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说一下舰用蒸汽动力系统

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蒸汽轮机在舰船上的应用历史悠久,自1897年英国C.A.帕森斯首次将多级反动式汽轮机装于小艇上以来,蒸汽轮机一直是军舰的主要动力之一。虽然蒸汽轮机需要配套的锅炉、减速器和管路等设备,导致整个系统结构复杂且重量大,但其单机功率大在受到传动轴螺旋桨等构件的限制条件下,能够达到60兆瓦(约为82000马力)、可靠性高的优势,使得它在常规动力航母主要动力方式。


IP属地:广东1楼2024-05-05 13:51回复
    虽然集装箱船的柴油发动机单轴可达到10万马力以上,但航母是4轴推进,在高速航行时会有严重干扰,而且到30节航速条件下,这种干扰会更加严重,所以在30节航速4轴推进最大承载能力就是32万马力,而这个才是限制航母吨位的因素。也可以降低航速要求,增大吨位。
    小鹰级航母的蒸汽来源为西屋公司的D型燃油锅炉,每台每小时可产蒸汽118吨,约为8.45MPa,而蒸汽温度则高达510摄氏度,这使得其蒸汽轮机的最大单机功率高达70000马力。小鹰级共有4台这样的蒸汽轮机,4个螺旋桨,总推进功率达28万马力,同时还要为6部2500千瓦的涡轮发电机提供动力。因前苏联对蒸汽动力装置参数的由于材料及制造工艺的问题可靠性及造价方面考虑,参数上相比美国的同类产品低。现代驱逐舰蒸汽轮机所用蒸汽压力一般为6.47MPa,温度450~470℃;而小鹰号燃油锅炉的过热蒸汽最高压力为8.45MPa,最高温度可以达到580摄氏度,二者差距还是比较明显的。这种差距的外在表现俄罗斯蒸汽轮机的油耗较美国高,如美国小鹰级第四艘“肯尼迪”号航母耗油率为381g/(kW·h),而前苏联的TB-12蒸汽轮机的耗油量尽管比TB-8下降了25%,但仍为445g/(kW·h)。正因为如此导致在经济上有15%的差距!


    IP属地:广东2楼2024-05-05 14:00
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      TB12功率为45000马力。根据公开资料16舰的4台TB12蒸汽轮机连接的是8台KVG-4增压锅炉,这套动力装置能提供近20万匹马力的功率。增压的目的是加强燃烧效果,强化传热,提高锅炉热效率,也可以使锅炉的体积减小。增压锅炉的这些特点非常适合舰船。相比于常规锅炉,增压锅炉蒸汽压力的上升速度要快得多,在不关闭主机的情况下,大型增压锅炉从冷机点火至达到指定工作压力只需要 45分钟 - 2.5小时。KVG-4增压锅炉,锅筒压力6.47MP,每小时能产生115吨高压蒸汽,配备8台这样的锅炉,每小时的供汽量就是920吨,尺寸是宽5050*高5848*长5800,锅重52.5吨,炉重52.7吨,过热蒸汽温度470度!


      IP属地:广东3楼2024-05-05 14:04
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        公开资料称003 使用的是A03动力系统的高压燃油锅炉,从参数看就是KVG-4锅炉的优化,饱和蒸汽温度为480度,锅筒压力6.47MP,蒸汽发生量118吨/小时,涡轮机输出功率是58900马力(资料来源舰载武器),四台总功率为23.5万马力,同时还要为涡轮发电机提供动力,003的长宽比在7.6“小鹰”和“福特”航母都在一个级别上,在这个条件下让003 跑上32节是没有问题的,再提高就比较困难也没有必要。
        但如果是蒸汽弹射,8台锅炉还要提供3台蒸汽弹射器的用气量,按照外国的C13弹射器连续弹射16架次后,航母航速就只能下降到20节为蒸汽弹射器的蓄压罐内补充能量,所以003动力系统也是刚刚够用没有多少富余。这也是说003的吨位初始设计就是定在了8万余吨这个上限了,再增加吨位动力系统不支持。


        IP属地:广东4楼2024-05-05 14:06
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          一直有人说小鹰级别的高压锅炉技术很高,我们难以超越的言论,但这是60年代的技术,实际上我们在同期就掌握了火力发电用的高锅炉和汽轮机的蒸汽温度和压力的制造技术,锅炉的蒸汽参数达到(13.7MPa)和540℃;汽轮机的蒸汽参数是13.7MPa和540℃。我国在2000年后开始发展超临界和超超临界火力发电技术。60万千瓦超临界火电机组的主要指标:锅炉的蒸汽参数是24.2MPa和566℃;汽轮机的蒸汽参数是24.2MPa和566℃。于2006年100万千瓦超超临界火电机组的主要指标:锅炉的蒸汽参数是26.25MPa和600℃;汽轮机的蒸汽参数是26.25MPa和600℃。而压力和温度越高越功耗就越少。

