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國產001A航母黑科技一 大功率中壓直流船艦電網

作者:由 遊刃 發表于 體育時間:2017-05-07

看了知乎的一些答案,主要還是從戰略意義上歌頌。應該!從0到1怎麼鼓舞都不為過。

也有人說沒到10萬噸 ,沒有核動力,沒有電磁彈射 。國家航母世代規劃 需要過程 和時間,需要耐心。

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我想從船艦動力系統和推進方面, 說下我觀察到的001A航母 一個非常令人高興的發現。

對船艦動力系統瞭解的人 應該知道,現代船艦基本 是 全電氣化推進。從燃油 到最終電力推動的中間環節由電力系統支撐。結構圖如下[1]

使用者上傳的圖片

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【下2張圖實在找不到清晰的,大家將就看吧】

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各部分的具體功能比較明確。而電力系統的制式選擇早期幾乎全部採用交流(特斯拉派)。

21世紀來,隨著高壓直流輸電(愛迪生派)興起, (可簡單理解其原因為:無阻抗使得穩定性便於分析解決,易於多端匯接,而且損耗小, ) 不僅在陸地電網中開始廣泛研究並開展HVDC(高壓直流工程),近年在船艦電力系統技術中也掀起了一股研究和創新熱潮。按照一些具體標誌,分為一代(典型中壓交流)和二代電力系統 (基本是成熟的直流船艦系統)。

例:1 商業巨頭中ABB於2011年研製[2]出直流擺渡船樣機,西門子也推出BlueDrive船舶直流電網[3] 。美國製造業巨頭通用電氣現在也在加速開發船艦中壓直流電網的相關專案(去年某學術年會通用電氣工程師介紹)。 但上述公司產品都偏小功率產品, 功能偏簡單

2 美國海軍2013年釋出了 電力系統技術發展藍圖[4],對2013-2042年的艦船電力系統進行了需求分析和發展建議。明確提出了MVDC(中壓直流)發展需求,當然老美還在高頻交流電網方面擬展開工作。

學術界關於MVDC的相關問題研究現狀正在熱度期, 包括MVDC的DC/DC變換,直流斷路器,和多端直流網的穩定性分析等。

這項革命帶來的好處包括(但不限於) :較大節省電力系統的體積(根據ABB的報告,幅度能到20%), 提高調速效能,改善了系統穩定性,節省燃油量。

細節分析如下(不想看可略過)

1 消除了原動機轉速和母線頻率之間的相互影響。原動機可以和發電機直接連線.無需使用減速齒輪或增速齒輪.發電機的轉速可以大大突破,提高

2 無工頻變壓器, 換用高頻變壓器用於功率變換

3沒有電流的集膚效應,也不用傳輸無功功率.因而減輕了電纜的重址;

4 對原動機的調速效能要求低,調速效能、容址、頻率差異大的不同型別發電機組可以並聯穩定執行。

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說到這大家,可能都猜到了。。 沒錯,001A 航母採用的應是世界首艘中壓直流航空母艦。

今年兩會“中國電磁彈射之父”的馬偉明院士: “另外談到中國的綜合電力,我們全電(推進系統)是處於世界領先的位置。我們(技術)是中壓直流,一步到位。美國目前是中壓交流,還處於第一代水平,差我們一代。(他們目前)才開始做預研中壓直流,要趕上我們是十幾年以後的事情。(一項技術)領先不領先,先進不先進不是自己說的,需要世界同行評價,標準是客觀存在的。”

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下面我介紹下原因和 相關技術細節。

回到我國船艦電力系統方面,我國艦船原動機效能落後國外,尤其是大檔燃氣輪機可選機型少、調速效能落後於國外。如 果跟蹤模仿發達國家中壓交流綜合電力技術路線, 將使得不同型別原動機帶動的發電機組因功率等級和調速效能差異大而難以並聯穩定執行,嚴重製約了我國綜合電力系統的發展。

為此, 海軍 工 程 大 學 艦 船 綜 合 電 力 技 術 重 點 實 驗 室 於2003 年在世界上首先提出中壓直流綜合電力技術路線, 採用二代綜合電力系統的網路結構, 為一代綜合電力系統分系統裝置供電, 構成一代半艦船綜合電力系統。

具體技術描述如下,引用自 [1]

使用者上傳的圖片

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補充下,1 發電模組的動力來源, 大家都清楚,一般主機形式分作柴油機、燃氣渦輪機、蒸汽輪機和核反應爐 等。因為不屬於電力系統不分,沒做細究。 不過最近有訊息是小型(可供船艦)用核反應堆

玲龍一號

已經攻克了關鍵難題。

2 船艦綜合電力系統只是航母 眾多技術組成的一部分,我不便評價其地位的輕重, 但想突破也是難度極大。經過十多年磨礪能在發動機研製能力不足的情況下跳步走進,直流電艦。實在居功至偉。

結束語:

1 黑科技誰都想有, 可是你沒有就是沒有,花錢買不來,想要獲得毫無疑問是個極為艱難的過程。

感謝以馬院士為首的軍口科研派, 立足現實,不卑不亢,意志堅定,穩步前行。 在這個浮華時代難能可貴,國之所幸。(之前有幸結識過馬院士在我係招的一個博士,印象深刻。)

2 當然航母的很多技術描述毫無報道(這當然是必須保密的),但基於海軍工 的研究成果能基本瞭解其中的一些科技圖景。

以上的 分析如有不充分,還望多批評指正

Refernece:

[1] 付立軍, 劉魯鋒, 王剛, 等。 我國艦船中壓直流綜合電力系統研究進展[J]。 中國艦船研究, 2016, 11(1): 72-79。

[2] 祁斌。 ABB 創新船用直流電網[J]。 中國船檢, 2013 (7): 75-78。

[3] Briant L。 Demand for greener, more efficient propulsion systems: a look at the Siemens Blue Drive Plus C system[J]。 Marine log (New York, NY), 2012, 117(3)。

[4] Kuseian J。 Naval power systems technology development roadmap[J]。 United States Navy, PMS320, Electric Ships Office, 2013。