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航母=熱電廠
一條6到8萬噸的常規動力航母,本身動力總功率達到30萬馬力上下,其實就相當于一個能為20萬人左右的城市供電并提供冬季供暖,熱電聯產的熱電廠的功率。


常規動力航母的動力包和熱電廠的設備有很大的相似之處,區別主要是蒸汽能源的來源。


常規動力航母一般是用燃油鍋爐燒柴油或重油(英國的女王級航母的動力是燃氣輪機和柴油機聯合,屬于標新立異型,但顯然有總功率不足的隱患),民用熱電廠主要燒煤,也有燒重油的,核動力航母蒸汽來源是核反應堆。

                                                     英國的女王級航母


航母動力系統的蒸汽發電——推動汽輪機的部分和熱電廠非常相似,而且航母動力包啟動前,也要和熱電廠一樣,進行設備“吹管”,吹管就是用高溫高壓蒸汽,將主蒸汽管道內的雜質和焊渣吹干凈,以免傷害汽輪機轉子葉片。遼寧艦服役初期,前后水線部位側面冒出黑煙和蒸汽,同時發出很大的噪音,就是在進行首次動力啟動前的吹管。


誰若居住在熱電廠附近或者有在這種熱電廠廠區工作的經驗,就知道吹管產生的噪音有多大,可以說是“聲震十幾里”!熱電廠平時運行的設備噪音也很大,航母艦體本身雖然采取了隔音降噪措施,但航行時,航母動力底倉內部的環境噪音仍然超過120分貝。任何隔音措施也不能避免動力艙的運行噪音泄露出來。螺旋槳造成的那點水聲噪音,和動力噪音比,可以忽略。

 


因此航母螺旋槳仍然是超大型船舶常規的五葉槳。重型船舶一般是扇形的五葉螺旋槳,不是潛艇的七葉弧形螺旋槳,航母有四個螺旋槳。重型船舶航行起來機械噪聲本來就很大,不需要特殊螺旋槳刻意降低水聲,而五葉螺旋槳的推進效率更高。

  

五葉槳


正由于航母本身噪音、可見光、雷達反射信號都很大,太空都輕易可見,航母才需要空陸海一體的重點防護,否則還真是個大靶子。


常規動力航母的動力系統,其實就是相當于把一個中型燃油熱電廠的設備搬到一艘大船上。為遼寧艦提供鍋爐和汽輪機的,分別是哈爾濱鍋爐廠和德陽二重,本身也為民用發電廠提供鍋爐和汽輪機。 

熱電廠


一條船再大,內部空間顯然也要比一個陸地熱電廠小得多,而且遼寧艦是進口的老船體續建,烏克蘭原裝的內部動力包,大部分需要更新。如何在不嚴重破壞船體結構和上層甲板的前提下,把龐大的新鍋爐等重型、大體積設備更換安裝進去,就是續建改造時期的一個大挑戰。


據說國內一位女工程師發明了巧妙的辦法,順利的更換遼寧艦的主設備到位,立了大功。


服役后的航母雖然光鮮,但造船廠都是又臟又累的勞動密集活,全世界船廠都一樣。正因為勞動密集,西方民用造船才迅速衰落,而改造老艦的工作比造新船還要臟累,造新船起碼沒有那么多的油污和鐵銹,在此向大連重工的工人兄弟們致敬!


現在看來,遼寧艦動力包的改造相當完美,一次試車,一次成功,動力強勁。對比毛子為阿三改造的戈艦動力崩潰和庫艦的黑煙滾滾,國力、能力高下立判。


改造一艘航母的動力包,比安裝一艘新航母的動力包還難,遼寧艦的成功,為001A和更大噸位的國產航母的整體設計建造,提供了無可替代的寶貴經驗,國產航母的核心動力,仍然采用以上廠家的優良設備,鍋爐更多,功率更大。



無論航母還是熱電廠,動力的直接來源都是高壓蒸汽,用蒸汽來推動汽輪機,汽輪機輸出的高轉速,通過齒輪減速系統,再傳遞給四根動力大軸,大軸帶動船尾的螺旋槳旋轉,靠水的反推力前進。


