福建舰可能采用燃气轮机作为辅助动力
福建舰下水已经一年多了,舾装及系泊试验可能已经结束,目前海试在即。福建舰动力系统的烟囱无论是水线附近的柴油机烟道还是舰岛上的烟囱,大家可能在照片上已经看过无数次了。但是辅助动力的进气道除了柴油机的,燃气轮机的进气道大家可能还未曾见过。这次我们就来专门聊一聊燃气轮机的进气道。
设计1
我们在公开发表的技术文献当中找了一下,找到两个燃气轮机的进气道设计。这两个设计都是船用燃气轮机的进气道。从燃气轮机实际进气口的尺寸来看,这两个进气道的体积都相当大。设计1甚至直接给出了进气道的尺寸,高21.75米,宽18.8米,体积非常大。设计2没有给出具体尺寸,但是看燃机进气口和进气道的尺寸比例,体积也相当大。
设计2
第一个问题,这两个设计的装机对象是谁。首先声明我们不清楚具备的装机到底是谁,这两个设计可能只是没有明确装机对象的理论研究。我们只是对可能的装机对象做一番推测和探讨。但是发展到陆地试验台的地步,多多少少是有应用背景的,所以还是有一定参考价值的。那么这两个设计的装机对象会是谁呢?文献已经说明这两个设计都是船用燃气轮机用的,大家知道我国民用船舶里基本上没看到有使用燃气轮机的,国内使用燃气轮机的基本上都是军用船舶。在目前已知的主力水面舰艇里,052、052B、052C、052D、076确认有使用燃气轮机,另外054B或者叫057护卫舰有可能会使用燃气轮机,然后福建舰也有可能采用燃气轮机作为辅助动力。
驱护舰的进气道通常直上直下而且比较短
但是在驱逐舰和护卫舰上使用燃气轮机,其进气道尺寸要比这两个设计小很多,而且不会在横向上有这么大的尺寸。因为燃气轮机对进气阻力非常敏感,所以进气道设计长度都尽可能短并且尽可能直上直下,以减少进气阻力。所以我们也排除了其他体积比较小和横向尺寸比较小的燃气轮机进气道设计,只留下了这两个设计。这个两个设计都有非常大的横向尺寸,这说明这两个设计的装机对象的船体宽度都非常大。
以第一个设计为例,横向宽度为18.8米。我们知道燃气轮机进气道的设计要尽可能短,所以燃气轮机在动力舱的位置肯定比较靠边的。那么对应的船只宽度肯定非常宽。因为船舶两侧通常是对称的,或者接近对称,否则船就无法保持平衡。因为进气口必然要设计在船体的外表面上,如果这一侧的进气道从入口到出口都有18.8米,那么对面另一侧也会有这么宽的船体结构。还要再加上动力舱的宽度,这么大进气道的船舶,其动力舱的宽度通常在20米以上,那么船体宽度至少在60米以上。
福建舰的船体宽度明显已经超过船坞的78米宽
而且进气道的位置也不太可能在船的最大宽度位置上,也就是说进气口不太可能布置在船体的边缘部分,所以船体的宽度可能还要再加10米左右。那么设计1的装机对象宽度至少在70米,这妥妥就是航空母舰啊!如果是福建舰,其动力舱宽27米,加上两个18.8米,再加上进气道外侧的两个船体外飘部分十几米,基本上就是80米左右,福建舰的舰体宽度基本上也就是这样了。所以设计1的装机对象可能就是福建舰。
设计2另一个角度的图片
设计2并没有直接给出尺寸,但是根据燃机进气口和进气道的整体比例来看,体积明显要比设计1的更小。如果两者使用的燃气轮机是同一型号或者功率相近型号,那么设计2的横向尺寸大概在12-14米左右。从这个尺寸来看,设计2的装机对象可能是076两栖攻击舰。
076可能长这个样子 红色圈里的结构可能和设计2的顶部有关
从设计1的尺寸来看,配套燃机的安装位置应该在动力舱里。这和我们之前的推测有点不一样,因为我们推测为了缩短进排气管道体积,福建舰的辅助动力燃机有可能安装在外飘结构里。福建舰的动力设计到底是怎样的,我们不得而知。福建舰的燃机进气道是否真的如同设计1那样尚不清楚。但是至少说明我们曾经认真研究过,如果把燃机放在动力舱内,进排气管道的实际工况到底是怎样的。那么把燃机放在动力舱里是不是因为燃机的数量比较多,外飘结构放不下,燃机是作为福建舰的主动力在使用呢?
国产GT25000燃气轮机
我们前面测算过,参照福特级航母的动力配置,福建舰主动力的功率需求在330-350兆瓦的样子。如果使用国产GT25000燃气轮机,需要12-13台才能满足要求。这么多的燃机,其进排气管道体积是非常惊人的。参考前面设计1的进气道外侧口径3.9米见方,那么所有燃机总的进气道截面积接近200平方米。所以烟道口的面积至少要翻倍,因为排出的废气是高温的,体积要比进入燃机的空气体积更大。而且为了降低红外特征还要增加散热结构,引入冷空气降温。
福建舰采用燃气轮机作为辅助动力的可能性是真实存在的
如果福建舰使用燃气轮机作为主动力,烟道口面积至少要在400平方米以上。但实际上福建舰的烟道口面积只有95平方米左右,还没有燃机进气口面积大,这是不可能的。所以福建舰采用全燃动力的可能性是不存在的,燃气轮机对于福建舰来说最多只是辅助动力。如果福建舰采用的是常规蒸汽动力,因为排水量大增而且还有弹射器、能量武器等耗电大户。那么烟囱口面积肯定也要比山东舰大很多,但山东舰的烟囱口也只有80几平方米的样子,所以福建舰也不可能采用常规蒸汽动力。今天我们讨论了进气道的设计,那么排气道呢?福建舰舰岛上那个烟囱可能就是。虽然福建舰的动力系统仍然没有正式官宣,但是我们离核动力又近了一步。