燃氣輪機為何不適合在7萬噸以上航母上使用?

2021-02-13 瀚海狼山

瀚海狼山(匈奴狼山)不止一次的提到過,有一種很有問題的風氣,就是每當看到某種大型燃氣輪機突破的消息,就立即有人說可以用到超級航母上。而前幾年熱炒的R110型燃氣輪機,熱功率高達20萬千瓦。很多人就說完全適合7萬噸以上的新航母使用。且不說這種說法首先混淆了熱功率和艦船軸功率的區別。就算是R110真的可以為4軸的航母提供20萬千瓦的軸動力。也基本不可能安裝到7萬噸以上的航母上,唯一理論上的可能是採用和女王級一樣的全電動力。不過R110燃氣輪機整體體積並不適合上艦船。而且這種大燃氣輪機到目前就只有一臺樣機,被放到了南方某大城市的郊區。作為萬一電網出現跳閘時的緊急啟動備用發電來源機使用。但實際上日常是無事可做。因為超大城市電網完全跳閘是天大的事情。幾十年都遇不到一次。

因此R110到目前作用基本是閒置的。最近又突破了某種大功率燃氣輪機,可以馬上上航母的說法又來了。大功率燃氣輪機為何不適合上航母?主要就在於燃氣輪機運行時的空氣流量太大,整體熱效率的上限不高。最終的綜合結果就是油耗超大,根本燒不起。燃氣輪機本身就是用航空噴氣發動機改裝的。只不過大多數航發是直接往後噴氣獲得反推力。而船用燃氣輪機是從燃機裡面輸出一根動力大軸。獲得了旋轉的扭力而已。F35B上的前風扇也需要從F135發動機上往前引出一根動力軸,原則上這和船用燃氣輪機的工程原理已經有些類似了。不過任何水面艦船的真正大軸與螺旋槳的實際旋轉速度都沒有F35B的前風扇那麼快,因此船用燃氣輪機動力輸出軸與船上大軸之間還必須有一套減速齒輪箱系統。船用燃氣輪機在類似噴氣航發的熱端,

之外,還增加了直徑更大的冷端。因此船用燃氣輪機的進氣量,會比作為噴氣航發的母版的進氣量更大。比如WS10的進氣量大約是每秒最大120公斤。那麼假設用WS10開發一種新船用燃氣輪機,這種燃氣機的進氣量可能高達每秒160到180公斤。一公斤空氣就相當於接近1立方米。等於是2秒種內就可以抽光一個三居室內的全部空氣,因此進氣量是非常驚人的。正因為船用燃氣輪機的進氣量太大,因此使用船用燃氣輪機的艦型,需要專用進氣口和直徑很大的排煙口,這也是為何女王級需要2個艦島的原因之一。因為一個艦島根本無法安排2套排煙通道。還有種說法是可以從煙道裡面臨時更換個別船用燃氣輪機的主機,這是基本真實的。從中也可以看出船用燃氣輪機吸氣和進氣量的巨大。對燃氣輪機來說,空氣和混合後的燃氣既是助燃劑,也是推動做功的工質,因此會隨著巨大的排氣量帶走很多餘熱。因此任何燃氣輪機的油耗都相對較大,而熱效率大部分不超過45%。

船用燃油鍋爐的熱效率可以高達60%到65%,根本原因在於做功的工質是蒸汽而不是燃氣本身。柴油機的熱效率也在50%左右。主要是柴油機是高壓往復運動。吸氣排氣量比燃氣輪機小得多。損失的熱量小綜合燃油效率自然更高。女王級表面上是燃氣輪機動力,其實巡航期間都是用柴油機發電為主,只有到18節以上才開動燃氣輪機主機。實際上屬於與驅逐艦一樣,看重燃氣輪機的啟動快,加速性比較好的特點。當電網重啟電源也是這個原因。但女王級的總動力功率說到底還不如055,其航速自然就很難看了。如果比女王級還大的7萬噸級以上航母都改成燃氣輪機動力,那麼單位油耗基本是高壓燃油鍋爐的2倍,幾乎沒有哪家海軍頂得住這種幅度的常年油耗。還有人準備要給柴電潛艇裝上「更先進的」燃氣輪機,那需要把整個圍殼都改成進氣口和排煙口。

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