為什麼英國45型驅逐艦經常故障?全電推進還是不成熟?

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英國的45型驅逐艦使用了綜合電力推進系統(Integrated Electric Propulsion,IEP),是世界上第一型採用全電推進的驅逐艦。它的動力系統包括2臺羅爾斯·羅伊斯和諾斯羅普聯合研製的WR-21燃氣輪機,2臺瓦錫蘭12V200柴油機以及2臺GE的Converteam電動機。

45型驅逐艦

45型IEP系統框圖

45型的動力艙室。兩臺燃氣輪機和柴油機分別驅動兩個發電機進行發電,並通過電動機直接驅動2具螺旋槳產生推進動力

其實45型經常趴窩,讓綜合電力推進系統背鍋是有點冤的,問題主要還是出在了WR-21燃氣輪機本身。WR-21燃氣輪機,是羅爾斯·羅伊斯和諾斯羅普旗下的西屋合作研發的。WR-21輸出功率25.2MW,但熱效率高達42%!這主要是因為WR-21上用了一種新的技術——中冷-回熱技術(intercooler-recuperator),使得它比起簡單循環的燃氣輪機對熱的利用率更高。WR-21在驅逐艦30節全速航行時,比簡單循環的燃氣輪機要省27%~30%的油,經濟性可見一斑。從技術先進性上來說,羅-羅的WR-21絕對是傲視群雄的存在,LM2500和我國的GT25000都不是對手。然而45型驅逐艦屢次趴窩,也恰恰是栽在了這個中冷-回熱技術上。


WR-21燃氣輪機

採用中冷-回熱技術的燃氣輪機框圖。在低壓壓氣機和高壓壓氣機之間增加了中冷器,利用冷卻水可以降低進氣溫度,並減少高壓壓氣機功耗;在出氣口增加回熱器,利用廢氣的溫度給燃油加熱,從而增加進氣和混合燃氣的溫差,這樣又可以提高系統的熱效率


45型由於間冷回熱器存在一個重大設計缺陷,導致它經常用著用著會失去動力。這一失去動力不要緊,瞬間的電力負荷就全部落到了瓦錫蘭12V200柴油發電機組上了。而12V200柴油發電機才2MW的功率,根本供不上用,滿負荷運行下發電機不堪重負導致跳閘。燃氣輪機和柴油機都不能用了,這就導致了45型整個失去動力趴窩。

只能說英國用的這套全電推進,對燃氣輪機的可靠性過於自信,而沒有設計一些故障突情況下的備份方案。WR-21發動機經常故障,但如果就此說全電推進就是不成熟的,也不夠嚴謹。因為WR-21並不是全電推進必備的,在設計其他全電推進系統時也完全可以把它換掉,為了保險起見換一款不帶中冷回熱的簡單循環燃氣輪機也完全可以;如果換了其他的燃氣輪機,那麼故障率會大大降低。反過來,即使不是全電推進,而是用WR-21燃-燃推進,難道燃氣輪機故障就不趴窩了嗎?所以45型的問題並不是全電推進的普遍問題,或者說並不能用來否定全電推進的優越性。

比如美國的朱姆沃爾特雖然也趴過窩,但是故障次數遠遠小於45型。45型一共就生產了1、2、3、4、5、6這麼6艘,但是大大小小的故障次數有幾千次,甚至2017年,6艘45型驅逐艦集體趴窩,沒有一艘能用。。。而朱姆沃爾特級用於用的是羅爾斯·羅伊斯另一款燃氣輪機——MT30,這款燃氣輪機比較成熟,沒這麼多問題,所以也就是海試的時候遇到了諧波濾波器故障導致系統不能滿功率運行,這和趴窩是兩回事,進行技術改進後可以比較快的解決。畢竟控制領域美國是老大。

