燃气轮机的功率密度远超蒸汽动力

那么福建舰会不会采用全燃动力呢？以燃气轮机的功率密度计算，福建舰现有的动力舱应该是可以放下的。但问题是福建舰的烟囱没有那么大。以320~350兆瓦主机功率计算。如果采用CGT-25M燃气轮机，其功率是26.2兆瓦，大致需要12~14台燃气轮机。参考052D驱逐舰的烟囱口面积，大概15个平方左右，烟囱口的面积需要达到180~210平方米。就算按十个平方米来计算，也要120-140平米的烟囱口面积才是合理的。这是因为燃气轮机的空气消耗量要比燃油锅炉大，所以燃气轮机的烟道体积要比燃油锅炉大60%。再加上从福建舰的动力舱到烟囱口的距离非常远比驱逐舰更远，所以排气阻力更大，就需要更大的烟道口径。所以如福建舰采用全燃动力，那么烟囱口的面积不会低于200平方米。

福建舰的烟囱其实和山东舰差不多 和福建舰翻倍的动力需求相比差距甚远

而福建舰的烟囱口面积才只有90几个平方米的样子，连100个平方米都没有。而且使用这么多燃汽轮机，也会面临同柴油机一样的问题，那就是变速箱并车动力的技术难题。即使换上功率更大的燃气轮机，比如CGT-40燃气轮机，其功率最大能达到42兆瓦。可以将燃气轮机数量降低到8台，能够解决变速箱的问题。但是仍然解决不了烟囱口面积过小的问题。而且目前CGT-40燃气轮机的功率可能只有35兆瓦左右，还没有完全达到42兆瓦的水平。所以燃气轮机的方案也可以淘汰了。

小鹰级航母烟囱的排气是没有掺混冷空降温的 只是对烟囱外围进行了简单的降温

说到这里可能又有很多人要提小鹰级航母的烟囱很小。那其实有两个原因。一个是因为小鹰级的主机功率本来就小，只有218兆瓦。而电磁弹射型航母的主机功率比较大，比如福特级航母的主机功率就是313兆瓦。

小鹰级航母的烟道截面是两米见方

另一个原因是小鹰级航母的烟囱没有掺混冷空气降温。有卫星照片显示，小鹰级航母的烟道在拆除到甲板高度以下时，烟道截面是两米见方。而到烟囱口，烟道的截面还是两米见方。烟道从动力舱出来时是多大截面积，到烟囱口就是多大截面积。也就是说小鹰级的烟囱排烟是没有掺混冷空气进行散热的，只是简单在烟囱外围增加了散热。小鹰级航母的烟囱排气高温高速就是烟囱口面积小的另一个重要原因。对上个世纪的航母来说，那个时候是没有红外特征这个概念的。而现代航母是不可能不考虑给烟囱和排气散热的，不然红外特征会非常大。并且当代并不缺乏红外制导的反舰导弹。

小鹰级航母烟囱口尺寸

然后我们再来看下燃蒸联合循环动力。这种动力的热效率比较高，最高能达到60%左右。下面表格中的燃气轮机热效率其实就是回热模式下燃气轮机的热效率，相当于燃蒸联合循环动力的热效率。回热模式就是回收燃气轮机排气余热的模式。燃蒸联合循环动力中的蒸其实就是使用锅炉产生蒸汽的方式回收燃气轮机排气中的余热。因为现有军用燃气轮机的热效率最高在42%左右。只有回热模式的热效率才能达到55%~60%。这样的热效率相比蒸汽动力25-30%的热效率要高将近一倍。

表中的燃轮热效率其实就是回热模式下的热效率 相当于燃蒸联合循环动力的热效率

如果福建舰采用了这种动力，可以满足对动力舱体积和烟囱口面积这两者的技术要求。但是这种循环方式结构比较复杂，因为其热力循环方式不是一个而是两个，先使用燃气轮机产生一部分功率，然后燃气轮机的热废气再经锅炉回收能量，再输出一部分功率。这两个循环是有关联的，不能单独分开。如果一个循环有问题，会影响下一个循环的正常工作。在民用电厂采用这种比较复杂的循环方式可能没有什么问题。但是对于军舰来说，要求动力系统简单可靠方便维修。是不适合采用这种复杂的动力方式的，特别是航母这种世界上最复杂的武器系统。

这可能就是福建舰岸汽试车所使用的蒸汽输送装置

而且如果福建采用燃蒸联合循环动力，也不符合常规动力舰艇测试的国军标。因为航母下水后很快就要先测试动力主机，然后才是下游使用动力的设备，然后才是其它设备，这个测试顺序是不能颠倒的。否则等下游设备测试完了，再测试主动力。发现主动力有问题，可能还要开膛破肚拆开船舱。更换大的部件或者发动机，回来还要重新测试动力下游设备，这就会耽误很多时间。而事实上福建舰的烟囱是在下水十个月左右后才冒烟的，所以不可能采用这种燃蒸联合循环动力系统。

福建舰利用试车锅炉房提供的蒸汽进行试车所用的蒸汽管道

再者也不符合福建舰动力测试的技术特点。因为在2022年下半年福建舰就接驳了岸上试车锅炉房的蒸汽进行了测试。但是燃蒸联合循环动力是不可能这么测试的。虽然这种动力系统中也有热能回收锅炉。但是这种动力系统是由两个热力循环回路组成的，而且两个回路是有关联的。不能把整个动力系统拆开，单独去测试锅炉部分。燃蒸联合循环动力自己启动就可以测试，完全不需要采用外部蒸汽才能测试。而且第一个热力循环是燃气轮机，是不能使用岸汽进行试车的。所以福建舰是不可能采用燃蒸联合循环动力的。当我们把蒸汽动力、全柴动力、全燃动力、燃蒸联合循环动力这些动力方案都排除之后，福建舰可能只有核动力一条路可走了。但是福建舰在2015年就已经开工，后边该怎么修改设计呢？下一篇文章我们接着聊。