Resumen: El motor utilizado para la propulsión de los barcos se denomina motor de propulsión principal (también conocido como "motor principal"), que desempeña un papel decisivo en el rendimiento de toda la planta de energía marina. Los tipos de plantas de energía marina generalmente se dividen según los diferentes motores principales. Los motores principales de los barcos modernos incluyen principalmente motores diésel, turbinas de vapor, turbinas de gas y plantas de energía nuclear. En la actualidad, la mayoría de los barcos civiles y algunos barcos militares medianos y pequeños utilizan motores diésel; los barcos grandes y medianos utilizan principalmente turbinas de vapor o turbinas de gas; las plantas de energía combinadas pueden satisfacer las necesidades de los barcos de superficie en diferentes condiciones de navegación; las plantas de energía nuclear pueden mejorar significativamente la resistencia y la autosuficiencia de los barcos, pero necesitan utilizar dispositivos de blindaje, son pesadas y tienen estructuras complejas. Son adecuadas para grandes portaaviones, submarinos grandes y medianos, rompehielos y algunos grandes barcos civiles. Los submarinos medianos y pequeños pueden utilizar motores diésel para impulsar generadores para generar electricidad e impulsar los submarinos hacia adelante mediante propulsión eléctrica. Al estudiar las plantas de energía marina, es útil comprender rápidamente sus tipos, estructuras, características técnicas, métodos de uso y gestión, mejorando así sus efectos de aplicación reales durante la navegación de los barcos y mejorando el rendimiento energético general de los barcos.
Palabras clave: motor diésel; turbina de gas; turbina de vapor; unidad de potencia combinada; energía nuclear; portaaviones; propulsión eléctrica

A principios del siglo XIX, las máquinas de vapor se utilizaron con éxito en el barco fluvial “Clermont” como principal fuerza de propulsión de todo el barco, lo que marcó la formación del concepto de “unidad de potencia” para los barcos. El significado original de unidad de potencia se refiere a un conjunto de maquinaria, equipos y sistemas que reemplazan la fuerza humana o la energía eólica para proporcionar potencia de propulsión a varios barcos. A lo largo de los años, con el continuo desarrollo y optimización de la tecnología de los barcos, el rendimiento de las unidades de potencia relacionadas también se ha mejorado gradualmente.

1 Descripción general de las unidades de energía marina
En las unidades de energía marina, el motor que proporciona la fuente de energía para que los barcos naveguen se llama motor de propulsión principal, también conocido como el motor principal del barco. El motor principal convierte la energía térmica de varias fuentes en trabajo mecánico, proporcionando así la energía necesaria para la navegación de varios barcos. Las unidades de energía se dividen en varias categorías según tipos específicos, incluyendo principalmente motores diésel, turbinas de vapor, turbinas de gas, unidades de energía combinadas y unidades de energía nuclear.

El motor principal del barco debe esforzarse por ser seguro y confiable, tener suficiente vitalidad, ser fácil de usar, flexible, liviano, de tamaño pequeño, de bajo costo, de bajo consumo de combustible, de fácil mantenimiento y de larga vida útil, tener la capacidad de dar marcha atrás y poder funcionar de manera estable a baja velocidad o velocidad de crucero, de modo de garantizar que se maximicen los diversos rendimientos del barco. La importancia relativa de estas características varía con las diferentes tareas del barco, y la confiabilidad es la más importante.

Como se mencionó anteriormente, el motor principal del barco es el equipo central de la planta de energía. La selección del tipo de motor principal determina la composición estructural y las características de rendimiento de toda la planta de energía marina en general. Por lo tanto, la clasificación de las plantas de energía marina se basa principalmente en el tipo de motor principal. El estado de funcionamiento del motor principal afecta directamente la navegación normal y la seguridad de todo el barco, y se debe prestar especial atención al seleccionarlo, diseñarlo y fabricarlo.

