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泰坦尼克号海洋之心【海洋之心】

发布时间:2019-02-12 04:09:06 影响了:

  动力系统被称为船舶的心脏,其性能关系到船舶航速、续航力、机动性和隐蔽性等重要性能,因此为船舶选择合适的动力系统非常重要。按原动机类型,船舶动力系统可以分为蒸汽动力、柴油机动力、燃汽轮机动力、核动力、联合动力等几种类型。不同的动力类型有其固有的特点和合适的应用范围,下面对不同类型动力系统的特点作简单的介绍,并讨论一下军用舰艇的动力选择。
  
  常规动力装置的性能比较
  
  船舶主机中最常见的类型是蒸汽轮机、柴油机和燃汽轮机3种常规动力装置。其中,蒸汽轮机是最早应用于船舶主机的动力类型,其工作原理就是依靠锅炉产生的高温高压水蒸汽,推动叶轮转动来提供动力。柴油机是船舶工业应用最为广泛的动力系统,其工作原理是利用燃料在汽缸中快速燃烧推动活塞做功产生动力。船用柴油机按转速可以分为高速机(1000转/分以上)、中速机(300~1000转/分)和低速机(300转/分以下)3种性能特点不同的类型。
  燃汽轮机是近半个世纪以来新发展出来的一种船用动力系统,大多数由航空发动机衍生发展而来。燃汽轮机结构上主要由压气机、燃烧室、汽轮机三部分组成:工作时,压气机将吸入的空气压缩升温,然后将一部分空气送八燃烧室,与喷油嘴喷出的燃油混合燃烧,形成温度在2000℃左右的高温高压燃汽,再与另一部分压缩空气混合冷却至600~700度后,进入汽轮机组推动叶片产生动力。结构和工作原理的不同,使这三种动力装置有着不同的性能特点和适用范围,下面对其主要的性能指标作一下简单的比较:
  在提供的功率大小方面,提供功率最大的是蒸汽轮机和燃汽轮机。目前应用较多的机型中,单台蒸汽轮机最高可以提供75000千瓦的强大功率,燃汽轮机略小,可以提供最高60000千瓦的功率:柴油机的单机功率最小,而且转速越高,单机功率越低:低速柴油机的最高功率不超过40000千瓦,中速机不超过20000千瓦,高速机一般不超过8000千瓦。柴油机要提高单机功率,必须增加汽缸数、增大汽缸容积和工作压力,但这又不得不加强汽缸的结构强度。因此,柴油机重量尺寸随功率增长很快,造成“单位功率重量”较高,限制了单机功率的提高。
  在经济性方面,蒸汽轮机的热效率低、燃料消耗量大,但其燃料是在发动机外部的锅炉中燃烧,因此可以燃用重油这类价格较为便宜的劣质油,有利于降低运行成本。燃汽轮机的燃料消耗率比蒸汽轮机略低,比高速柴油机要高,而且对油质要求很高,因此运行成本最高。柴油机的燃料消耗率最低,且转速越低,燃料的消耗率越小。再加上低速柴油机也可以燃用重油(耗油率会有少量增加),能够进一步降低运营成本。在建造成本上,柴油机结构和技术都比较简单,易于制造:蒸汽轮机技术成熟,但结构较为复杂庞大,单机成本比柴油机略高;燃汽轮机技术难度大,对制造工艺和材料的要求都很高,因此建造成本最高。综合以上两点,柴油机经济性最好,蒸汽轮机次之,燃汽轮机成本最高。
