一座紐約城,半部美國造船史(10)_風聞
西西河五藤高庆-西西河论坛驻观网首席转帖人2021-12-22 13:42
當時蒸汽輪機用在軍艦上有三大問題,一個是上面提到的需要同時優化高低速性能,這個問題的解決是靠加裝一個小型汽輪機專門跑低速,被稱為巡航汽輪機,增加了系統複雜度。下圖顯示的是當時四軸驅動的戰列艦典型動力配置,可以看出有多麼複雜:Turbine就是汽輪機,汽輪機分高低壓,H.P.是高壓L.P.是低壓,鍋爐來的高壓蒸汽首先進到高壓汽輪機做功,出來後變成低壓蒸汽,再進低壓汽輪機做功一次,Ahead和Astern分別指的是前進的(術語正車)和後退的(術語倒車,這個設備其實更常用來減速),Cruising就是巡航。圖上可見四類汽輪機各兩個,高壓正車、高壓倒車、低壓正/倒車、和巡航。八個汽輪機驅動四個傳動軸,另外圖上沒有任何變速設備,汽輪機經過傳動軸直接驅動螺旋槳。這還不算最複雜,為了進一步提高效率省燃料,後來有的戰艦上出現了中壓正車倒車汽輪機。

汽輪機直接驅動螺旋槳帶來了第二個問題:蒸汽輪機的最佳工作狀態是每分鐘上千轉的轉速,而輪船螺旋槳最佳轉速只有每分鐘一兩百轉,再快會出現氣泡嚴重影響推進效率,並對漿尖造成腐蝕。把蒸汽輪機放大後可以把轉速降下來,但是放大汽輪機又會顯著增加系統的重量和體積。不過這個問題看起來不算難,只要加個減速器,就能保證蒸汽輪機高速運轉的時候螺旋槳仍在低速轉動。英美德三國都做了這方面的研究,各村有各村的高招,但一戰前後最重視這個問題的仍是美國,英德兩國對於航速的重視高於航程,而汽輪機不經減速器直接帶動螺旋槳恰恰最適合飆高速。
第三個問題是機械傳動還有個缺點是減速時要極為小心,因為蒸汽輪機都靠嬌貴的葉片驅動,正車高速運轉時,如果突然需要減速,倒車汽輪機必須緩緩的把壓力加上來,否則會損傷葉片。相比之下如果採用電驅動,減速可以迅捷得多。對軍艦來説,躲魚雷時減速性能的好壞是個生死攸關的大問題。
英國帕森斯和美國西屋電氣合作,採用最傳統的辦法 -- 齒輪減速,可是當時齒輪只能傳動一兩千馬力的功率,而戰列艦一根驅動軸的功率已經有近萬馬力,這就成了難點。但因為巡航狀態只需要低功率,齒輪傳動在這裏有了用武之地,亞利桑那號就加裝了齒輪減速的巡航汽輪機。
德國人Föttinger發明了液力傳動,試圖裝在Ersatz Yorck級戰列巡洋艦上面,最後因為德國戰敗無果而終,但至今不少機械仍在採用這個技術。
這時大佬GE出來宣稱,電力傳動才是最最理想的傳動技術,不管是要實現大功率減速,還是兼顧高低速性能,還是倒車,在電力傳動那裏都不是問題,改變一下電流電壓就輕鬆搞定了。大家經常聽到現在軍艦最先進的技術是電力推進或者簡稱電推,老祖宗其實在這裏呢,那可是一百年以前啊……