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有关军舰蒸汽动力系统重量的零星知识

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中将

十二年服役纪念章TIME TRAVELER一级铁十字勋章元老荣誉纪念章行政立法委旗手终身荣誉会员

发表于 2011-12-10 13:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 克虏伯火炮 于 2011-12-10 13:44 编辑

首先,蒸汽动力系统重量受功率大小的影响较大,同类战舰、相同技术水平的动力系统重量可以近似认为与功率成正比。但这只是近似,总的来说,随着单机功率的增大,动力系统功重比也就是功率/重量,还是会有所减小的。这是因为随着单机功率的增大,涡轮流通面积增大,直径增大,从而使得材料力学性能所允许的转速相应下降,涡轮轮周功受到了限制。这与柴油机气缸直径越大,功重比越小的道理很接近,只不过没有柴油机那样明显。

其次,相同功率下,大型战舰的动力系统重量要比小型战舰的明显大一些。其原因主要在两方面:
一方面,大型战舰承载质量大,允许动力系统占据更大的重量,而小型战舰承载质量本来就十分紧张,能省的必须节省掉,甚至不惜降低系统整体可靠性、热效率等方面要求。
另一方面,相同总功率,小型战舰必然航速更高,螺旋桨直径也更小,因此输出轴的转速就比同功率的大型战舰转速高得多;物理规律告诉我们:功率相同,转速越高则扭矩就越小;而材料力学告速我们:传递的扭矩越小,轴的直径就可以越小。而且小型战舰主轴长度通常也明显比大型战舰短,轴系所受的弯矩也会比大型战舰所受的小一些,这也允许主轴采用更小的直径。

(综上所述,相同功率前提下,小型战舰的动力系统重量要明显比大型战舰的轻一些。
比如,美国弗莱彻级驱逐舰,双轴6万马力,动力系统重量约750吨,功重比80马力/吨;阿拉斯加级大型巡洋舰,4轴18万马力,动力系统重量3533吨,功重比50.9马力/吨;而衣阿华级战列舰为4轴21.2万马力,动力系统重量为4443.8吨,功重比47.7马力/吨。
英国肯特级巡洋舰,动力系统8.25万马力,重量1415吨,功重比58.3马力/吨,乔治五世级战列舰动力系统11.2万马力,重量2812吨,功重比39.8马力/吨。
所以,在架空中以史实小型战舰的动力系统重量、功率数据来装备大型战舰,是不合适的。)

第三,锅炉、汽轮机在整个动力系统中所占的比例其实并不大,更多的重量是各种管道、阀门、各种辅助装置比如冷凝器、热交换器、给水泵、减速齿轮箱、轴系、螺旋桨等等。比如苏联级战列舰,KV4锅炉干重124吨,轮机的重量是286吨;6台锅炉+3台轮机为1602吨,占动力装置总重量的43%;单论锅炉则占20%。
其它的比如俾斯麦级战列舰动力系统干重为2800吨,而每台锅炉干重为48吨,12台锅炉重576吨,仅占20.6%。

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发表于 2011-12-10 13:56 | 显示全部楼层
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请教前辈个问题,在辅助设备质量随功率增加的前提下,通过增加锅炉数量和修改配套主机(例如给主教塞入8个锅炉,安装4台莫噶多尔主机)由此来提高出力和最大速度是否可行?
多研究些问题,少谈些主义

中将

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 楼主| 发表于 2011-12-10 14:17 | 显示全部楼层
回复 go229 的帖子

不敢当。
同一个船体、同样排水量下,增大了功率必然提高最大速度。不过,军舰的设计和建造完全可以说是“牵一发而动全身”的。增加锅炉数量,必须增大动力舱容积,这又需要拉长装甲带长度,同时有需要明显增加(长)各种管路长度和数量......最后动力系统重量、舰体尺寸排水量都要上去。
莫噶多尔是驱逐舰,如我上述,它采用的轮机估计为了最大程度地减重,采用了很多相关措施,那么是否适合战列舰的需要?这个我就不清楚了。历史上似乎没有直接用驱逐舰主机的战列舰?