  机动性方面,蒸汽轮机启动时要经过润滑油加热、冷凝器抽真空、主机暖机等步骤,直到锅炉蒸汽参数达到一定指标后才能启动,因此启动准备时间长达30分钟左右。要减少准备时间,必须采用暖机泊车,但这又增加了燃料消耗。航行中,蒸汽轮机要改变工况,又必须先改变锅炉蒸汽参数,造成加速性能较差。因此,3种动力类型中,蒸汽轮机的机动性能最差。燃汽轮机和柴油机的机动性较好,从启动到满工况运行时间一般不超过10分钟。但柴油机在低速运行时,各汽缸喷油均匀性恶化,甚至个别汽缸不着火,导致转速波动大、稳定性差,造成船舶的最低航速过高,不利于进出港口和在恶劣天气下航行。柴油机的抗过载能力也比较差,一般超负荷10%运行的时间限制只有1小时。
  可靠性和隐蔽性方面,柴油机工作时汽缸和主要的运动机件做往复运动,振动噪声特别大;往复运动也使柴油机主要运动部件磨损严重,造成润滑油耗量大,大修期限短,中高速机尤其严重。因此,柴油机的静音性能和可靠性在3种动力类型中最差。蒸汽轮机的叶轮转速较为稳定,没有周期性作用力,振动噪声低、转动部件的磨损也小,再加上技术发展成熟,因此可靠性和静音性能最好。燃汽轮机的叶轮在高温高压燃汽中高速运行,较容易损坏,可靠性要比蒸汽轮机和低速柴油机略差,但比中高速柴油机要好。燃汽轮机由于要吸八和排出大量气体,进排气口的红外辐射信号和噪声强度要比其它两种动力类型强:而且大型进排气口容易对船体布置和强度构成不利影响。综合上面分析,蒸汽轮机的可靠性和隐蔽性最好,燃汽轮机次之,柴油机最差。
  在应用上,蒸汽轮机可以提供较大的功率,但其重量体积巨大,一般只应用于大型货轮、油轮、常规动力航母等大型船舶。柴油机中,低速柴油机可以提供较大的功率,但同样因为设备体积重量较大,一般也只应用于油轮、货船等大型民用船舶。军用舰艇由于对动力系统的紧凑性要求较高,一般只采用重量体积较小的高速柴油机和燃汽轮机。高速柴油机技术相对简单,结构紧凑且建造和使用成本较低,因此在护卫舰、导弹艇等中小型舰艇上有广泛的应用。但高速柴油机单机功率较低,一般无法单独应用于5000吨以上的大型船舶,一般采用几台柴油机联合(CODAD)或与其它动力装置组成“联合动力系统”,才能满足大功率需求。如法国“追风”级护卫舰,就是采用了6台柴油机组成的CODAD系统,每两台一组共驱动三个喷水推进器。
  燃汽轮机作为一种新兴的动力系统,与其它动力类型相比,拥有单机功率大、重量尺寸小、机动性高和静音效果良好等优点,而这些优点正是军用舰艇动力系统一直追求的目标,因此目前军用舰艇是燃汽轮机最主要的“用户”。美、英、俄等燃汽轮机技术发展较为成熟的国家,其驱逐舰、巡洋舰等大型作战舰艇多采用全燃动力。如前苏联建造的排水量达到11490吨的“光荣”级巡洋舰,采用6台燃汽轮机作动力,总功率达到79.38兆瓦。该舰在低速巡航时采用2台巡航用燃汽轮机推进,高速航行时采用4台加速用燃汽轮机提供动力,全速冲刺时6台燃汽轮机可以同时工作,能够达到32节的最高航速。美国海军“阿利・伯克”级驱逐舰和“佩里”级护卫舰,也采用了全燃动力。
  
  联合动力装置
  
  从上面的分析可以看出,每一种动力系统都有一定的优缺点,单独使用一种动力类型往往不能满足船舶在不同航行状况下对于动力系统的复杂要求:一般来说,船舶航行过程中,所需功率占全功率1/4的低航速状态占整个航行时间的80%,而全功率航行时间只占2%左右。为了解决船舶高速航行时的大功率要求和低速巡航时经济性要求的矛盾,综合不同动力系统优点于一身的联合动力装置成为许多船舶动力系统的最好选择。 船舶采用联合动力系统后,可以大大提高其航行性能,如一艘4000吨级的驱逐舰,在使用联合动力装置后,动力系统重量可减少20%,续航力可以增加25%。联合动力装置最主要的缺点是必须在一艘船上配备两套配件、燃油和维修力量,提高了后勤维护的难度。