          但这些技术并不能直接用在舰船上,整个蒸汽轮机动力系统安装在易变形的船体基座上,还经常受到船体摇摆、冲击的影响,它的正常运转直接关系到全船的安全,因而对可靠性要求更高,它的体积、重量也受到船体的严格限制。
          火电站机组是在最高效率运行,而军舰在全速时要求汽轮机发出尽可能大的功率,以提高航速。但军舰在大部分使用时间内以低速(10~40%额定功率)巡航,故要求汽轮机在低负荷时有较高的效率,以增加续航力。功率大的舰用汽轮机组的高压部分常采用串、并联进汽方式。低负荷时,蒸汽先流过高压端,再进入中压端,按串联进汽方式工作,以提高效率。高负荷时,蒸汽同时进入高压端和中压端,按并联进汽方式工作,以增加蒸汽流量。功率较小的舰用汽轮机也常采用旁通调节法,即在高负荷时蒸汽绕过高压部分,直接进入低压部分,以增加蒸汽流量。
          从理论上来说借鉴火力发电系统也是完全可以开发出效率更高的锅炉与蒸汽轮机动力系统,但现在蒸汽轮机装舰数量太少,缺乏规模效益,而现有动力系统正好可以支持8万吨级的常规动力航母


          IP属地:广东5楼2024-05-05 14:10
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            私以为,蒸汽动力系统技术发展其实已经到顶了,再发展下去无论哪个指标都应该不会有进一步突破可能,估计除非材料方面有重大突破,进一步把水–>蒸汽阶段的能量损失再减少,热利用率再进一步提高,不过即使这样应该也不会再有什么惊喜了。


            IP属地:广东来自Android客户端6楼2024-05-05 14:13
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              经过简单计算15万吨核动力航母体全长390米,最大飞行甲板宽度90米,舰体水线长度360米,宽度47米,长宽比7.65,吃水13米,方形系数0.6,正常排水量达到13.5万吨,在吃水14.5米(方形系数0.62)满载排水量在15万吨。具备3升降机,4弹模式。适当优化一下船型用30万马力常规排水量13.5万吨32节,满载排水量15万吨30节。
              核动力反应堆以原子核的裂变所产生的巨大能量通过工质蒸汽推动汽轮机工作。其工作原理是:核反应堆将核能转化为热能,再利用冷却剂将热能输出堆芯,冷却剂携带的热量通过蒸汽发生器传递给二回路工质,工质受热形成蒸汽,蒸汽进入透平做功,带动螺旋桨转动。蒸汽压力就是核心指标,但其压力是小于少重油的锅炉。

              ACP100反应堆的蒸汽压力是4MPa温度 250度,福特航母的AIB反应堆蒸汽压力4.3MPa温度300度,而17号舰用的增压锅炉,压力6.4MPa ,温度470度,相对于燃油锅炉核反应堆蒸汽压力小了很多,需要重新设计宽度高度长度更大的主汽轮机才能。这样就需要航母更大的空间,所以核动力航母体积就不能太小,否则动力就会出现不足,航速慢点问题比如“戴高乐”航母。


              IP属地:广东8楼2024-05-05 14:22
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                载机巡洋舰吧是航空母舰吧的备用吧, 寻求有管理环境的朋友可以暂时前往载机巡洋舰吧聊天。


                IP属地:广东来自iPhone客户端9楼2024-05-05 14:25
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                  所以福建到底是轴动力传输还是综合电推啊


                  IP属地:安徽来自Android客户端10楼2024-05-05 15:39
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                    科技的尽头是烧开水


                    IP属地:湖北来自Android客户端11楼2024-05-05 15:57
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                      太专业了哥


                      IP属地:江苏12楼2024-05-05 17:56
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                        可以比肩当年的海大师了


                        IP属地:河南来自Android客户端13楼2024-05-05 20:47
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                          十分专业,要多看几遍才行


                          IP属地:四川来自Android客户端14楼2024-05-19 17:03
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                            我这一理工科毕业还当过半吊子工程师的都看不懂


                            IP属地:浙江15楼2024-05-19 17:04
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                              好东西啊


                              IP属地:江苏来自Android客户端16楼2024-05-28 14:35
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