熱電廠的高壓蒸汽,做功前溫度高達400攝氏度以上,做功后仍然有很高的溫度,降壓降溫后輸入城市供熱管網為冬季供熱。而航母的蒸汽動力系統,是一個封閉的循環,底倉有大量的冷凝設備從船體外通過進水管道吸收大量的海水來降溫,也可以通過熱交換生產大量的蒸餾水和生活熱水。



航母只要運行,就不缺飲用水和生活熱水,航母艦員幾千人,可以天天洗澡都不缺熱水,這是其他小型艦艇做不到的,因為航母動力系統的功率實在太大,可以服務一個20萬人的城市,只為艦上幾千人的生活服務,是小CASE了。


航母上高壓蒸汽的來源,要么是反應堆的熱交換,要么是燃油鍋爐燒的。在蒸汽和汽輪機階段,航母和熱電廠有很大的設備和生產流程的完全一致。航母的蒸汽一部分要推動汽輪機運動,推動船體前進,但用來為全艦發電和蒸汽彈射也要消耗相當一部分蒸汽。

因此航母的高壓蒸汽并不是全部用來推動艦體運動。核動力航母,由于能源來源是反應堆,幾乎可以提供無盡的蒸汽,在船不運動的時候,絕大部分蒸汽用來發電。美國尼米茲級核動力航母最大發電功率超過5萬千瓦,相當可觀。十萬噸級超級航母的本身用電量,就相當于一個中小城市。

 福特級核動力航母


到了最先進的福特級核動力航母,電能成了全船動力的核心,蒸汽輪機大部分動力都用來發電,總發電功率高達10萬千瓦級別。預計福特級后期批次的航母,將直接用巨型電動機推動推進螺旋槳,巨型電動機的能源由發電機通過電纜輸送,因此整條船,連四根動力大軸都取消了,并且艦載機的彈射和攔阻,都是全電化,這就是目前最先進的全電艦艇。


英國人已經率先實現了45級驅逐艦的動力全電化(當然目前問題和缺陷也不少)。全電化是艦艇發展的方向,我國未來的核動力航母,也一定是全電化的。這樣的航母,更是一艘發電能力強大的水上移動核電站。


這里筆者再次強調一次:

任何核動力航母和其他核動力艦艇,都必須有核反應堆——高壓蒸汽發生器——汽輪機這三大件,因此任何艦艇核動力,都是蒸汽動力。蒸汽動力和核動力不是兩回事!網上經常有人把核動力和蒸汽動力對立起來,是偽軍迷的表現。

蒸汽動力本身并不代表落后,常規航母和核動力航母的主要區別,就是產生高壓蒸汽的本源,是核反應堆還是燃油鍋爐的區別,除了這一段,剩下的航母動力部分,兩類航母是基本相同的。

人類目前的核動力,只有核蒸汽動力和同位素電池兩種系統,核蒸汽動力功率很大,設備體積也大,是熱交換原理通過產生高壓蒸汽對外做功。而同位素電池可以做的很小,利用放射性造成的化學熱量差來產生小電流,只能當電池用,一般應用在衛星和深空探測器上,有效期可以長達上百年,但同位素電池不能做的很大,具有放射性,因此不適合民用。


美國的尼米茲級核動力航空母艦是依靠西屋公司的兩個核反應堆產生高壓蒸汽提供動力和電源。所提供的電力會在艦上長達100千米的主電路內輸送。

 尼米茲級核動力航空母艦


未來的航空母艦將實現全電力化,這是信息時代航空母艦技術發展的一大特點。全電力化主要包括安裝先進、安全、長壽命的高功率核反應堆,以及高功率密度、安全的電力變換和調節系統,應用于電力驅動、電力彈射和阻攔裝置,未來還可能用于電力裝甲、定向能和超高速武器的發射等。


由于航母動力包和民用熱電廠的設備和運行原理相近,將來從遼寧艦等國產航母動力組退役的士官,完全可以從事民用大型電廠的技術或管理工作。而將來從核動力航母上退役的輪機士官,也完全可以到民用核電站謀求一份高薪崗位。

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