  在某些文献中也会出现“全燃联合动力装置(COGAG/COGOG)和全柴联合动力装置(即前面提到的CODAD)”这一说法。笔者个人认为,相同类型的发动机并车推进称为“联合动力”略显不妥,因此此处的“联合动力”是指不同类型发动机的联合。另外,从严格意义上讲,联合动力装置是指在船舶推进系统的同一根主轴上加装两种不同的动力装置,并车后为舰艇提供动力;而在不同的推进主轴加装不同的动力装置只能称为混合动力。笔者个人认为两者在概念上虽有一定区别,但其性能原理和对船舶各方面性能的影响几乎相同,因此,本文中的“联合动力装置”在这一点上不做过多区分。
  船舶联合动力装置中最常用的类型是柴-燃联合。这种动力系统在低速航行时用功率较小的柴油机推进,依靠柴油机良好的经济性可以获得较大的航程:在高速航行时,柴燃联合动力装置可以分为交替使用联合动力装置(CODOG)和共同使用联合动力装置(CODAG)两种工作方式。前者是指高速航行时柴油机停机,由燃汽轮机单独工作提供航行动力:后者是指高速航行时柴油机和燃汽轮机同时工作,提供所需功率。联合动力装置较好地综合了两种动力系统的优点,满足了不同航行状况下的动力需要,因此在各国海军作战舰艇中得到了较为广泛的应用。如德国海军的“不莱梅”级护卫舰,满载排水量达到了3600吨,动力系统由2台LM2500燃气涡轮发动机和2台MTU 20V956TB92型柴油机组成,工作方式为CODOG。高速航行时使用LM2500燃汽轮机,可以达到30节的航速:低速巡航时使用两台柴油机,以节省燃油。两种动力系统共同驱动1根转动轴和1具5叶螺旋桨。而德国海军后来发展的F124“萨克森”级护卫舰,满载排水量超过5000吨,其联合动力装置采用1台LM2500燃气轮机和2台MTU 20V1163TB93型20缸柴油机,工作方式变为CODAG。低速航行时,柴油机最大可以提供7400千瓦的动力,保证军舰拥有4000海里/18节的续航能力。燃气轮机可以提供23500千瓦的功率,驱动两个主变速箱和交叉连接变速箱。燃汽轮机与柴油机联合驱动时,军舰可以获得最大29节的航速。
  从这两型护卫舰动力系统的对比中可以看出,两者最高航速几乎相同,采用CODAG的“萨克森”级护卫舰排水量更大,却比采用CODOG的“不莱梅”级护卫舰少配置了一台LM2500燃汽轮机。这其中固然有两种发动机技术不断发展、单机推力增大的原因,但最重要的原因是CODAG联合动力系统在高速航行时也可以充分利用柴油机的功率,在同种情况下降低了对燃汽轮机的要求,又提高了续航力,这是CODAG工作方式最重要的优点。CODAG的主要缺点是:柴油机和燃汽轮机并车后的协调和操控较为困难,需要使用交叉连接变速箱(CrossConnect Gear)等并车装置对不同主轴的转速和功率进行协调,加大了传动装置的结构复杂程度和布置难度。在这方面,南非海军从德国订购的MEKO A200型护卫舰虽然采用CODAG工作模式,但其用一组CODAG-WARP(柴燃联合动力,喷水和精确推进器)解决了这一难题:2台MTU 16V1163TB 93柴油机驱动2具可调螺距螺旋浆,1台LM2500燃汽轮机驱动1套喷水推进系统。该舰在1台柴油机驱动双轴时,可以达到18节的航速,在2台柴油机共同运转下可达到23节航速,在2台柴油机和喷水推进器的共同作用下可达到28节航速。而且该舰利用喷水推进航行时,通过调节挡板可迅速减速,并实现倒车航行,大大提高了舰艇的机动性。MEKO A200级护卫舰动力系统的这一设计也就是前面提到的“不同主轴加装不同动力系统”的“混合动力装置”,两种不同的动力装置驱动不同的推进主轴,免去了并车、功率和转速协调等难题。虽然不一定会成为联合动力装置推进方式的发展方向,但其灵活的设计思路很值得我们借鉴。除此以外,常用的联合动力装置还有燃蒸联合动力(COSOG/COSAG)。
  
