海洋之心.doc

海洋之心
王国庆 动力系统被称为船舶的心脏,其性能关系到船舶航速、续航力、机动性和隐蔽性等重要性能,因此为船舶选择合适的动力系统非常重要。按原动机类型,船舶动力系统可以分为蒸汽动力、柴油机动力、燃汽轮机动力、核动力、联合动力等几的紧凑性要求较高,一般只采用重量体积较小的高速柴油机和燃汽轮机。高速柴油机技术相对简单,结构紧凑且建造和使用成本较低,因此在护卫舰、导弹艇等中小型舰艇上有广泛的应用。但高速柴油机单机功率较低,一般无法单独应用于5000吨以上的大型船舶,一般采用几台柴油机联合(CODAD)或与其它动力装置组成“联合动力系统”,才能满足大功率需求。如法国“追风”级护卫舰,就是采用了6台柴油机组成的CODAD系统,每两台一组共驱动三个喷水推进器。
燃汽轮机作为一种新兴的动力系统,与其它动力类型相比,拥有单机功率大、重量尺寸小、机动性高和静音效果良好等优点,而这些优点正是军用舰艇动力系统一直追求的目标,因此目前军用舰艇是燃汽轮机最主要的“用户”。美、英、俄等燃汽轮机技术发展较为成熟的国家,其驱逐舰、巡洋舰等大型作战舰艇多采用全燃动力。如前苏联建造的排水量达到11490吨的“光荣”级巡洋舰,采用6台燃汽轮机作动力,。该舰在低速巡航时采用2台巡航用燃汽轮机推进,高速航行时采用4台加速用燃汽轮机提供动力,全速冲刺时6台燃汽轮机可以同时工作,能够达到32节的最高航速。美国海军“阿利?伯克”级驱逐舰和“佩里”级护卫舰,也采用了全燃动力。

联合动力装置

从上面的分析可以看出,每一种动力系统都有一定的优缺点,单独使用一种动力类型往往不能满足船舶在不同航行状况下对于动力系统的复杂要求:一般来说,船舶航行过程中,所需功率占全功率1/4的低航速状态占整个航行时间的80%,而全功率航行时间只占2%左右。为了解决船舶高速航行时的大功率要求和低速巡航时经济性要求的矛盾,综合不同动力系统优点于一身的联合动力装置成为许多船舶动力系统的最好选择。 船舶采用联合动力系统后,可以大大提高其航行性能,如一艘4000吨级的驱逐舰,在使用联合动力装置后,动力系统重量可减少20%,续航力可以增加25%。联合动力装置最主要的缺点是必须在一艘船上配备两套配件、燃油和维修力量,提高了后勤维护的难度。
在某些文献中也会出现“全燃联合动力装置(COGAG/COGOG)和全柴联合动力装置(即前面提到的CODAD)”这一说法。笔者个人认为,相同类型的发动机并车推进称为“联合动力”略显不妥,因此此处的“联合动力”是指不同类型发动机的联合。另外,从严格意义上讲,联合动力装置是指在船舶推进系统的同一根主轴上加装两种不同的动力装置,并车后为舰艇提供动力;而在不同的推进主轴加装不同的动力装置只能称为混合动力。笔者个人认为两者在概念上虽有一定区别,但其性能原理和对船舶各方面性能的影响几乎相同,因此,本文中的“联合动力装置”在这一点上不做过多区分。
船舶联合动力装置中最常用的类型是柴-燃联合。这种动力系统在低速航行时用功率较小的柴油机推进,依靠柴油机良好的经济性可以获得较大的航程:在高速航行时,柴燃联合动力装置可以分为交替使用联合动力装置(CODOG)和共同使用联合动力装置(CODAG)两种工作方式。前者是指高速航行时柴油机停机,由燃汽轮机单独工作提供航行动力:后者是指高速航行时柴油机和燃汽轮机同时工作,提供所需功率。联合动力装置较好地综合了两种动力系统的优点,满足了不同航行状况下的动力需要,因此在各国海军作战舰艇中得到了较为广泛的应用。如德国海军的“不莱梅”级护卫舰,满载排水量达到了3600吨,动力系统由2台LM2500燃气涡轮发动机和2台MTU 20V956TB92型柴油机组成,工作方式为CODOG。高速航行时使用LM2500燃汽轮机,可以达到30节的航速:低速巡航时使用两台柴油机,以节省燃油。两种动力系统共同驱动1根转动轴和1具5叶螺旋桨。而德国海军后来发展的F124“萨克森”级护卫舰,满载排水量超过5000吨,其联合动力装置采用1台LM2500燃气轮机和2台MTU 20V1163TB93型20缸柴油机,工作方式变为CODAG。低速航行时,柴油机最大可以提供7400千瓦的动力,保证军舰拥有4000海里/18节的续航能力。燃气轮机可以提供23500千瓦的功率,驱动两个主变速箱和交叉连接变速箱。燃汽轮机与柴油机联合驱动时,军舰可以获得最大29节的航速。
从这两型护卫舰动力系统的对比中可以看出,两者最高航速几乎相同,采用CODAG的“萨克森”级护卫舰排水量更大,却比采用CODOG的“不莱梅”级护卫舰少配置了一台LM2500燃汽轮机。这其中固然有两种发动机技术不断发展、单机推力增大的原因,但最重要