2 Características técnicas y descripción general del desarrollo de los motores diésel marinos

2.1 Descripción general de los motores diésel marinos

Los motores diésel son un tipo común de motor de combustión interna. Dado que no necesitan estar equipados con otros equipos como calderas, se reduce la redundancia del sistema. Actualmente se utilizan ampliamente en varios tipos de barcos. Sin embargo, debido al movimiento alternativo de los motores diésel, el desgaste, la vibración y el ruido son relativamente grandes. En particular, el aumento de la potencia del motor diésel está limitado por el equipo de procesamiento, la tecnología, los materiales, el volumen y el peso, por lo que es difícil aumentar aún más la potencia de un solo motor.

Entre los motores diésel, los de baja velocidad tienen el menor consumo de combustible y pueden quemar diésel pesado de baja calidad, por lo que el coste del combustible es bajo. Debido a la baja velocidad y al pequeño desgaste de los motores diésel de baja velocidad, la vida útil es larga y el coste de mantenimiento es bajo. Sin embargo, el peso y el tamaño de los motores diésel de baja velocidad son grandes y ocupan más espacio en la cabina y desplazamiento, lo que constituye su desventaja. Este tipo de motor se utiliza principalmente como motor principal de grandes buques.

Los motores diésel de alta velocidad son livianos y de tamaño pequeño, y ocupan menos espacio en la cabina y desplazamiento. Sin embargo, los motores diésel de alta velocidad tienen una alta tasa de consumo de combustible y necesitan utilizar diésel ligero de alta calidad, por lo que el costo del combustible es relativamente más alto. Al mismo tiempo, debido a la alta velocidad de los motores diésel de alta velocidad, la máquina se desgasta más, la vida útil es corta, el costo de mantenimiento es alto y el ruido también es alto. Este tipo de motor se utiliza principalmente como motor principal de barcos pequeños o como motor auxiliar de barcos grandes y medianos. El rendimiento de los motores diésel de velocidad media se encuentra entre los dos anteriores y generalmente se utilizan en barcos de tamaño mediano. Sin embargo, en los últimos años, como los motores diésel de velocidad media también pueden quemar petróleo pesado y la tasa de consumo de combustible es cercana a la de los motores diésel de baja velocidad, con el desarrollo de la tecnología de caja de cambios reductora, algunos motores diésel de alta potencia y velocidad media también se han utilizado en barcos grandes.

2.2 Principales características técnicas de los motores diésel marinos

En general, las ventajas técnicas de los motores diésel se encuentran principalmente en los siguientes aspectos.

1) Buena economía. Los motores diésel tienen una alta economía en una amplia gama de condiciones de funcionamiento. Al mismo tiempo, los motores diésel de baja velocidad también pueden quemar petróleo pesado, lo que reduce significativamente los costos de combustible. La tasa de consumo de combustible del motor principal del barco es un factor importante para determinar la eficiencia económica de las operaciones del barco. En la situación energética actual, la alta economía de los motores diésel garantiza sus buenas perspectivas de aplicación.

2) Amplio rango de potencia. La cobertura de potencia y velocidad de los motores diésel marinos es amplia, y se pueden proporcionar muchos modelos para varios tipos de barcos entre los que elegir. Los motores diésel de baja velocidad son los modelos más potentes entre los motores diésel. Su desarrollo tecnológico es representativo. Su eficiencia económica, confiabilidad y maniobrabilidad han mejorado significativamente en los últimos años.

3) Buena maniobrabilidad. El motor diésel arranca rápidamente, es fácil de operar y tiene una marcha atrás sensible. El trabajo previo al arranque se puede completar en unos 10 minutos. El tiempo de transición desde el arranque en frío hasta el funcionamiento a plena carga del motor principal no suele ser más de 10 minutos, y no más de 3 a 4 minutos en caso de emergencia. La marcha atrás del motor principal generalmente se puede completar en unos pocos segundos. La maniobrabilidad del motor principal es un indicador de rendimiento técnico importante, que es especialmente importante para los buques de superficie. Afectará directamente a la capacidad de respuesta integral y al rendimiento técnico de todo el barco. En la era actual, las armas de alto rendimiento representadas por misiles se han desarrollado por completo y representan una gran amenaza para los buques de superficie. Por lo tanto, acortar el tiempo de preparación, participar rápidamente en el combate y salir de la zona de peligro a tiempo son de gran importancia para los buques de superficie.

