联合动力装置是由多种类型的主机、传动装置、轴系和推进器组成的动力系统,旨在满足舰艇在不同航行条件下的动力需求。这一概念最初是为了提升水面舰艇的战术性能而提出。
简介
联合动力装置的设计理念是在低速航行状态下由一种发动机单独运作,而在更高航速至全速航行时,则由另一种发动机单独运作或两者同时运作。在这种设计中,用于低速航行的发动机被称为巡航机组,而用于高速航行的发动机被称为加速机组。巡航机组通常采用耗油率低、寿命长且功率较小的发动机,如轻型柴油机、蒸汽轮机或小型燃气轮机,其功率约占总功率的25%至50%。加速机组则采用启动快、单个机组功率大、体积小的发动机,如燃气轮机。这种设计使得舰艇能够在短时间内快速达到全速,增强战斗能力,同时在长时间巡航中减少燃料消耗,延长续航里程,并减轻装置的重量和尺寸,提高机动性。基于此设计理念,各国海军舰艇上出现了多种以燃气轮机为主的联合动力装置。
形式
汽-燃联合动力装置
这种联合动力装置结合了蒸汽轮机装置的优势,适用于功率较大的轻型舰艇。蒸汽轮机装置负责在80%全速以下航行所需的动力,以实现最佳的经济性和质量尺寸指标。
柴-燃联合动力装置
这种动力装置以柴油机作为巡航的基本动力,燃气轮机作为加速或高速航行时的动力。其中,柴油机+加速燃气轮机(CODOG或CODAG)的应用较为广泛。CODOG型柴-燃交替推进方式中,柴油机负责低速巡航,燃气轮机负责高速航行。柴油机和燃气轮机之间的切换通过自动同步离合器实现,从而简化了装置结构、控制和操作,提升了系统的可靠性。柴油机的功率按照巡航速度需求选择,突出了舰艇在巡航工况下的低油耗优势,增强了续航力;燃气轮机则按照全速航行状态选择,确保其接近额定工况运行,满足高速航行时的功率需求,同时也保持了较低的油耗,实现了经济效益。
燃-燃联合动力装置
这种动力装置根据巡航主机和加速主机的功率大小,可分为燃-燃交替使用动力装置(COGOG)和燃-燃联合使用动力装置(COGAG)。在COGOG中,加速机组的功率远大于巡航机组;在COGAG中,巡航燃气轮机的功率较大。在高速航行时联合使用,能够提高舰艇的最高航速。
特点
联合动力装置的特点包括:
1. 采用轻质燃气轮机装置提供大部分装置功率,显著降低了单位重量和绝对重量。
2. 采用低耗油率的巡航装置,增加了续航力或减少了燃油储备量。
3. 加速机组和巡航装置相互独立,提高了装置的可靠性,即使其中一个机组发生故障也不会完全破坏动力装置的功能。
4. 采用燃气轮机装置,提高了舰艇的机动性,启动迅速,巡航到全速工况的过程加快。
5. 燃气轮机装置的进、排气管道庞大,增加了机舱结构的复杂性和布局难度。
6. 由于采用两种不同类型的机组,使用的燃油不同,相应的燃油管路较为复杂;并且两个机组共用一个主减速器,导致减速器结构复杂。
发展现状
联合动力装置的发展趋势和研究问题包括:
1. 燃气轮机联合动力装置作为一种新型动力装置,相对于传统动力装置具有明显优势,已被各国海军广泛采用和大规模建造。
2. 随着燃气轮机技术的进步和发展,舰艇联合动力装置的形式也在不断演变和完善。目前,护卫舰普遍采用CODOG形式装置,驱逐舰则采用COGOG形式装置和COGAG形式装置。早期出现的COSAG形式装置和CODAG形式装置因常规部分占比过大,优越性受限,现已被淘汰,不再建造此类舰艇。
3. 除燃气轮机外,联合动力装置还必须配备一套复杂的推进传动系统,包括大功率高速齿轮、液力耦合器、各种离合器和同步离合器、弹性联轴器以及大功率调距桨等传动设备。这些传动设备的技术水平及其在推进传动系统中的配置合理性,将显著影响联合动力装置的性能。随着联合动力装置的发展,推进传动系统也逐渐简化和完善。
4. 燃气轮机的进、排气道和自动同步离合器是伴随着燃气轮机联合动力装置的出现而产生的特殊装置,在研发这种动力装置时必须进行研究和妥善处理。
参考资料
镵斿悎锷ㄥ姏瑁呯疆.国际船舶网.2024-11-04
为什么有的船需要联合动力装置,它的优点是什么?联合动力装置类型(COSOG等的含义).为什么有的船需要联合动力装置,它的优点是什么?联合动力装置类型(COSOG等的含义).2024-11-04
船舶联合动力装置的介绍.科易网.2024-11-04