国外船用主汽轮机组发展概述文档格式.docx
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从70年代开始,随着舰船动力研制技术的进步、各国经济实力的增强以及各国军事斗争的需要,以美国为首的西方先进国家逐渐转向大型航母的研制,动力装置也逐渐变成核动力装置。
美国自二战以来建造了“中途岛”级、“福莱斯特”级和“小鹰”级蒸汽动力航空母舰,目前“小鹰”级刚刚退役。
随后建造了1艘“企业”级和10艘“尼米兹”级大型核动力航母。
其中“企业”级航母是世界上第一艘核动力航母,1961年建成服役,满载排水量近9万吨,单台主汽轮机组(以下简称主机组)功率7万马力,据悉其型式为高低压双缸汽轮机加平行轴减速器,4轴总功率共约28万马力。
而其后的“尼米兹”级是世界上排水量最大的核动力航母,1975年服役,满载排水量9万T0万吨(各型舰有所不同),采用相当的主机组,4轴总功率26万马力。
据公开资料,2013年下水的福特级核动力航母首舰“福特号”以主汽轮机组驱动螺旋桨推进,4轴总功率28万马力,略高于尼米兹级。
前苏联在建造了2艘“莫斯科”和5艘“基辅”两代蒸汽动力中型航空母舰之后,1982年开始建造“库兹涅佐夫级”蒸汽动力中型航母,采用的是4套5万马力蒸汽动力装置。
因前苏联解体,“乌里杨诺夫斯克”号核动力大型航母在建造过程中被拆毁,该航母为4机4桨,单台主机组功率为7万马力,其型式为单缸汽轮机加行星齿轮减速器,总功率28马力。
有消息称俄罗斯正准备建设新的航母编队,采用的动力装置与“乌里杨诺夫斯克”号相同。
法国于1955年开始建造了2艘克莱蒙梭级蒸汽动力中型航母,以积累航母研制技术和作战使用经验。
80年代法国开始研制“戴高乐”级中型核动力航母并服役,该舰动力装置采用其水下核潜艇的动力装置移植于航母中,该航母为2机2桨,单机功率为4.15万马力,总功率8.3万马力。
表1国外核动力航母动力装置应用情况
国别
奉行战略
在役和在建
动力
主机组功率
排水量
(t)
服役时间
美国
全球进攻性
1艘“企业”级
9艘“尼米兹”级
在建2艘“福特”级
核动力核动力核动力
4X7万马力
93970
91487-
102000
101600-
112000
19611975-2003首舰于2013年下水
俄罗斯
区域性
1艘“乌里杨诺夫斯克”号
核动力
/
未建完、拆毁,
法国
1艘“戴高乐”级
2X4.15万马力
39680
2001
轮减速器的方案。
从美、俄两国核潜艇主机组的发展历程看,两种发展方向都是成功的。
2核动力潜艇方面
2.1概述
一直以来,美、俄等海军强国都非常重视核潜艇主机组的研究和发展,并取得了显著的成果,其核潜艇振动噪声设计及控制水平远远领先于其它国家。
2.2国外核潜艇主机组发展
纵观全球核潜艇发展史,除早期机组外,核潜艇主机组的发展主要有两个方向:
一是以美国为首的西方国家普遍采用的双台单缸汽轮机+平行轴外啮合减速器的方案;
另一个是前苏联的单缸汽轮机+行星齿
(1)美国
美国第一艘“鹦鹉螺”号核潜艇的主机组是由高压缸、低压缸组成的双缸机组;
一台主冷凝器配置在低压缸的下部;
高、低压双缸发出的功率由一台齿轮传动减速器合并后传递给推进轴系,这种配置型式称为单机双缸方案,水面舰船主机组多采用该方案。
但是很快,美国核潜艇主机组改用两台单缸汽轮机+平行轴外啮合减速器的方案,除在减振降噪方面的不断改进、机组集成度不断提高外,其机组型式一直没有大的变化。
但由于保密和技术封锁等原因,相应的主机组的型号不详,其基本情况见表1。
表2美国核潜艇主要主机组特性一览表
代别
核潜艇级
核潜艇类别
建造或服役年代
建造数量(艘)
主机组功率(马力)
机组安装
方式
一代
鹦鹉螺
攻击型核潜艇
1954年
1
13400
不详
鲤鱼
1956年
6
15000
华盛顿
弹道导弹核潜艇
1960年
5
二代
长尾鲨
11
2X10000马力单轴
鱼寻鱼
1962年
37
拉菲特
1963年
31
三代
洛杉矶
1976年
62
2X17500马力单轴
浮筏减振
四代
海狼
1989年
3
2X26000马力单轴
弗吉尼亚
1998年
14
2X20000马力单轴
俄亥俄
1981年
18
2X30000马力
振技术。
几十年来,美国在潜艇减振降噪方面投入了
由于美国在核潜艇主机组、系统和总体方面均有较高的减振降噪水平,因而其一直采用主动力直接推进,核潜艇仍能保持较低的振动噪声。