4) Bajo consumo de aire, pequeño espacio ocupado por los conductos de entrada y escape, más fácil de organizar y mejor capacidad de trabajo independiente y resistencia al impacto.

5) Los motores diésel de baja velocidad pueden accionar directamente las hélices y, al adoptar una velocidad menor, se puede evitar la cavitación de la hélice, mejorando así la eficiencia de propulsión de la hélice. Esta característica no solo mejora la eficiencia general de conversión de energía, sino que también no requiere un dispositivo reductor, simplifica el equipo de transmisión y ahorra inversión en construcción y costos de mantenimiento durante la construcción naval.

6) Gran adaptabilidad ambiental. Los motores diésel pueden seguir funcionando bajo la influencia de contrapresión alta y gran vacío que fluctúan continuamente, y la atenuación de potencia no es significativa. Además, los motores diésel también pueden convertirse en unidades de bajo magnetismo para satisfacer los requisitos especiales de los buques de superficie, como los dragaminas.

7) Los motores diésel medianos y pequeños son livianos, ocupan menos espacio y tienen menos equipos auxiliares. Uno de los principales requisitos técnicos para las unidades de potencia marinas es el peso ligero para reducir el desplazamiento ocupado por la unidad de potencia, lo que puede aumentar la carga neta del barco o mejorar la velocidad y la resistencia del barco. Para los barcos medianos y pequeños, el espacio de la sala de máquinas es relativamente estrecho. Además de requerir que la unidad de potencia sea liviana, también se requiere particularmente que sea compacta en tamaño y pequeño en volumen. El peso y el volumen de la propia unidad de potencia dependen en gran medida del motor principal y su equipo auxiliar requerido. Con el desarrollo de la tecnología de alta presión, la potencia del motor diésel se ha mejorado significativamente mientras que el peso y el tamaño del motor diésel no han cambiado mucho, y el peso unitario del motor diésel sobrealimentado se ha reducido aún más. El motor diésel no necesita estar equipado con grandes equipos auxiliares, y el equipo auxiliar requerido también es menor. Las ventajas de los motores diésel de velocidad media y alta a este respecto son particularmente destacadas. Esta es también una razón importante por la que los barcos medianos y pequeños generalmente utilizan motores diésel.

En la actualidad, las desventajas técnicas de los motores diésel se encuentran principalmente en los siguientes aspectos.

1) La potencia individual de los motores diésel de velocidad media y alta es relativamente pequeña.

2) Aunque la potencia de los motores diésel de baja velocidad es relativamente grande, a medida que aumenta la potencia de toda la máquina, el volumen y el peso de este tipo de unidad aumentarán rápidamente en una determinada proporción. Por lo tanto, habrá ciertas dificultades en el diseño y la fabricación de motores diésel de baja velocidad con mayor potencia y, en consecuencia, se plantean mayores requisitos para el procesamiento, el ensamblaje y el transporte de piezas. En el proceso de reducción de las cargas mecánicas y térmicas de los materiales de la unidad, también se encontrarán ciertas dificultades. La gran altura de la unidad también limita su aplicación en grandes buques de superficie, como los portaaviones.

3) A diferencia de las máquinas rotativas, como las turbinas de vapor y las turbinas de gas, los pistones y otras partes de los motores diésel continúan moviéndose alternativamente en lugar de simplemente girar, por lo que se generarán fuerzas de perturbación periódicas. Por lo tanto, el motor diésel no solo tiene una gran vibración y ruido, sino que también tiene una fricción y desgaste graves de las piezas, y tiene un fuerte ruido de vibración de espectro de línea de baja frecuencia, lo que es muy desfavorable para el sigilo y la anti-sigilo de los buques de superficie.

