燃气轮机那么耗油,为什么还将其用做大型军舰动力系统?

simon0813


现在大部分大型军舰(航母级,2万吨以上的)采用的依然是蒸汽轮机,至于燃气轮机,目前主要用在小型舰船上面,主要原因是燃气轮机的发动机比较小,轻便,没用到大型军舰上主要是因为技术还不够成熟。目前只有美国将燃气轮机应用到大型军舰上面,国际上更是只有英国、美国、乌克兰具备生产燃气轮机的能力,我们已经跟乌克兰合作获得了该技术,但是仍未投入大型舰只上使用。

大型军舰采用蒸汽轮机并不是坏事,因为蒸气轮机的故障率低!我们都开过车,知道92号汽油跟98号汽油加在车里面的感觉是不一样的,长期加98号油的车突然加92号油说不定还没开出城立马就会故障抛锚了。而蒸汽轮机却不会出现这种问题,蒸汽轮机以蒸汽作为驱动力,各种燃料只是负责提供烧开水而已,这样就不会因为燃料品质不同而导致蒸汽轮机出现故障,我们都知道船舶这种大型负载的装备,除了大洋之中也不允许半路抛锚(没地方哭去),返厂维修一次的时间往往也要非常久。

其次,蒸气轮机所使用的油非常便宜,这种油的价格也就常规汽柴油的三分之一而已。这种本来就是石油提炼汽油跟柴油之后剩下的沉淀物,这种油非常粘稠,本来也没有其他用途了,拿来当船舶用油替代煤来作为燃烧燃料刚刚好。

为何要用燃油来替代燃煤呢?主要是转运方便的缘故。燃油可以采用加注的方式,加油的时候只要把加油管插到船舶油箱里去就可以了。而以前用燃煤的时候则要各种铲车各种铲煤,往往罐装一次燃料要花费很多人力物力。


优己


船用燃气轮机具有显著的技术优势,例如体积小、重量轻、热效率高、经济性好、启动快、机动性好,而且燃料的适应性强,清洁,对环境污染小,噪音低频分量很低,可靠性高,维修方便,使用寿命长等特点。

燃气轮机在燃烧室中混合燃料压缩空气和燃料,在燃气涡轮中加入燃烧产生的高温燃气从而出现膨胀现象,这能让涡轮叶轮进行驱动,从而推动压气机叶轮的转动。船用燃气轮机还能和其他动力装置混合搭配,例如柴-燃混合动力等,这能进一步提升可靠性和灵活性,也能降低耗油率。燃气轮机不仅搭载在普通舰船上,航母上也有应用。例如英国的伊丽莎白女王级航母就搭载了两具Rolls-Royce Marine 36 MW MT30燃气轮机。

燃气轮机相比柴油机和蒸汽机而言,具备功率密度大,在同等功率下,燃气涡轮机体积是柴油机的1/3~1/5,是蒸汽轮机的1/5~1/10。燃气轮机的气动速度也快,在1~2分钟内就能达到最高转速。而柴油机和蒸汽轮机需要一小时到数小时才能让系统的输出功率达到最大。燃气轮机的噪音低频分量也低,燃气轮机还有较大的单机功率、较轻的重量、较长的寿命和较低的NOX排放。

燃气轮机产业事关国家安全、经济建设和科技发展,其发展水平也已成为衡量一个国家装备水平、高新技术和科技实力及综合国力的标志。燃气轮机是在高温、高压、高转速等恶劣环境下长期反复使用的热力装置。涉及到气动力学、工程热物理、机械等多个学科。一直被誉为“皇冠上的明珠”。而燃气轮机未来的发展趋势是大型化、高性能和燃料多元化,虽然它还有一些缺点,但是优势却是无可替代。


航空之家


近日,俄罗斯Rostec公司尝试启动位于克里米亚的两座燃机电厂,但是未能成功,这已经是俄罗斯第三次尝试启动这两座燃机电厂了。到目前为止,俄罗斯已经在这个问题上耗资700多亿卢布了,然而仍旧未能掌握相关技术。

燃气轮机技术一直以来便是世界上的尖端技术之一,其制造工艺非常复杂,因此燃气轮机也被称为是装备制造业中“皇冠上的明珠”。

燃气轮机的应用非常广泛,小到坦克快艇,大到航空母舰,都能见到燃气轮机的身影。那为什么这些军事装备的动力系统都偏爱于燃气轮机呢?这是因为燃气轮机的三个重要优点

燃气轮机的功率密度非常大,如果用相同功率的燃气轮机和柴油机相比较的话,你会发现前者的体积只有后者的三分之一甚至五分之一左右,因此在有限的动力系统安装空间中,采用燃气轮机的功率要远远优于柴油机。

