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燃气轮机为何不适合在7万吨以上航母上使用?

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  瀚海狼山(匈奴狼山)不止一次的提到过,有一种很有问题的风气,就是每当看到某种大型燃气轮机突破的消息,就立即有人说可以用到超级航母上。而前几年热炒的R110型燃气轮机,热功率高达20万千瓦。很多人就说完全适合7万吨以上的新航母使用。且不说这种说法首先混淆了热功率和舰船轴功率的区别。就算是R110真的可以为4轴的航母提供20万千瓦的轴动力。也基本不可能安装到7万吨以上的航母上,唯一理论上的可能是采用和女王级一样的全电动力。不过R110燃气轮机整体体积并不适合上舰船。而且这种大燃气轮机到目前就只有一台样机,被放到了南方某大城市的郊区。作为万一电网出现跳闸时的紧急启动备用发电来源机使用。但实际上日常是无事可做。因为超大城市电网完全跳闸是天大的事情。几十年都遇不到一次。

  

  因此R110到目前作用基本是闲置的。最近又突破了某种大功率燃气轮机,可以马上上航母的说法又来了。大功率燃气轮机为何不适合上航母?主要就在于燃气轮机运行时的空气流量太大,整体热效率的上限不高。最终的综合结果就是油耗超大,根本烧不起。燃气轮机本身就是用航空喷气发动机改装的。只不过大多数航发是直接往后喷气获得反推力。而船用燃气轮机是从燃机里面输出一根动力大轴。获得了旋转的扭力而已。F35B上的前风扇也需要从F135发动机上往前引出一根动力轴,原则上这和船用燃气轮机的工程原理已经有些类似了。不过任何水面舰船的真正大轴与螺旋桨的实际旋转速度都没有F35B的前风扇那么快,因此船用燃气轮机动力输出轴与船上大轴之间还必须有一套减速齿轮箱系统。船用燃气轮机在类似喷气航发的热端,

  

  之外,还增加了直径更大的冷端。因此船用燃气轮机的进气量,会比作为喷气航发的母版的进气量更大。比如WS10的进气量大约是每秒最大120公斤。那么假设用WS10开发一种新船用燃气轮机,这种燃气机的进气量可能高达每秒160到180公斤。一公斤空气就相当于接近1立方米。等于是2秒种内就可以抽光一个三居室内的全部空气,因此进气量是非常惊人的。正因为船用燃气轮机的进气量太大,因此使用船用燃气轮机的舰型,需要专用进气口和直径很大的排烟口,这也是为何女王级需要2个舰岛的原因之一。因为一个舰岛根本无法安排2套排烟通道。还有种说法是可以从烟道里面临时更换个别船用燃气轮机的主机,这是基本真实的。从中也可以看出船用燃气轮机吸气和进气量的巨大。对燃气轮机来说,空气和混合后的燃气既是助燃剂,也是推动做功的工质,因此会随着巨大的排气量带走很多余热。因此任何燃气轮机的油耗都相对较大,而热效率大部分不超过45%。

  

  船用燃油锅炉的热效率可以高达60%到65%,根本原因在于做功的工质是蒸汽而不是燃气本身。柴油机的热效率也在50%左右。主要是柴油机是高压往复运动。吸气排气量比燃气轮机小得多。损失的热量小综合燃油效率自然更高。女王级表面上是燃气轮机动力,其实巡航期间都是用柴油机发电为主,只有到18节以上才开动燃气轮机主机。实际上属于与驱逐舰一样,看重燃气轮机的启动快,加速性比较好的特点。当电网重启电源也是这个原因。但女王级的总动力功率说到底还不如055,其航速自然就很难看了。如果比女王级还大的7万吨级以上航母都改成燃气轮机动力,那么单位油耗基本是高压燃油锅炉的2倍,几乎没有哪家海军顶得住这种幅度的常年油耗。还有人准备要给柴电潜艇装上“更先进的”燃气轮机,那需要把整个围壳都改成进气口和排烟口。

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