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现代航母为何还要发展“落后”的蒸汽轮机动力?

导言

在舰船动力装置的专业书籍里,习惯的把蒸汽轮机动力装置和核动力装置作为两种不同的动力装置来讲解。但是我们如果撇去它们“烧锅炉”方式的不同,我们会发现蒸汽轮机动力装置和核动力装置都是通过汽轮机把内能转换成机械能对外做功。这样,我们就可以突破一些限制,把核动力装置看作是一种使用非常规燃料(核燃料)的蒸汽轮机动力装置,也就有了今天这篇文章讨论的意义。

核动力装置离不开汽轮机

蒸汽轮机动力装置在舰船上的应用

蒸汽动力是应用在舰船上较早的动力,发展至今已有100多年的历史了。在蒸汽动力中,以蒸汽轮机动力装置最为突出。在很长一段时间里, 蒸汽轮机动力装置是大型航空母舰、核潜艇、液化天然气船(LNG运输船)、巨型油轮的主流动力。不过随着大型低速二冲程船用柴油机的发展,以及双燃料技术的应用,液化天然气船(LNG运输船)、巨型油轮等大型民用船舶开始陆续使用大型低速柴油机了。但是作为大国海军的象征——航母,则蒸汽轮机动力装置依然是其主流动力形式。

曾经世界上最大的油轮,排水量超80万吨,采用蒸汽轮机动力装置

蒸汽轮机动力装置的优点:

第一点,单机功率大。因为蒸汽轮机工作过程是连续性的,所以可以采用较高的工作转速,得到较高的单机功率。

第二点,震动小、噪声低。因为蒸汽轮机叶轮转速稳定,无周期性扰动力,因而机组震动小、噪声低。

第三点,可靠性高,寿命长。因为蒸汽轮机摩擦部件少,又无周期性扰动力,因而工作可靠性高,寿命长。

图为汽轮机维修。汽轮机可靠性较好,大修时间较长

第四点,燃料范围广。因为蒸汽轮机动力装置是通过烧锅炉的方式产生蒸汽,因而,理论上任何可燃烧的物质都可以作为其燃料。

第五点,效率高。在新技术的加持下,蒸汽轮机动力装置效率较高。如在陆地大型电站机组中,超超临界蒸汽动力机组简单循环的热效率接近55%,领先于同一条件下的燃气动力机组(平均为45%)和低速柴油机组(平均为48%)。此处参考:中国舰船研究,黎南,张欣《国外舰船蒸汽动力技术发展的启示》

火力发电站内部

蒸汽轮机动力装置对航母的适应性

相对于其它水面舰艇存在的问题:

从上面的优点可以看出,其实蒸汽轮机动力装置一点都不落后,那为何其它水面舰艇都不用了呢?其实其它水面舰艇相继淘汰蒸汽轮机动力装置,并不是因为其技术落后,而是因为蒸汽轮机动力装置整个系统较为复杂,辅助设备较多,体积较大。这样,对于排水量相对较小的水面舰艇来说,会占用舰艇大量的宝贵空间。同时,蒸汽轮机动力装置的启动过程较长,对于舰艇快速反应能力要求越来越高的今天,显然是无法满足战术要求的。而如何采取不熄火“待机状态”则要额外消耗不少燃料,这对舰艇是不利的。

我国051型驱逐舰采用了蒸汽轮机动力装置

蒸汽轮机动力装置和航母有更好的适应性:

反观航母,航母的排水量相对于其它水面舰艇来说要大的多,空间也要宽裕不少。装上大功率的蒸汽轮机动力装置,和多带一些燃料,矛盾相对要少不少。同时,航母为满足舰载机起飞要求,一般要求较长时间的逆风高速航行。而航母的排水量较大,航速较高,那么对于动力装置的功率要求较高。而选用蒸汽轮机动力装置,则完全释放出了蒸汽轮机动力装置单机功率大,运行稳定的特点。除此之外,航母的蒸汽弹射系统、甲板除冰系统、全船供热系统等一些相关系统,都离不开大型蒸汽系统,而采用蒸汽轮机动力装置对它们有着不错的适应性。

采用蒸汽轮机动力装置的俄罗斯航母

发展核动力航母离不开蒸汽轮机

从现有世界上先进的航母发展轨迹来看,航母朝着大型化、核动力化已是必然的趋势。笔者在开篇就讲了,核动力装置可以看作是使用非常规燃料(核燃料)的蒸汽轮机动力装置。因为现有舰船核动力装置依然停留在通过"烧开水"产生蒸汽推动汽轮机转动,对外输出做功的阶段。这样,如果在没有出现革命性的舰船核动力装置之前,想要发展核动力航母,就必须要在核反应堆,及汽轮机等相关技术上都要有所建树。(注:可能会有人认为未来的航母会朝着电力推进方向发展,其实再如何发展电推都离不开先进的原动机来发电)。

美国的福特号航母代表已服役航母的最高水平

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作者:小船人的梦想 2019年5月30号

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