燃氣輪機那麼耗油,為什麼還將其用做大型軍艦動力系統?

simon0813


現在大部分大型軍艦(航母級,2萬噸以上的)採用的依然是蒸汽輪機,至於燃氣輪機,目前主要用在小型艦船上面,主要原因是燃氣輪機的發動機比較小,輕便,沒用到大型軍艦上主要是因為技術還不夠成熟。目前只有美國將燃氣輪機應用到大型軍艦上面,國際上更是隻有英國、美國、烏克蘭具備生產燃氣輪機的能力,我們已經跟烏克蘭合作獲得了該技術,但是仍未投入大型艦隻上使用。

大型軍艦採用蒸汽輪機並不是壞事,因為蒸氣輪機的故障率低!我們都開過車,知道92號汽油跟98號汽油加在車裡面的感覺是不一樣的,長期加98號油的車突然加92號油說不定還沒開出城立馬就會故障拋錨了。而蒸汽輪機卻不會出現這種問題,蒸汽輪機以蒸汽作為驅動力,各種燃料只是負責提供燒開水而已,這樣就不會因為燃料品質不同而導致蒸汽輪機出現故障,我們都知道船舶這種大型負載的裝備,除了大洋之中也不允許半路拋錨(沒地方哭去),返廠維修一次的時間往往也要非常久。

其次,蒸氣輪機所使用的油非常便宜,這種油的價格也就常規汽柴油的三分之一而已。這種本來就是石油提煉汽油跟柴油之後剩下的沉澱物,這種油非常粘稠,本來也沒有其他用途了,拿來當船舶用油替代煤來作為燃燒燃料剛剛好。

為何要用燃油來替代燃煤呢?主要是轉運方便的緣故。燃油可以採用加註的方式,加油的時候只要把加油管插到船舶油箱裡去就可以了。而以前用燃煤的時候則要各種剷車各種剷煤,往往罐裝一次燃料要花費很多人力物力。


優己


船用燃氣輪機具有顯著的技術優勢,例如體積小、重量輕、熱效率高、經濟性好、啟動快、機動性好,而且燃料的適應性強,清潔,對環境汙染小,噪音低頻分量很低,可靠性高,維修方便,使用壽命長等特點。

燃氣輪機在燃燒室中混合燃料壓縮空氣和燃料,在燃氣渦輪中加入燃燒產生的高溫燃氣從而出現膨脹現象,這能讓渦輪葉輪進行驅動,從而推動壓氣機葉輪的轉動。船用燃氣輪機還能和其他動力裝置混合搭配,例如柴-燃混合動力等,這能進一步提升可靠性和靈活性,也能降低耗油率。燃氣輪機不僅搭載在普通艦船上,航母上也有應用。例如英國的伊麗莎白女王級航母就搭載了兩具Rolls-Royce Marine 36 MW MT30燃氣輪機。

燃氣輪機相比柴油機和蒸汽機而言,具備功率密度大,在同等功率下,燃氣渦輪機體積是柴油機的1/3~1/5,是蒸汽輪機的1/5~1/10。燃氣輪機的氣動速度也快,在1~2分鐘內就能達到最高轉速。而柴油機和蒸汽輪機需要一小時到數小時才能讓系統的輸出功率達到最大。燃氣輪機的噪音低頻分量也低,燃氣輪機還有較大的單機功率、較輕的重量、較長的壽命和較低的NOX排放。

燃氣輪機產業事關國家安全、經濟建設和科技發展,其發展水平也已成為衡量一個國家裝備水平、高新技術和科技實力及綜合國力的標誌。燃氣輪機是在高溫、高壓、高轉速等惡劣環境下長期反覆使用的熱力裝置。涉及到氣動力學、工程熱物理、機械等多個學科。一直被譽為“皇冠上的明珠”。而燃氣輪機未來的發展趨勢是大型化、高性能和燃料多元化,雖然它還有一些缺點,但是優勢卻是無可替代。


航空之家


近日,俄羅斯Rostec公司嘗試啟動位於克里米亞的兩座燃機電廠,但是未能成功,這已經是俄羅斯第三次嘗試啟動這兩座燃機電廠了。到目前為止,俄羅斯已經在這個問題上耗資700多億盧布了,然而仍舊未能掌握相關技術。

燃氣輪機技術一直以來便是世界上的尖端技術之一,其製造工藝非常複雜,因此燃氣輪機也被稱為是裝備製造業中“皇冠上的明珠”。

燃氣輪機的應用非常廣泛,小到坦克快艇,大到航空母艦,都能見到燃氣輪機的身影。那為什麼這些軍事裝備的動力系統都偏愛於燃氣輪機呢?這是因為燃氣輪機的三個重要優點

燃氣輪機的功率密度非常大,如果用相同功率的燃氣輪機和柴油機相比較的話,你會發現前者的體積只有後者的三分之一甚至五分之一左右,因此在有限的動力系統安裝空間中,採用燃氣輪機的功率要遠遠優於柴油機。