1957年4月开始美考虑核潜艇主机组采用刚性平台(浮筏基座)减大量的资金和人力,取得了显著的效果,目前在役的核潜艇在减振降噪方面较早期核潜艇下降达到40s50dB。
如美国“海狼”级核潜艇艇上所有的机械都经过了严格的减振降噪设计,并进行了严格的检测;
所有设备或部件都安装在高效能减振机座、隔振器上,重要的主机、辅机都采用了整体双层减振基座;
振动较大的表面覆盖着有阻振、吸声功能的阻尼材料;
系统管路尽可能采用弹性连接管与艇体相接,对流体噪声较大的管路采用降低流速和加装消声器的办法;
通过以上措施,“海狼”级核潜艇的对外辐射噪声得到大幅度降低。
根据掌握的情况,英国最新的“机敏”级核潜艇的动力布置主要形式为:
主汽轮机为两台单缸汽轮机,输出功率通过平行轴减速器变成单轴输出,主机组安装在舱筏上;
汽轮发电机组与主机组头对头布置,并取消辅冷凝器,与主机共用主冷凝器。
这种布置可大大简化系统,提高装置功率密度,为减振降噪创造条件。
美国“弗吉尼亚”级核潜艇采用的布置形式与“机敏”级极为相似。
(2)前苏联/俄罗斯
为在短时间内获得主机组,前苏联以水面舰船“TB-9”机组为母型研制了第一代核潜艇用“601”主机组。
每艘艇装备两台该机组,每台机组输出功率17000马力,机组输出总功率34000马力,机组输出转速500rpm。
机组采用反动式单缸主汽轮机,单输入输出的外啮合减速器,机组刚性固定在艇体基础上。
“6X义”主机组作为核潜艇第二代主推进机组广泛应用于前苏联的第二代671系列(V级)潜艇,从1968年完成首制艇到1990年,装艇48艘。
“6XX”主机组采用单台单缸汽轮机、两台单通道共用冷凝器和一台行星齿轮减速器,在汽轮机和冷凝器之间设有膨胀节和隔断阀。
机组输出功率31000马力,输出转速265rpmo
资料显示,前苏联前两代机组均由基洛夫厂设计和生产,而其第三代“0K-9”主机组则在卡鲁卡厂设计和生产,机组集成度大幅度提高。
“OK-9”主机组输出功率50000马力,输出转速200rpm。
共用冷凝器壳体兼做框架,成为集成舱筏框架的一部分;
汽轮机与冷凝器集成共用壳体结构;
汽轮发电机组布置在汽轮机两侧,排汽道在冷凝器框架内构建;
行星齿轮减速器采取了吊挂式减振,等等。
“0K-9”主机组实现了高度集成和功能拓展,功率密度高、辐射噪声小。
表2中列举了前苏联各时期较为典型的主机组,在经历几个型号近百条潜艇的设计、制造、试验运行及改进提高之后,前苏联核潜艇主机组设计技术已较为完善和成熟。
由于在主机组减振降噪方面取得了成功,前苏联与美国一样采用主机直接推进方式。
表3前苏联核潜艇主要主机组机型及特性一览表
工程代号
数量
主机组机型及功率(马力)
机组布置
代
627
N级攻击型核潜艇
1959年
13
「T3A-601、2x17000双轴
刚性安装
658
H级弹道导弹核潜艇
8
FT3A-60K2x17000双轴
671
V级攻击型核潜艇
1965年
48
IT3A-615、31000单轴
安减振器
705
A级攻击型核潜艇
1971年
0K-7型、40000单轴
670
C级巡航导弹核潜艇
1968年
「T3A-631、15000单轴
667
D级弹道导弹核潜艇
「T3A-635、2x26000双轴
685
“麦克”级攻击型核潜艇
1978年
43000
945
“塞拉”级攻击型核潜艇
1982年
971
“阿库拉”级攻击型核潜艇
1980年
16
50000
949
“奥斯卡”级巡航导弹核潜艇
OK-9、2x49000双轴
941
“台风”级弹道导弹核潜艇
四代
885
“北德文斯克”级攻击型核潜
1993年
998
“北风之神”级弹道导弹核潜艇
1996年
(3)英国 纪90年代建成服役的“前卫”级为弹道导弹核潜艇。
英国第一艘多用途核潜艇一一“无畏”号于1963年正式服役,艇上的核动力装置购自美国。
1973-1981年建成服役的“快速”和建于上个世纪80年代的“特拉法尔加”级核潜艇是其主要攻击型核潜艇。
上个世冷战结束后,英国海军的水下力量也进行了较大规模地裁减。
自2001年起,建造“机敏”级攻击型核潜艇,预计将分两批建造6艘。
图1为“机敏”级核潜艇的剖视图,基本可以判
断英国采用的双台单缸汽轮机+平行轴外啮合减速器的方案,且汽轮发电机组与主机组集成布置在浮筏上。
英国核潜艇主机组主要特性见表4。
表4英国核潜艇主要主机组特性一览表
“快速”级攻击型核潜
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