第十一章澎湃动力
搞定了新巡洋舰的减阻外形,海伦娜的目光就开始转向了动力和防护部分。这个时代战舰最典型的动力系统无疑是亚罗式重油锅炉+帕森斯反动式蒸汽轮机的组合,具体形制因为生产厂商和国家的不同而有所不同,但基本上都是在同一套框架下的各种变体。
但是作为穿越者怎么能走寻常路?在海伦娜看来,这套组合虽然也是一代经典,但是用在寸土寸金的战舰上还是有不少问题的。先说锅炉,这一时期的亚罗式锅炉及其徒子徒孙的基本形制都是一个上锅筒和两个下锅筒呈三角布置,上下锅筒之间连上水管,整个锅炉的截面上小下大,看起来像个窝窝头。虽然亚罗式锅炉结构坚固,重量分配均匀,但是随着倾斜装甲的使用,战舰核心舱的截面实际上接近一个上大下小的梯形,这就和亚罗式锅炉上下下大的的外形产生了冲突,不利于最大限度地利用核心舱的宝贵空间,而且亚罗式锅炉的效率也不是很高(因为水被加热的距离太短)。
再说帕森斯反动式蒸汽轮机,说到反动式蒸汽轮机,就不得不提到冲动式和反动式蒸汽轮机的区别,打开蒸汽轮机的汽缸,就能看到气缸体和转子上布满了一圈一圈的叶片,蒸汽轮机工作时,缸体上的叶片不转动,是为静叶栅;转子上的叶片受到高温蒸汽的作用力推动转子转动,是为动叶栅。一组静叶栅和与之对应的一组动叶栅就构成了蒸汽轮机的一级。反动式汽轮机的蒸汽在定叶栅和动叶栅中都进行绝热膨胀,而冲动式汽轮机的蒸汽只在静叶栅中绝热膨胀,在动叶栅栅中只有流向的变化而不绝热膨胀。
冲动式和反动式蒸汽轮机的优劣,一言以蔽之,冲动式级数少,重量轻,长度短,体积小,但效率稍低;反动式效率稍高,但级数多,重量重,长度长,体积大。各位读者乍一听,直觉上应该会觉得,冲动式蒸汽轮机,更适合空间有限的舰船,但在实际的历史中,首先在战舰上大放异彩的却是帕森斯的反动式蒸汽轮机。究其原因,乃是因为冲动式级数少并非没有代价,级数少了,单级焓降就大了;单级焓降大了,叶片受力也就大了。这一点在小功率汽轮机上还问题不大,但在大功率的汽轮机上,叶片受力大就可能引发振动问题,振动频发导致早期的大功率冲动式蒸汽轮机的可靠性不如反动式,结果各国海军大多选择了相对可靠的帕森斯反动式汽轮机。
早期冲动式蒸汽轮机在反动式汽轮机面前碰了一鼻子灰,搞冲动机的柯蒂斯公司还因此破产了,此时的帕森斯反动机大有一统天下的势头!但是,是金子总是会发光的!一方面,随着技术的进步,蒸汽压力越来越大,温度越来越高,由于反动式蒸汽轮机的单级焓降小,长度和体积变得越来越难以接受;另一方面冲动机通过增加拉筋,改善流道等措施克服了振动问题,最终成了舰用蒸汽轮机的主流配置。至此,冲动机这个受气包终于逆袭了反动机大魔王,用自己实力证明了:“反动”势力终究是会被历史的车轮碾碎的(反动式蒸汽轮机泪流满面:今天才知道起一个好名字是多么重要。)!