燃氣輪機的啟動速度非常迅速,即使說它的功率比柴油機高很多,但因為其轉子的獨特設計,導致其可以在最多兩分鐘之內達到最大轉速,相比而言,柴油機就要慢上許多了。

燃氣輪機的產生的噪音低頻分量極低,這一優點主要在軍用戰艦上最能體現出來。我們知道,海洋環境是最容易傳播低頻噪音的,而這就使聲吶系統非常容易捕捉到低頻噪音信號,如果戰艦的動力系統產生的低頻噪音很大,那麼就會很輕易的被敵方戰艦的聲吶所捕獲,從而暴露自己的位置,這在海上作戰中是極其不利的,但燃氣輪機在工作時所產生的是高頻嘯音,這樣就大大的增加了戰艦的隱蔽性。

目前,國際上的大型艦用燃氣輪機主要有美國的LM2500,英國的WR21以及烏克蘭的GT25000。我國的工業基礎薄弱,裝備製造業起步較晚,雖然經過多年的努力,已經有所改善,但是在大型燃氣輪機的研發製造方面,只能算是剛有起色,因此,我國應該加大燃氣輪機領域的研究力度,爭取早日使我國的大型燃氣輪機技術達到世界級的水平。


迷彩虎軍事


對於艦艇來說,燃氣輪機並不很耗油,特別是在高速航行時,燃氣輪機的經濟性很好。

在高速時,這一發動機的輸出、耗油率、控制簡易準確程度非常理想,很適合作為作戰艦艇的動力。唯二的缺點是比較貴,而且低速時耗油率高,所以需要一定技術方法解決耗油問題。



在一些作戰艦艇上,運用了複合燃氣輪機、柴油機架構,又或者用針對性不同的燃氣輪機,實現高速和低速巡航時的經濟性最大化。

例如旗風級護衛艦,是日本海上自衛隊第三代防空艦艇,就運用了這一配置。

它同時也是日本首次使用燃氣渦輪主機作為動力來源的艦艇。



旗風級護衛艦由日本三菱重工長崎廠建造,艦長150米、舷寬16.4米。標準排水量4千6百噸、滿載排水量5千6百噸。

在當時這是很大的護衛艦,如何保證高速航行與低速巡航兼顧,是一個難題。

所以該級艦是日本海上自衛隊首先採用複合式燃氣渦輪主機(COGAG)作為動力來源的艦艇,解決不同速度段的動力需求問題。



這一複合燃氣組合,包括一座SM-1A燃氣渦輪主機搭配一座TM-3B燃氣渦輪主機,構成複合式燃氣渦輪推進系統。共配備兩套。最大輸出7萬2千匹軸馬力。本級艦採雙車雙舵配置,最大速度每小時30節。


這樣這一護衛艦實現了跨越時代的動力改善與突破,機動性能在當時極為出色。

在此基礎上,旗風級實現擴大平臺,將導彈發射器移往艦艏A炮位,艦艉則能夠專門作為直升機甲板,為反潛直升機進行加油與掛彈的工作。這是以前較小的艦艇無法實現的。

該護衛艦放置在艦艏的Mk13導彈發射架,有防浪護版,發射架除了可以裝置標準防空導彈外,也可裝置魚叉導彈。

雖然旗風級由太刀風級改進而來,但因為動力充沛,可以強化功能,與日本當時的直升機護衛艦相似。

在直升機護衛艦進行翻修時,旗風級可接替擔任護衛群旗艦的功能。旗風級戰係為OYQ-4-1型,戰術數據鏈為Link-11與Link-14,在宙斯盾化之前是海上自衛隊採用海軍戰術情報系統(NTDS)的最佳艦艇。

可見,在戰艦上使用燃氣輪機,是非常好的選擇。而蘇聯海軍受制於高壓蒸汽輪機,一直未能趕上西方海軍動力的步伐。


轉管炮


當前大型戰艦的動力無外乎柴油機、蒸汽輪機和燃氣輪機三種,我們比較各自優劣便可知曉答案。


我軍054系列護衛艦使用柴油機作為動力,柴油機的優點是穩定、省油,經濟性好。054系列護衛艦常年擔負亞丁灣護航、演習和出訪等任務,基本沒有出現什麼大問題,顯示了柴油動力良好的經濟性和可靠性。

但是柴油動力不足有二:

一是馬力不足,這導致054最高航速據說只有28節。

其二是不夠靜音,這導致在反潛作戰時劣勢較大。

我軍深圳、石家莊和瀋陽號,以及從俄羅斯進口的現代級驅逐艦都是使用了蒸汽動力,據說遼寧號也是蒸汽動力。蒸汽動力優點在於動力足、技術簡單、穩定可靠,缺點在於啟動速度慢(要等水燒開了)、體積龐大。

由此我們也就看到燃氣輪機的優勢了:啟動速度快、加速性能好、體積小、功率大!