雖然都遇到故障,但是朱姆沃爾特比45型的問題好解決的多

而且退一萬步來說,如果全電推進真的是很不靠譜,那麼美國人何必花130億美元造一艘隨時可能趴窩的哥倫比亞級戰略核潛艇呢?要知道海底下趴窩了那可不是鬧著玩的。

哥倫比亞級核潛艇敢用全電推進,意味著全電推進技術上早已成熟


紙上的宣仔


英國人被美國佬坑了,就是WR-21燃氣輪機的問題

作為全球第一艘應用綜合電力系統,採用全電推進技術的驅逐艦,英國45型驅逐艦一出來就是賺足了眼光。但遺憾的是各種故障也層出不窮,根據英國皇家海軍運營記錄顯示,6艘45型驅逐艦在2011至2015年間一共出現5001次故障,其中勇敢號967次,不屈號895次,龍號887次,衛士號844次、鑽石號818次,鄧肯號590次。甚至在2015年、2017年兩次出現6艘45型驅逐艦一家人整整齊齊的趴窩的情況。在朴茨茅斯港搓麻將的45型驅逐艦們

最集中的問題是動力問題,發動力功率在炎熱天氣情況下輸出不足,故障頻發,甚至發生全艦供電中斷的情況。根據英國海軍報告,主要問題模式是,在炎熱地區工作時,WR-21發動機動力輸出會低於預期,並且非常不穩定。艦上的綜合電力系統會強行要求輔助的柴油發電機加大功率輸出以彌補不足,柴油機在間滿負荷工作下,不堪重負,最終“跳閘”導致系統當機。

45型驅逐艦採用兩臺額定功率25.2兆瓦的WR-21燃氣輪機,與2臺瓦錫蘭2MW柴油發電機共同驅動感應電機發電。

之所以可以排除是綜合電力系統的問題,主要是這套由BAE系統公司研發設計綜合電力系統並非只應用在45型驅逐艦上。英國的伊麗莎白女王級航空母艦、美國的DDG-1000朱姆沃爾特級驅逐艦也都採用這套系統進行全電推進,此外美國的福特級航空母艦也都採用了這套綜合電力系統,用來保障電磁彈射供電。在上述艦種都沒有出現問題,而上述艦與45型驅逐艦相比,最主要不同就是發動機不一樣。伊麗莎白女王級航母和朱姆沃爾特級驅逐艦都是使用羅爾斯·羅伊斯的MT30燃氣輪機,福特級航母則是核動力。

羅爾斯·羅伊斯的MT30燃氣輪機是全世界最好的燃氣輪機,沒有之一,但該燃氣輪機首臺交付使用是2012年,而45型驅逐艦首艦是2003年開工,2006年下水,所以45型驅逐艦使用的是WR-21燃氣輪機。

而這個WR-21燃氣輪機,他是個國際合作項目,以美國為主,英國法國合作。美國諾斯羅普·格魯曼公司作為主承包商,並負責設計和製造,英國羅羅只負責做渦輪機。該燃氣輪機最大特點就是採用氣體壓縮中冷器和廢熱回收系統,從排放的廢氣中回收廢熱,驅動壓縮機來壓縮吸入空氣,並驅動冷卻機進行製冷,從而提高循壞效率降低燃料消耗。但是這套系統並不靠譜,在外界環境較高情況下,工作效率極其低下,導致輸出動力不足,而這套中冷器和廢熱回收系統就是美國諾斯羅普·格魯曼公司設計製造的。

所以說英國佬被美國人坑了,做了回小白鼠,而一看這玩意不靠譜的美國人,馬上放棄了WR-21燃氣輪機,選擇羅爾斯羅伊斯的MT30燃氣輪機作為其DDG-1000朱姆沃爾特級驅逐艦和LCS自由級瀕海戰鬥艦的主要動力。現在英國海軍已經做出的對45型驅逐艦的“搶救方案”則是,再安裝一臺2MW的輔助柴油發電機,在炎熱海域幫助提供動力。


五嶽掩赤城


45型主要問題就是動力系可靠性差,軍艦全電推進作為前沿技術看似先進,實際上沒有雄厚的財力支撐,掉坑裡是必然結果。以英國那點海軍軍費,維繫現有體系都難,更不要說研發頂尖的驅逐艦了!


名字太長我不記得


怎麼就不談談渤海級,海底拖拉機的事情?


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