  核动力装置
  
  核动力装置是指利用核燃料(铀一235、钚等)裂变产生的能量为船舶提供动力的装置。基本工作原理是利用原子核裂变反应能量产生的高温来产生蒸汽,推动汽轮机组产生动力,用来推进船舶前进或发电。从1955年世界第一艘核动力船舶――美国海军“舡鱼”号核潜艇正式服役开始到现在,核动力装置已广泛应用于世界各国大量军民船舶中。如核动力潜艇、航母、巡洋舰,民用的核动力破冰船、大型货船等。作为一种特殊的动力系统,核动力装置作为船舶动力有其特有的优势:
  首先,核燃料具有极高的能量密度,这也是核动力装置最根本的优点。核动力装置由原子核裂变产生能量,因此其能量密度极高:1公斤铀裂变产生的能量,相当于2800吨优质煤或2100吨燃油充分燃烧产生的能量。假设一艘推进功率为74000千瓦的大型快速船,采用常规动力全速航行1小时大概需要消耗35吨燃油;若采用核动力,同样条件下只需要消耗17克铀-235。因此,核动力船舶只需要装载少量的核燃料,就可以拥有很大的续航力。较高的能量密度也使核动力装置单机功率很大,而且航行过程中可以长时间以大功率工况运行。常规动力船舶由于满功率航行时燃料消耗量极大,在航行过程中高航速航行时间受到较大限制。但核动力装置极高的续航能力使其在这方面的限制几乎可以不考虑,因此,只要船舶推进、传动装置等其它系统可以承受,核动力船舶就可以长时间满功率航行。
  其次,核燃料“燃烧”过程不需要氧气。利用核动力的这一优势,核潜艇可以长时间潜航而不必像常规柴电潜艇那样,需要定期浮出水面利用柴油机补充电力。当年“觚鱼”号核潜艇服役后不久,就进行了穿越北极冰盖的航行。核潜艇长时间潜航的能力,使其拥有强大的生存能力,作战时也容易达成攻击的突然性,因此,世界主要的核大国都将携带核导弹的战略核潜艇作为主要、甚至是唯一的核威慑手段。对水面舰艇而言,由于不必在船体上开辟进排气口,因此不会对船体强度和结构布置造成影响,也有利于实现船体的“三防”功能。
  核动力装置的第三个优点是运行平稳、操控简单、易于实现自动化。与蒸汽动力装置相比,核动力装置运行较为平稳,对负荷的跟随’陛能也较好。同时,由于核反动力装置的特殊性,其技术发展过程中对远程和自动化操控要求较高,便于实现船舶动力系统的自动化操纵。   核动力装置作为船舶动力的主要缺点是技术难度高、结构复杂、笨重,难以在小型船舶上应用。核燃料的放射性对人员和环境是一种巨大的威胁,因此,核动力装置要有大量的安全防护措施来屏蔽辐射,造成整个系统的重量、尺寸较大。同时,核动力装置的设计建造、核燃料的生产运输成本很高,需要较大的前期投资:核废料的后期处理成本也非常高。机动性上,核动力系统的反应堆的启动、停堆均需要较长的时间,应急反应能力较差。
  上世纪五六十年代,鉴于核动力潜艇的优异表现,“初尝甜头”的美国海军曾计划打造“全核舰队”,即舰队航母、驱护舰和潜艇上都采用核动力,满足其海军力量全球部署对舰艇大续航力的要求。但在后来的论证过程中发现,由于核动力装置系统存在前面所说的重量尺寸巨大、技术难度大的缺点,小于一定吨位的舰艇应用核动力并不合适。同时有限的国防预算也难以满足全核舰队高昂的成本投八,因此“全核舰队”计划不得不放弃,水面舰艇中只在“尼米兹”美国在二战后建造的“长滩”级核动力巡洋舰级航母、“长滩”级巡洋舰上应用了核动力。也许有人会问,为什么美国二战后服役的潜艇全部采用核动力――除了全球部署的美国舰队看重核潜艇的大续航力外,更重要的原因是:潜艇作为航母编队重要的组成力量,必须能够达到30节以上的航速才能满足舰队航行的需要。常规的柴电潜艇由于受到蓄电池性能的限制,水下最高航速往往只有20节左右,根本达不到以上要求。因此,即使成本再高,美军的潜艇都必须采用核动力。苏联海军由于没有与美国类似的全球舰队,仍旧建造了大量低成本的常规动力潜艇。苏联海军在建造了“基洛夫”级核动力巡洋舰后,同样迫于技术难度和成本压力而放弃了核动力装置在水面舰艇上的大规模应用,甚至连后来的“库兹涅佐夫”号航母也采用了常规动力。
  近年来燃油价格大幅增加,降低了核动力在建造成本上的劣势,有力推动了核动力技术的发展:近年来出现了一系列重量、尺寸较小的反应堆,为其在中、小型舰艇上的应用铺平了道路。比如法国“红宝石”级核潜艇,水下排水量只有2600多吨,其应用的一体化核反应堆与传统堆型相比不仅体积、重量小,静音性能和安全性也得到了很大提高。可以预见,核动力装置凭借其大功率、航行过程中不需要补充燃料的优势,未来在大中型航母、破冰船、货船等大型船舶上的应用将会越来越广泛。
  
  电力推进装置
  
  二战以后,电子技术的不断发展使船舶各系统对电力的需求越来越大。尤其是军用舰艇,舰载电子设备的数量和功能越来越多,对电量的需求大大增加。未来随着电磁炮、电磁弹射器等高耗电作战设备的装备普及,舰艇耗电量将达到很高的水平。例如,当今驱逐舰单位排水量电功率已经由过去的0.56千瓦/吨增加到1.07瓦/吨,护卫舰单位排水量电功率由过去的0.846千瓦/吨增加到1.03千瓦/吨。规划中的美军新一代航母――CVN21,因为考虑到未来可能要装备电磁弹射器,其舰载电站设计装机容量将达到“尼米兹”级后期型号的3.5倍。单纯依靠增加发电副机来提高装机容量,往往不能满足舰艇越来越大的供电需求,而且会带来电站设备重量增加的弊端。解决这一问题最为有效的方法是采用“船用综合电力系统(IPS)”。其基本原理就是:船舶采用电力推进,船载电站将船舶电力推进电力和系统用电统一到一个电网中,协调整条船的供电要求。由于船舶大部分航行时间处于低速状态,电力推进系统的剩余电力可以用于舰载电子设备、电磁炮、电磁弹射器这类需要时才开启的装置。由此可见,电力推进技术(又称“全电力推进”FEP)是“船用综合电力系统”的关键。近年来,随着一系列技术瓶颈的克服,电力推进技术得到了很大的发展,成为一种很有发展前景的船舶推进方式。
  电力推进装置主要由原动机、发电机、电动机、螺旋桨及相关的控制设备组成。其中,原动机将燃料的化学能转化为机械能,发电机将机械能转化为电能,电能输送到电动推进器带动螺旋桨,推进船舶前进。发电机组中,原动机可以采用柴油机、燃汽轮机、蒸汽轮机等形式。目前,英、美两国计划建造的电力推进战舰(如45型驱逐舰),均将WR-21中冷回热型燃汽轮机作为原动机,单台最多可以提供21329千瓦的功率。此外,目前还有一系列功率范围在1000~4000千瓦的中高速柴油发电机组可以应用于电力推进船舶。这类柴油机具有比常规单循环燃汽轮机更高的效率和更低的成本。核反应堆、燃料电池等类型的发电机组技术也正在开发之中。