至於耗油問題,也看技術了,技術夠先進,也還好。


用戶105933878864


\n

{!-- PGC_VIDEO:{"thumb_height": 360, "file_sign": "bb3201569e0a97700cea3e0f14ba47b8\

全家寶貝


這和耗油不耗油關係不大,一方面燃氣輪機有它的優勢,好東西就得用。噴氣戰鬥機耗油,現在你不可能用螺旋槳飛機去對付噴氣戰鬥機;豪車耗油,大老闆不可能去坐排量1.0。


燃氣輪機結構最簡單,而且最能體現出燃氣輪機所特有的體積小、重量輕、啟動快、少用或不用冷卻水等一系列優點。燃氣輪機(Gas Turbine)是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉,將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械,是一種旋轉葉輪式熱力發動機。


為什麼燃氣輪機會在軍艦上得以應用呢?因為燃機具有以下優點:單機功率大、體積小、重量輕、啟動加速性好、操作維護性好。

舉例:瓦錫蘭公司的14缸RT-FLEX96C船用柴油機,最大持續功率80MW,長27.3m,高13.5m,整機重2300T,熱效率50%;羅羅的MT30最大持續輸出功率36MW,然而長9m,高5m,整機重6.2T,熱效率40%。


這個指標對比相當明顯了……功率相等的情況下柴油機組重量是燃機的百倍左右。體積小、重量輕意味著船隻結構強度高,發動機推重比大,機動性好。

1982年馬島戰爭,英國海軍19艘燃機艦艇航行四個月(包括14天7000海里的緊急連續航行),無一因為主推進裝置故障而退出戰鬥。遠程奔襲還怒草了阿根廷。

跟機動性有關的數據比較敏感,只能定性說燃機的機動性遠高於柴油機。高機動性意味著軍艦可以快速啟動和變向,這在戰爭中的作用不用多說了……


當然,燃機也有一些問題。比如簡單循環的巡航工況熱效率低,但是這個道理就跟豪車油耗一樣,都買得起輝騰了還在乎啥油耗?高機動性意味著生存率的提高,這才是減成本的地方。


複雜循環比如WR21可以基本解決經濟性問題,50%負荷下油耗指標僅增加4.15。然而這個東西因為有回熱裝置,導致結構複雜,體積大,成本高,維護性差。45型驅逐艦好像總趴窩……

綜上,燃機的性能非常優異,得到廣泛使用自然不足為怪。對大驅來說最適合沒有之一。


豆豆拍


原因非常簡單,相比蒸氣輪機它起動迅速短時間內就能達到全功率狀態。柴油機雖然經濟起動速度也快但相同體積下最大功率遠小於燃氣輪機。比較經濟的做法是柴燃聯合,低速巡航時用柴油機,高速航行時啟用燃氣輪機。

隨著全電技術的實現,燃氣輪機耗油的問題也可以解決。燃氣輪機只負責發電,巡航時用不了的可以存起來,存滿後機組停工。


小工種


先進的燃氣輪機的熱效率其實非常高,達到40%以上,遠遠大於蒸汽輪機,和柴油機差不多而且不挑食,最重要的是啟動快,瞬間加速能力強,這在反潛作戰中尤為重要,潛艇主要攻擊武器是魚雷,軍艦瞬間提速和轉彎能力對規避魚雷有著決定性的作用。作為軍艦動力,首先要考慮的是作戰性能,像我們052用2柴2燃其實是妥協的產物,我們燃氣輪機不成熟,2個柴油機作為平時行駛的主動力,需要的時候才用燃氣輪機,像伯克級那樣裝4臺燃氣輪機才是最理想的,老美曾經在蜜月期賣給我們初代LM2500燃氣輪機,當時單機就有2.5萬馬力,現在最新改進型有4.7萬馬力,我們雖然當時拿到了圖紙,但是由於工藝上的原因沒有達到應該有的壽命,2柴2燃勉強達到10萬馬力讓軍艦擁有30節的能力,但是比起最新款伯克級近18萬馬力的動力,還有很長一段路要走,早點吃透LM2500是當務之急,該燃氣輪機改進型還能用在大飛機上,是個寶!


黑山老妖37625003


題主說的問題是因為把某些事情搞混了,而回答的人也跟著題主的套路走。

雖然都是燃氣輪機,但是軍艦用的是渦漿發動機,而不是噴氣發動機,就現有技術而言,渦漿發動機的燃油消耗率是接近柴油機的,而燃氣輪機可以用費用更低的重煤油甚至重油,所以它的總體燃油費用其實比使用柴油輕煤油的更低。

其次,它的體積要比相同功率的內燃機要小的多,在寸土寸金的軍艦裡這一點非常重要,至於噪音也比柴油機小的多得多。

還有就是它的啟動速度要快的多。在使用燃氣輪機的護衛艦基本就像使用摩托一樣點火就走,就發動機而言最多五分鐘就可以達到最大速度,而內燃機想從冷態到最大速度,僅僅預熱發動機沒半個小時下不來。

燃氣輪機屬於外燃機,與內燃機不同,它的尾氣可以有很多用途,比如給背壓發電機發電、製造淡水等。

所以護衛艦巡洋艦無論是從經濟性還是實用性燃氣輪機都優於內燃機的。


分享到:


相關文章: