也说航母发动机


随着最近国产航母的信息披露,中国自行研制的舰船用燃气轮机、核动力系统受到了人们格外的关注。有读者常问,现在的民船都很大,超级油轮有30多万吨,军舰尤其是航空母舰,为什么不能用超级油轮的发动机?

航母发动机与民船发动机的差异

最近几十年,由于海运繁荣的需求以及造船技术的发展,一些民船的吨位越来越大。比如运送原油的超级油轮(VLCC)入门标准是30万吨级,这个数字只是表示它的载货能力,加上船体的自重,30万吨级VLCC的满载排水量达36~37万吨。相比之下,当今现役最大的航空母舰,满载排水量也才10万吨出头。但为什么各国建造的航母,都没有采用超级油轮的发动机?这要从现代民船发动机的特性谈起。

民船要投入商业运营,因此经济性是民船设计时首先要考虑的因素。民船的发动机要省油、造价和维护费用也是越低越好。而且,为了进一步降低成本,除非是运送应急生鲜货物的商船,普通的商船航速都较慢。比如广州龙穴造船厂2010年建造的“新埔洋”号VLCC,运载能力为210万桶(30.8万吨),满载航速仅15.7节。一般30万吨的VLCC主机功率只有4~5万千瓦,相比之下,6万吨的辽宁舰,最高航速超过30节,主机功率达15万千瓦,等于3~4艘VLCC的主机功率总和。

广州龙穴造船厂建造的“新埔洋”号VLCC广州龙穴造船厂建造的“新埔洋”号VLCC

不过可能也有人会问,在航母上安装几台VLCC的主机行不行?确实,航母上一般安装多台主机,而现代大部分商船,包括30万吨的VLCC,采用的都是单主机推进。但这实际上也是很难办到的。

现代航母的动力系统,一般有燃气轮机、蒸汽轮机、核动力(实质上是核锅炉的蒸汽轮机系统),而现代VLCC的动力系统为大型低速柴油机。之所以要低速化,是为了使发动机转速接近螺旋桨的理想转速,简化船用变速箱的结构。之所以大型化,是因为要想让柴油-空气混合物在气缸里充分燃烧做功,柴油机的活塞运动速度不能太慢,但又要保证柴油机的转速很低,那么唯一的办法就是加大气缸尺寸。此外,海运公司也希望在一艘上只安装1台主机,这样可以缩减建造成本和发动机维护成本,这样就必须让单台柴油机的功率达到很大,才能驱动30万吨的商船。

大连船柴生产的船用低速柴油机大连船柴生产的船用低速柴油机

英国MT30燃气轮机,6万吨的“伊丽莎白女王”号航母上仅安装2台英国MT30燃气轮机,6万吨的“伊丽莎白女王”号航母上仅安装2台

大型船用低速柴油机的体积到底有多大?我们看图就能获得一个直观的印象。VLCC使用的低速柴油机全重近千吨,高十几米,柴油机上的一条曲轴全长就达16米,重200吨。低速柴油机单机功率惊人、效率高,而且巨大的气缸“不挑食”,各种劣质柴油、重油都可以烧。但现役航母——即便是全长超过300米、排水量10万吨的尼米兹级,它的动力舱室无论如何是放不下这个“大家伙”的。而且,低速柴油机的启动慢、功率转换慢,也不符合航母动力系统的技战术要求。



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