燃气轮机的启动速度非常迅速,即使说它的功率比柴油机高很多,但因为其转子的独特设计,导致其可以在最多两分钟之内达到最大转速,相比而言,柴油机就要慢上许多了。

燃气轮机的产生的噪音低频分量极低,这一优点主要在军用战舰上最能体现出来。我们知道,海洋环境是最容易传播低频噪音的,而这就使声呐系统非常容易捕捉到低频噪音信号,如果战舰的动力系统产生的低频噪音很大,那么就会很轻易的被敌方战舰的声呐所捕获,从而暴露自己的位置,这在海上作战中是极其不利的,但燃气轮机在工作时所产生的是高频啸音,这样就大大的增加了战舰的隐蔽性。

目前,国际上的大型舰用燃气轮机主要有美国的LM2500,英国的WR21以及乌克兰的GT25000。我国的工业基础薄弱,装备制造业起步较晚,虽然经过多年的努力,已经有所改善,但是在大型燃气轮机的研发制造方面,只能算是刚有起色,因此,我国应该加大燃气轮机领域的研究力度,争取早日使我国的大型燃气轮机技术达到世界级的水平。


迷彩虎军事


对于舰艇来说,燃气轮机并不很耗油,特别是在高速航行时,燃气轮机的经济性很好。

在高速时,这一发动机的输出、耗油率、控制简易准确程度非常理想,很适合作为作战舰艇的动力。唯二的缺点是比较贵,而且低速时耗油率高,所以需要一定技术方法解决耗油问题。



在一些作战舰艇上,运用了复合燃气轮机、柴油机架构,又或者用针对性不同的燃气轮机,实现高速和低速巡航时的经济性最大化。

例如旗风级护卫舰,是日本海上自卫队第三代防空舰艇,就运用了这一配置。

它同时也是日本首次使用燃气涡轮主机作为动力来源的舰艇。



旗风级护卫舰由日本三菱重工长崎厂建造,舰长150米、舷宽16.4米。标准排水量4千6百吨、满载排水量5千6百吨。

在当时这是很大的护卫舰,如何保证高速航行与低速巡航兼顾,是一个难题。

所以该级舰是日本海上自卫队首先采用复合式燃气涡轮主机(COGAG)作为动力来源的舰艇,解决不同速度段的动力需求问题。



这一复合燃气组合,包括一座SM-1A燃气涡轮主机搭配一座TM-3B燃气涡轮主机,构成复合式燃气涡轮推进系统。共配备两套。最大输出7万2千匹轴马力。本级舰采双车双舵配置,最大速度每小时30节。


这样这一护卫舰实现了跨越时代的动力改善与突破,机动性能在当时极为出色。

在此基础上,旗风级实现扩大平台,将导弹发射器移往舰艏A炮位,舰艉则能够专门作为直升机甲板,为反潜直升机进行加油与挂弹的工作。这是以前较小的舰艇无法实现的。

该护卫舰放置在舰艏的Mk13导弹发射架,有防浪护版,发射架除了可以装置标准防空导弹外,也可装置鱼叉导弹。

虽然旗风级由太刀风级改进而来,但因为动力充沛,可以强化功能,与日本当时的直升机护卫舰相似。

在直升机护卫舰进行翻修时,旗风级可接替担任护卫群旗舰的功能。旗风级战系为OYQ-4-1型,战术数据链为Link-11与Link-14,在宙斯盾化之前是海上自卫队采用海军战术情报系统(NTDS)的最佳舰艇。

可见,在战舰上使用燃气轮机,是非常好的选择。而苏联海军受制于高压蒸汽轮机,一直未能赶上西方海军动力的步伐。


转管炮


当前大型战舰的动力无外乎柴油机、蒸汽轮机和燃气轮机三种,我们比较各自优劣便可知晓答案。


我军054系列护卫舰使用柴油机作为动力,柴油机的优点是稳定、省油,经济性好。054系列护卫舰常年担负亚丁湾护航、演习和出访等任务,基本没有出现什么大问题,显示了柴油动力良好的经济性和可靠性。

但是柴油动力不足有二:

一是马力不足,这导致054最高航速据说只有28节。

其二是不够静音,这导致在反潜作战时劣势较大。

我军深圳、石家庄和沈阳号,以及从俄罗斯进口的现代级驱逐舰都是使用了蒸汽动力,据说辽宁号也是蒸汽动力。蒸汽动力优点在于动力足、技术简单、稳定可靠,缺点在于启动速度慢(要等水烧开了)、体积庞大。

由此我们也就看到燃气轮机的优势了:启动速度快、加速性能好、体积小、功率大!


至于耗油问题,也看技术了,技术够先进,也还好。


用户105933878864


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全家宝贝


这和耗油不耗油关系不大,一方面燃气轮机有它的优势,好东西就得用。喷气战斗机耗油,现在你不可能用螺旋桨飞机去对付喷气战斗机;豪车耗油,大老板不可能去坐排量1.0。


燃气轮机结构最简单,而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却水等一系列优点。燃气轮机(Gas Turbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。


为什么燃气轮机会在军舰上得以应用呢?因为燃机具有以下优点:单机功率大、体积小、重量轻、启动加速性好、操作维护性好。

举例:瓦锡兰公司的14缸RT-FLEX96C船用柴油机,最大持续功率80MW,长27.3m,高13.5m,整机重2300T,热效率50%;罗罗的MT30最大持续输出功率36MW,然而长9m,高5m,整机重6.2T,热效率40%。


这个指标对比相当明显了……功率相等的情况下柴油机组重量是燃机的百倍左右。体积小、重量轻意味着船只结构强度高,发动机推重比大,机动性好。

1982年马岛战争,英国海军19艘燃机舰艇航行四个月(包括14天7000海里的紧急连续航行),无一因为主推进装置故障而退出战斗。远程奔袭还怒草了阿根廷。

跟机动性有关的数据比较敏感,只能定性说燃机的机动性远高于柴油机。高机动性意味着军舰可以快速启动和变向,这在战争中的作用不用多说了……


当然,燃机也有一些问题。比如简单循环的巡航工况热效率低,但是这个道理就跟豪车油耗一样,都买得起辉腾了还在乎啥油耗?高机动性意味着生存率的提高,这才是减成本的地方。


复杂循环比如WR21可以基本解决经济性问题,50%负荷下油耗指标仅增加4.15。然而这个东西因为有回热装置,导致结构复杂,体积大,成本高,维护性差。45型驱逐舰好像总趴窝……

综上,燃机的性能非常优异,得到广泛使用自然不足为怪。对大驱来说最适合没有之一。


豆豆拍


原因非常简单,相比蒸气轮机它起动迅速短时间内就能达到全功率状态。柴油机虽然经济起动速度也快但相同体积下最大功率远小于燃气轮机。比较经济的做法是柴燃联合,低速巡航时用柴油机,高速航行时启用燃气轮机。

随着全电技术的实现,燃气轮机耗油的问题也可以解决。燃气轮机只负责发电,巡航时用不了的可以存起来,存满后机组停工。


小工种


先进的燃气轮机的热效率其实非常高,达到40%以上,远远大于蒸汽轮机,和柴油机差不多而且不挑食,最重要的是启动快,瞬间加速能力强,这在反潜作战中尤为重要,潜艇主要攻击武器是鱼雷,军舰瞬间提速和转弯能力对规避鱼雷有着决定性的作用。作为军舰动力,首先要考虑的是作战性能,像我们052用2柴2燃其实是妥协的产物,我们燃气轮机不成熟,2个柴油机作为平时行驶的主动力,需要的时候才用燃气轮机,像伯克级那样装4台燃气轮机才是最理想的,老美曾经在蜜月期卖给我们初代LM2500燃气轮机,当时单机就有2.5万马力,现在最新改进型有4.7万马力,我们虽然当时拿到了图纸,但是由于工艺上的原因没有达到应该有的寿命,2柴2燃勉强达到10万马力让军舰拥有30节的能力,但是比起最新款伯克级近18万马力的动力,还有很长一段路要走,早点吃透LM2500是当务之急,该燃气轮机改进型还能用在大飞机上,是个宝!


黑山老妖37625003


题主说的问题是因为把某些事情搞混了,而回答的人也跟着题主的套路走。

虽然都是燃气轮机,但是军舰用的是涡浆发动机,而不是喷气发动机,就现有技术而言,涡浆发动机的燃油消耗率是接近柴油机的,而燃气轮机可以用费用更低的重煤油甚至重油,所以它的总体燃油费用其实比使用柴油轻煤油的更低。

其次,它的体积要比相同功率的内燃机要小的多,在寸土寸金的军舰里这一点非常重要,至于噪音也比柴油机小的多得多。

还有就是它的启动速度要快的多。在使用燃气轮机的护卫舰基本就像使用摩托一样点火就走,就发动机而言最多五分钟就可以达到最大速度,而内燃机想从冷态到最大速度,仅仅预热发动机没半个小时下不来。

燃气轮机属于外燃机,与内燃机不同,它的尾气可以有很多用途,比如给背压发电机发电、制造淡水等。

所以护卫舰巡洋舰无论是从经济性还是实用性燃气轮机都优于内燃机的。


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