中将

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发表于 2011-12-10 14:36 | 显示全部楼层
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我主要是看到黎塞留的锅炉是改进自莫噶多尔,是在此基础上进一步小型化和提高效率的结果,以2个大锅炉舱塞下了6具锅炉。所以我就想,如果黎塞留在不考虑吨位上升的情况下(或者为了保证吨位不增加适当削减防护),用4台莫噶多尔级主机和8具这种神奇的锅炉,应该能达到相当于2套莫噶多尔级的动力输出。。。。。。。
多研究些问题,少谈些主义

中将

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发表于 2011-12-10 14:47 | 显示全部楼层
亚特兰大级防空巡洋舰,输出78985马力,引擎干重1381.33吨

埃塞克斯级航空母舰采用两套亚特兰大级的动力,输出154054马力,引擎干重3123.2吨

中将

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发表于 2011-12-10 15:04 | 显示全部楼层
 主机械室设置在中央部,有前部锅炉室、后部主机器室,主锅炉八座为一座一区,中央隔壁两舷各配置四座,各锅炉室各装载一座ロ号舰本式附空气预热器的重油专烧锅炉,锅炉的蒸气条件是蒸气压力22kg/㎠,热气温度300度。
 主机器是在主锅炉室后部的四区的主机室各装备一座舰本式蒸汽轮机。这个汽轮机是由高压、中压、低压汽轮组成的三胴式汽轮机,经减速装置驱动推进轴,驱动外轴二轴的二座前部主机中安装一座巡航汽轮,四座主机共计输出是52000轴马力。
 改⑤计划建造的五艘中,因与“云龙”装载的同型主机制造来不及应付,“天城”及“笠置”挪用预定了作为改铃谷型轻巡而建造的第三○○号舰、第三○一号舰用的主机。“葛城”、“阿苏”装载了阳炎型驱逐舰用的52000马力的二组主机,这个缘故,这二舰的输出降低到104000马力,速度成了32节。
 

中将

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 楼主| 发表于 2011-12-10 15:14 | 显示全部楼层
go229 发表于 2011-12-10 14:36
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我主要是看到黎塞留的锅炉是改进自莫噶多尔,是在此基础上进一步小型化和提高效率 ...

锅炉是问题不大的,毕竟锅炉只是提供蒸汽的一个机构罢了。
但战列舰和驱逐舰的锅炉在性能要求上恐怕也有一点区别,黎塞留的不也是 改进自 莫噶多尔嘛。我想战列舰、航母的锅炉有可能上空气预热器,省煤器而是一定有的,而驱逐舰锅炉则大都没有条件,有的甚至连省煤器都省了。

设计是“牵一发而动全身”,再多塞下两个锅炉,以及相应的蒸汽管线,必然需要增加装甲带长度啊。
另外,动力系统中,锅炉+汽轮机的重量其实不到一半,更大的影响是其它那些东西。也就是说,可以用2套莫噶多尔的锅炉+主机虽然可以实现2倍莫噶多尔的动力功率,但因轴系、减速器(驱逐舰输出转速高,因而需要的减速器减速比就小,重量尺寸就可以小,但战列舰用的就要大了)、管线(长度不同)等其他东西的影响,此战列舰的动力装置重量也会明显大于莫噶多尔X2。

中将

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发表于 2011-12-10 15:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 STG44突击步枪 于 2011-12-10 15:23 编辑

 古鹰型和青叶型的主机关,以提高性能为目标,使用过热蒸气,而妙高型相反再次使用饱和蒸汽(压力20kg/㎠)。这是因为一万吨型巡洋舰是紧接主力舰的重要舰种,推测对锅炉过热器的寿命不安,从重视可靠性的观点,制定了使用饱和蒸汽的方针。

海鹰号航母装载了一套阳炎级驱逐舰的引擎,加贺号换了半套最上的轮机,还有金刚级,意大利的苍鹰号航母等

互换主机在舰船改造和建造史上是极常见的。

但是,主力舰和辅助舰小虾米因为数量和重要性的差异,对系统可靠性要求也不一样,设计冗余必然不同,不能简单做加减法

中将

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发表于 2011-12-10 15:20 | 显示全部楼层
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嗯,我那个设想只是追求出力增加,并不考虑动力重量的增加,事实上,对于主力舰来说,那些动力增重也是承担得起的。
多研究些问题,少谈些主义

中将

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 楼主| 发表于 2011-12-10 15:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 克虏伯火炮 于 2011-12-10 15:27 编辑