由于传统的亚罗式锅炉和帕森斯反动式蒸汽轮机存在种种难以克服的缺陷,在选定新舰动力系统时,海伦娜提出了采用带内置过热器的常压圆形炉膛水管锅炉+串联/并联冲动式蒸汽轮机的组合。海伦娜之所以选择圆形炉膛锅炉,最主要看中的是其三大优势,其一是圆膛锅炉体积小,重量轻(后世苏联和中国的舰用锅炉就主要采用圆形炉膛锅炉,在双方都不带增压的情况下,虽然苏联和中国舰用锅炉的其他参数一直没赶上美帝,但单位蒸汽量所需要的重量和体积一直都可以对美帝投去王之蔑视的。);其二是圆膛锅炉方便调整锅筒和集箱的位置,让传动轴可以很方便地成锅炉下方穿过,对于轮机和锅炉交错布置非常有利。其三是圆膛锅炉因为炉膛接近圆筒形,所以对垂直装甲倾斜布置非常友好。海伦娜知道圆形炉膛锅炉也有缺点,那就是维护起来更麻烦一些,不过这对依托本土基地活动的德国海军来说完全不是问题(后世美国在舰用锅炉上坚持“D”膛、常压、自然循环并不是不知道圆膛、增压,强制循环的好处,很大程度上是因为需要全球部署,海外基地可没有本土那么好的维护条件)。
在汽轮机组上,海伦娜除了采用了冲动式蒸汽轮机外,还采用了串联/并联的形式,简单的说就是高功率时,蒸汽分别通过高压汽轮机和中压汽轮机(其实相当于两具高压汽轮机并联运行),然后再共同对低压汽轮机做工;低功率时蒸汽依次通过高压、中压、低压汽轮机(串联运行)。这套汽轮机组不仅结构紧凑,既兼顾了低速时的经济性,又不存在高速空转的情况,更不需要为了省油而设置专门的巡航汽轮机组。
对于海伦娜如此激进的动力方案,很多设计人员抱有疑虑,认为采用传统技术更加稳妥,但依然有一批青年设计师对新型动力表示支持。
不过海军最终还是选择了海伦娜的方案,对于这一点,海伦娜表示完全在意料之中。一方面是因为新舰本来就带有试验性质,试验更多的新技术本来就是应有之义;另一方面是因为在海伦娜的记忆中,上一个位面中的魏玛共和国《》情节跌宕起伏、扣人心弦,是一本情节与文笔俱佳的玄幻魔法小说,烟云小说提供和全文阅读。
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但是作为穿越者怎么能走寻常路?在海伦娜看来,这套组合虽然也是一代经典,但是用在寸土寸金的战舰上还是有不少问题的。先说锅炉,这一时期的亚罗式锅炉及其徒子徒孙的基本形制都是一个上锅筒和两个下锅筒呈三角布置,上下锅筒之间连上水管,整个锅炉的截面上小下大,看起来像个窝窝头。虽然亚罗式锅炉结构坚固,重量分配均匀,但是随着倾斜装甲的使用,战舰核心舱的截面实际上接近一个上大下小的梯形,这就和亚罗式锅炉上下下大的的外形产生了冲突,不利于最大限度地利用核心舱的宝贵空间,而且亚罗式锅炉的效率也不是很高(因为水被加热的距离太短)。
再说帕森斯反动式蒸汽轮机,说到反动式蒸汽轮机,就不得不提到冲动式和反动式蒸汽轮机的区别,打开蒸汽轮机的汽缸,就能看到气缸体和转子上布满了一圈一圈的叶片,蒸汽轮机工作时,缸体上的叶片不转动,是为静叶栅;转子上的叶片受到高温蒸汽的作用力推动转子转动,是为动叶栅。一组静叶栅和与之对应的一组动叶栅就构成了蒸汽轮机的一级。反动式汽轮机的蒸汽在定叶栅和动叶栅中都进行绝热膨胀,而冲动式汽轮机的蒸汽只在静叶栅中绝热膨胀,在动叶栅栅中只有流向的变化而不绝热膨胀。
