机同样受到了青睐[7]。

根据本身的构造，汽轮机仅可在一个方向转动，为了确保舰船能在一定的航速下实现倒航，由此设置了倒车汽轮机，并成为舰用汽轮机动力装置中不可缺少的组成部分。同时，由于倒车汽轮机仅在进出港机动操纵和紧急情况下才使用，而且通常使用时间不长，因此对其经济性要求并不高，但是要求结构紧凑、长度上的限制较为严格，所以倒车汽轮机大都采用速度级的型式，以减少倒车汽轮机的级数。与此相对，采用电力推进的汽轮机舰船上则无须额外配装倒车汽轮机。当汽轮机能量传输至推进轴上时，推进轴可通过电机来驱动螺旋桨。

参考文献：

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