回复 STG44突击步枪 的帖子

数据收了,十分感谢。
亚特兰大功重比57.2马力/吨,埃塞克斯功重比49.3马力/吨。
后者使用前者相同的两套,功率不到前者2倍的同时重量却超过2倍,就是各种管线、轴系等东西的影响吧。

原来1.8万吨级的舰队航母有用驱逐舰主机的?长见识了。
不过这是否有日本资源严重不足的无奈因素?而且计划使用驱逐舰主机的两舰最后也没有完成,不知道真的服役、使用中会不会有可靠性寿命等问题。
用最上的主机问题不大,最上本来也是1万吨+的。

中将

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 楼主| 发表于 2011-12-10 15:32 | 显示全部楼层
本帖最后由 克虏伯火炮 于 2011-12-10 16:11 编辑
go229 发表于 2011-12-10 15:20
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嗯,我那个设想只是追求出力增加,并不考虑动力重量的增加,事实上,对于主 ...


那完全可以。
衣阿华那样细长的舰体,过载功率25.4万马力,也才35节(还是据说,非官方数据)。在黎塞留的基础上增加重量,其排水量不见得就比衣阿华小多少了,23万马力估计也就是35节

上尉

十二年服役纪念章海武魂全球架空纪念章

发表于 2011-12-10 15:37 | 显示全部楼层
很好的知识贴,我感觉我的功力又精进了

中士

十一年服役纪念章

发表于 2011-12-10 22:20 | 显示全部楼层
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请教克前辈个问题,尼米兹级航母的A1G核子反应堆与两台轮机组成的动力系统重量和功重比是多少,网上没有这方面的数据,查了半天都没查着
【该ID已被管理员回收】

中将

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 楼主| 发表于 2011-12-11 07:52 | 显示全部楼层
回复 雨忆凌霄 的帖子

我也没有它的数据。

少尉

十二年服役纪念章铜星勋章政道纪念章

发表于 2011-12-11 09:32 | 显示全部楼层
克虏伯火炮 发表于 2011-12-10 15:21
回复 STG44突击步枪 的帖子

数据收了,十分感谢。

葛城在1944/10/15竣工
以戰後進行復員運輸的表現,問題不大
而且陽炎級的動力系統已經被廣泛用在IJN的其他CV上
(龍鳳 瑞鳳 翔鳳 海鷹 是全套使用,神鷹使用鍋爐部分)
不過相對於陽炎級是每套3鍋爐 龍鳳 瑞鳳 翔鳳 葛城是每套四鍋爐 可能是作為備份
(瑞鳳的公試紀錄是使用3鍋爐就可達到預定出力)

中将

十二年服役纪念章杰出服役十字勋章全球架空纪念章旗手

发表于 2011-12-11 20:15 | 显示全部楼层
云龙使用阳炎的主机是无奈之举,因为战时赶工,急如星火,只能把现有的存件利用上。

中将

十二年服役纪念章杰出服役十字勋章全球架空纪念章旗手

发表于 2011-12-11 20:17 | 显示全部楼层
回复 a5mg4n 的帖子

复员运输与战列机动完全是两个概念,所以还不能因为复员运输时表现不错就断定葛城装阳炎主机没有问题

少尉

十二年服役纪念章铜星勋章政道纪念章

发表于 2011-12-14 00:24 | 显示全部楼层
owaii 发表于 2011-12-11 20:17
回复 a5mg4n 的帖子

复员运输与战列机动完全是两个概念,所以还不能因为复员运输时表现不错就断定葛城装阳 ...

瑞鳳 翔鳳 龍鳳 海鷹的使用紀錄上也沒大問題
神鷹的鍋爐部分也是
葛城如果只是使用兩套的話 依照後來狀況 也可推測問題相對不大

少校

十二年服役纪念章杰出服役十字勋章海武魂全球架空纪念章

发表于 2011-12-14 06:54 | 显示全部楼层
回复 owaii 的帖子

大概不是吧,战前的B-64都准备上的是两套秋月的动力系统

上士

十二年服役纪念章装甲精英

发表于 2011-12-16 18:24 | 显示全部楼层
意思就是说   主机的套用 还是要分 DD 和 BB 的是吧

皇国兴废 在此一役 诸君努力 奋勇杀敌

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