冲动式和反动式蒸汽轮机的优劣,一言以蔽之,冲动式级数少,重量轻,长度短,体积小,但效率稍低;反动式效率稍高,但级数多,重量重,长度长,体积大。各位读者乍一听,直觉上应该会觉得,冲动式蒸汽轮机,更适合空间有限的舰船,但在实际的历史中,首先在战舰上大放异彩的却是帕森斯的反动式蒸汽轮机。究其原因,乃是因为冲动式级数少并非没有代价,级数少了,单级焓降就大了;单级焓降大了,叶片受力也就大了。这一点在小功率汽轮机上还问题不大,但在大功率的汽轮机上,叶片受力大就可能引发振动问题,振动频发导致早期的大功率冲动式蒸汽轮机的可靠性不如反动式,结果各国海军大多选择了相对可靠的帕森斯反动式汽轮机。
早期冲动式蒸汽轮机在反动式汽轮机面前碰了一鼻子灰,搞冲动机的柯蒂斯公司还因此破产了,此时的帕森斯反动机大有一统天下的势头!但是,是金子总是会发光的!一方面,随着技术的进步,蒸汽压力越来越大,温度越来越高,由于反动式蒸汽轮机的单级焓降小,长度和体积变得越来越难以接受;另一方面冲动机通过增加拉筋,改善流道等措施克服了振动问题,最终成了舰用蒸汽轮机的主流配置。至此,冲动机这个受气包终于逆袭了反动机大魔王,用自己实力证明了:“反动”势力终究是会被历史的车轮碾碎的(反动式蒸汽轮机泪流满面:今天才知道起一个好名字是多么重要。)!
由于传统的亚罗式锅炉和帕森斯反动式蒸汽轮机存在种种难以克服的缺陷,在选定新舰动力系统时,海伦娜提出了采用带内置过热器的常压圆形炉膛水管锅炉+串联/并联冲动式蒸汽轮机的组合。海伦娜之所以选择圆形炉膛锅炉,最主要看中的是其三大优势,其一是圆膛锅炉体积小,重量轻(后世苏联和中国的舰用锅炉就主要采用圆形炉膛锅炉,在双方都不带增压的情况下,虽然苏联和中国舰用锅炉的其他参数一直没赶上美帝,但单位蒸汽量所需要的重量和体积一直都可以对美帝投去王之蔑视的。);其二是圆膛锅炉方便调整锅筒和集箱的位置,让传动轴可以很方便地成锅炉下方穿过,对于轮机和锅炉交错布置非常有利。其三是圆膛锅炉因为炉膛接近圆筒形,所以对垂直装甲倾斜布置非常友好。海伦娜知道圆形炉膛锅炉也有缺点,那就是维护起来更麻烦一些,不过这对依托本土基地活动的德国海军来说完全不是问题(后世美国在舰用锅炉上坚持“D”膛、常压、自然循环并不是不知道圆膛、增压,强制循环的好处,很大程度上是因为需要全球部署,海外基地可没有本土那么好的维护条件)。
在汽轮机组上,海伦娜除了采用了冲动式蒸汽轮机外,还采用了串联/并联的形式,简单的说就是高功率时,蒸汽分别通过高压汽轮机和中压汽轮机(其实相当于两具高压汽轮机并联运行),然后再共同对低压汽轮机做工;低功率时蒸汽依次通过高压、中压、低压汽轮机(串联运行)。这套汽轮机组不仅结构紧凑,既兼顾了低速时的经济性,又不存在高速空转的情况,更不需要为了省油而设置专门的巡航汽轮机组。
对于海伦娜如此激进的动力方案,很多设计人员抱有疑虑,认为采用传统技术更加稳妥,但依然有一批青年设计师对新型动力表示支持。
不过海军最终还是选择了海伦娜的方案,对于这一点,海伦娜表示完全在意料之中。一方面是因为新舰本来就带有试验性质,试验更多的新技术本来就是应有之义;另一方面是因为在海伦娜的记忆中,上一个位面中的魏玛共和国《》情节跌宕起伏、扣人心弦,是一本情节与文笔俱佳的玄幻魔法小说,烟云小说提供和全文阅读。
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