  除了原动机外,发电机和电动机一直是电力推进发展中技术较为复杂的瓶颈。但随着强磁场永久磁铁和高温超导技术等一系列技术的发展,两者的输出功率、总体效率等得到了很大提高,相关产品已达到实用状态。电力推进技术的实现还需要实现对电能的有效储存。 电力推进船吊舱式准进器结构示意图目前应用和开发中的电能储存技术有超导磁能储存、电热蓄电池、再生燃料电池、飞轮等几种形式。全电船舶在运行中,一般根据航行状况和任务需要,将直接供电和储电供电结合,实现电力的合理高效运用:比如在船舶低速航行时,全船用电功率低于发电机组输出功率,就可以将剩余电力储存起来,主机也可以间歇性运行:在船舶高速航行或使用电磁弹射器等高耗能设备时,总用电功率往往要超过发电机组的即时输出功率,此时就需要动用储存电力来维持高功率的电力需要。整个运行过程尽量保持原动机以最佳功率运行。尽量减少超负荷或低负荷运行,以提高燃油经济性。供电配置上,应尽量提高直接供电的比例,以减少储放电过程中的损耗。
  在推进装置上,电力推进技术与传统的机械推进技术相比,采用的推进方式更为广泛,布置位置也更为灵活:除了传统的螺旋桨后部推进外,还可以利用拖式螺旋桨将推进器布置在船体前部,能够满足一些特殊船舶的要求。目前,电力推进船舶应用较多的推进器形式是吊舱式推进器。故名思义,其布置形式是将电动机和推进螺旋桨用吊舱的形式布置在船体外,电能通过传输电缆传送到电动机,带动螺旋桨。吊舱通过转舵装置和船体相联,可以实现一定角度的偏转,提供不同方向的推力,实现船体的推进和转向。大多数吊舱式推进器可以实现360。的旋转,使船舶能够实现快速横移、紧急停船和准确定位等功能。此外,喷水推进、磁流体推进等新型推进技术在全电船舶上也更容易实现。其中,超导磁流体推进技术被认为是推进技术未来发展的重要方向之一,其主要原理就是利用电流在磁场中受到的力来实现推进,也可以看作是“全电推进”的一种形式。与普通的动力装置相比。电力推进还有以下优点:
  动力系统布置灵活,有利于提高军用舰艇作战性能的发挥 由于电力推进系统的原动机和推进器之间没有直接连 接,因此主轴长度大大缩短,对于船体结构强度和格局的影响较小。原动机和发电机组布置位置灵活,可以充分利用船上的空间;同时也便于减振浮筏、红外抑制等辅助装置的安装。另外,电力推进装置省去了一系列的传动主轴、减速箱等设备。这类设备是船舶主要的噪声来源,减去这些设备相当于少了很多个噪声源,同时推进主轴和原动机也没有刚性连接,原动机的振动噪声很难传递到船体外,因此整个船舶噪声信号很小。另一方面,常规动力系统的传动系统由于有较大程度的振动和磨损,也是机械故障的多发点,去掉这部分设备后,整个动力系统的故障发生几率大大减小。
  电力推进船舶操纵灵活,机动性好 常规动力装置的操纵过程一般由驾驶室人员通过车钟或无线电语音向机舱传递主机操作命令,主机操作人员进行相关操作后再向驾驶室回令,操纵反应慢且容易出现人为失误。电力推进船舶的驾驶室人员只需要向计算机输入相关指令,控制发电机组和电动机组的磁场强度或电流大小。螺旋桨推进功率就可以作出迅速而准确的反应。而且,通过“综合电力系统”,电力推进船舶极易实现船舶动力系统的自动化操作。在机动性上,传统的推进方式受制于主轴过长,螺旋桨无法转向,只能依靠舵机的水动力提供转向推力,低速机动性能较差。吊舱式推进器可以为船舶提供360度的全向推力,机动性能十分优秀。
  电动机的低速性能也非常优秀,一般可以低到其额定转速的十分之一(相比之下,柴油机的最低转速要高于额定转速的三分之一),有利于低速接近目标和进出港口。低速机动性对一些特殊用途的船舶极为重要,如我国大连与烟台之间的火车渡轮就应用了电力推进装置,港口停靠性能得到了很大的提高。良好的低速机动性能也利于执行反潜战和雾天航行等特殊任务的需要。此外,电力推进系统的“堵转性能”良好,当螺旋桨卡住时可以不必断开电动机,待卡住原因消除后,螺旋桨可以迅速恢复正常运转。常规动力装置发生此种情况时,往往需要频繁的“断开一接通”推进器,还容易损坏传动齿轮。
  电力推进系统的原动机恒功率特性好,经济性高电力推进装置的原动机与推进功率不直接相关,原动机可以较长时间维持最佳功率运行,有利于提高原动机的燃油经济性。根据美国海军的研究数据,一艘使用寿命为30年的驱逐舰,采用电力推进可以比使用常规机械推进节省16%以上的燃料费用。此外,发动机以最佳功率运行,避免了机体振动和冲击较大的低负荷和超负荷运转。提高了动力系统的可靠性和使用寿命,降低了使用维护成本。
  此外,电力推进系统可以在主回路内并联若干个电动机,这些电动机可以独立控制而互不影响。运行过程中,控制系统利用配电系统对全船用电进行合理的分配,可以按优先级协调工程作业、电子设备开启和武器发射等高耗电量系统的运行,这也就是前面提到的“综合电力系统”的主要功能了。
  电力推进装置的主要缺点是:技术较为复杂,工程造价较高,对操作维护人员的素质要求也较高。目前,全电推进技术开发和应用程度较为深入的主要是美、英、德等发达国家。早在1990年,英国就在23型护卫舰上进行了电力推进的初步尝试:其应用了一套“柴电燃联合动力系统”(CODLAG)。这种动力装置也是一种推进电力与日用电力结合在一起的综合电力系统:低速航行时,使用柴油机发电驱动电力推进器,并实现了系统用电与推进用电的灵活挪用。高速航行时,燃气轮机驱动的机械螺旋桨和电力推进器共同作用推进船舶前进。这种动力方式用较低的成本和技术难度实现了综合电力系统的功能,是目前技术水平条件下比较现实的一种选择,也是英国海军对全电推进技术的一种技术验证和探索。据称,法国计划建造的PA-2航空母舰、德国设计中的F125多用途护卫舰和美国LDH8两栖登陆舰都准备采用这种被称为“综合电力机电混合推进”的动力装置。而英国在经过23型护卫舰的尝试以后,在最新建造的45型驱逐舰上已经应用了真正的“全电”推进,可见其技术发展已经成熟。
  
  军用舰艇动力系统的选择
  
   下面重点讨论一下驱护舰等作战舰艇动力系统的选择。从目前国际上各国军舰动力系统的发展趋势来看,吨位在2000吨以下、航速要求在30节以下的中小型舰艇,采用高速柴油机作为动力较为合适。2000~3500吨左右的舰艇,单独用柴油机作为动力往往难以满足功率要求,采用柴一燃联合动力系统较为合适:超过4000吨的大型军舰就需要根据具体情况选择燃汽轮机、蒸汽轮机或核动力系统为动力。当然,单独以吨位作为舰艇动力系统选择的标准过于片面,实际中往往还需要综合考虑本国动力系统技术发展水平、经济条件、舰艇承担的作战任务等多方面因素。以我国海军近年服役的舰艇为例,054/054A两型护卫舰采用4台高速柴油机作为动力,据外界猜测其型号可能是引进生产的12PA6B,STC型高速柴油机,总功率达到20704千瓦。这两型护卫舰排水量达到了3000吨以上,单独以柴油机作为动力,功率略显不足。从近年来公开的资料分析,这两型护卫舰的最高航速可能只有28节,甚至更低。
  054/054A护卫舰的这一航速在执行近海防御作战时,基本能够满足任务要求。如果作为未来远洋舰队的随行护航舰只,护卫舰往往至少要达到30节以上的航速。在美英等发达国家的海军中,这一吨位的护卫舰一般采用全燃动力或柴燃联合动力。此外,054/054A是一种将反潜作为重要作战任务的护卫舰,采用柴油机为动力有其不可忽视的缺点:一方面,高速柴油机高强度的振动噪声会对舰载声呐的探测距离和分辨能力产生不利影响。虽然可以肯定这两型护卫舰都采用了将主机安装在振动浮筏上、管道和轴系采用柔性连接等手段来防止噪声向外界传递,但与其它低噪声动力系统相比,在静音性能上还是要有一定差距。另一方面,护卫舰在进行反潜作战时,一般采用低航速巡逻搜索。前面提到,高速柴油机在低工况条件下运行时稳定性较差,对反潜作战产生不利影响。虽然柴油机有种种缺点,但考虑到我国长期以来在舰艇动力技术尤其是燃汽轮机技术上的落后状况,054/054A护卫舰采用四台柴油机作动力也是现阶段不得已的选择。
  比这两型护卫舰吨位稍高的052A型驱逐舰(112“哈尔滨”号和113“青岛”号),由于设计时正处于80年代中国与西方国家关系的“蜜月期”,因此得以从美国引进LM2500燃汽轮机,与国产柴油机组成柴燃联合动力(CODOG),到现在仍是我国舰艇动力系统中较为先进的形式。在十几年的应用过程中,LM2500型燃汽轮机显示了其优异的性能和极高的可靠性。而在90年代开始设计建造的051B(167“深圳”号)型驱逐舰,排水量达到了6000吨,但此时中美“蜜月期”已结束,无法再引进LM2500燃汽轮机,该舰只好采用技术落后的蒸汽动力。进八21世纪后,我军建造服役的052B/C两型驱逐舰,用两台引进生产的DA-80燃汽轮机作动力,可以达到30节左右的航速,较好的满足了其动力要求。但在实际使用中,国产化的燃汽轮机在运行可靠性、生产成本的控制上还需要完善。052B/C两型驱逐舰除了承担战备任务外,还要为国产化燃汽轮机的性能完善提供技术验证和使用经验,战斗力的可靠性受到了一定影响。因此,稍晚建造的051C型驱逐舰(115“石家庄”号和116“沈阳”号)再次采用了成熟可靠的蒸汽动力装置,就是为了保证战斗力的可靠性。不同动力驱逐舰的同时建造,是我国动力系统技术长期落后情况下最好的、当然也是不得已的选择。
  总体来说,动力技术的发展,使船舶动力系统的类型越来越多,每种动力类型的可应用范围也将逐渐扩大。但具体到某一种动力类型,往往因为其技术特点而拥有不同的发展前景。以燃汽轮机为例,近年来小型、重型燃汽轮机的不断出现,满足了不同吨位和性质船舶的动力需求,再加上技术上众多的优点,燃汽轮机将会得到越来越多的应用。蒸汽轮机受制于其技术特点,将逐渐退出驱护舰等主要作战舰艇的动力系统,在部分中小型航母、不承担作战任务的军辅船及大型民用船舶上,可能还有一定范围的应用。军用船舶中,电力推进船舶、核动力船舶、特种动力船舶的比例将会逐渐扩大。柴油机在驱护舰这类大中型作战舰艇中的应用将会减少,但凭借其低成本优势,短时间内不会被燃汽轮机完全取代。民用船舶中。柴油机仍将作为主要的动力,比例可能会有一定程度的下降,但不会太多,其它类型的动力系统比例会有一定升高。

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