4) La velocidad mínima estable del motor diésel es alta, lo que da como resultado un área de trabajo estable relativamente pequeña de la unidad.

2.3 Panorama del desarrollo técnico de los motores diésel marinos

Como se describe en el apartado 2.2 de este artículo, las ventajas importantes de los motores diésel son la alta eficiencia térmica, el bajo índice de consumo de combustible, la buena economía general, el amplio rango de potencia, la amplia aplicabilidad, la menor cantidad de equipos auxiliares y el peso total ligero. Los principales defectos de los motores diésel son el ruido, la vibración y las grandes pérdidas por fricción. Los grandes buques civiles utilizan principalmente motores diésel de baja velocidad como motores principales. Este tipo de motor tiene una alta fiabilidad, bajos costes de mantenimiento y puede impulsar directamente las hélices. Los buques militares medianos y pequeños utilizan principalmente motores diésel de velocidad media y alta como motores principales para reducir el tamaño y el peso de la unidad.

En los últimos años, con el aumento del tonelaje de los buques, con el fin de aumentar la potencia de los motores diésel, se están desarrollando motores diésel de baja velocidad en la dirección de aumentar el diámetro del cilindro y aumentar la sobrealimentación, lo que puede satisfacer los requisitos de propulsión de buques de alta potencia y puede impulsar hélices a través de dispositivos de reducción de velocidad. Especialmente en varios tipos de buques de interior, los motores diésel tienen una ventaja absoluta y casi se han convertido en el único tipo de potencia.

En los últimos años, el ahorro de energía se ha convertido en un tema de investigación importante en el país y en el extranjero. En la actualidad, se están realizando trabajos de investigación relevantes para lograr un mayor nivel de eficiencia térmica de los motores diésel marinos. Además de mejorar el sistema de combustión, el sistema de inyección y el sistema de sobrealimentación, y reducir la pérdida por fricción y la pérdida por fuga de aire, también se están realizando investigaciones para reducir la pérdida de refrigeración, como aprovechar al máximo la energía de los gases de escape e instalar una turbina de potencia después del turbocompresor de gases de escape para aprovechar al máximo la energía de los gases de escape. En la actualidad, todavía queda mucho trabajo de investigación y desarrollo por realizar en los motores diésel marinos.

En los últimos años, la tecnología de los motores diésel marinos se ha desarrollado rápidamente, lo que se refleja principalmente en los siguientes aspectos.

1) Los motores diésel de alta potencia generalmente utilizan tecnología de alta sobrealimentación y mejoran gradualmente el rendimiento de las unidades en bajas condiciones de trabajo.

2) Adoptar tecnología de fabricación y diseño modular de alta confiabilidad.

3) Los motores diésel de velocidad media y baja utilizan tecnologías relacionadas para quemar completamente el petróleo pesado.

4) Adoptar tecnología de control electrónico “inteligente” y tecnología de sistema de combustible de riel común de alta presión, así como tecnologías de bajas emisiones y otras tecnologías relacionadas.

En el pasado, durante un largo período de tiempo, los barcos civiles de diversos propósitos generalmente usaban motores diésel como unidades de potencia, mientras que los barcos grandes usaban principalmente turbinas de vapor. En los últimos años, con la mejora de la tecnología de combustión de aceite pesado de los motores diésel, la potencia de los motores diésel de baja velocidad ha mejorado significativamente. Incluso en los barcos grandes, los motores diésel tienen una tendencia a reemplazar gradualmente a las turbinas de vapor. En los barcos de navegación interior, debido a las limitaciones de las condiciones objetivas, como la profundidad del canal y el tonelaje del barco, la mayoría de los barcos de navegación interior usan motores diésel de velocidad media y alta como motores principales.

3 Características técnicas y descripción general del desarrollo de las turbinas de vapor marinas

3.1 Descripción general de las turbinas de vapor marinas

Las turbinas de vapor son un tipo de maquinaria de turbina térmica que utiliza la expansión del vapor para convertir la energía térmica en energía mecánica. Entre ellas, las calderas, los cuerpos de las turbinas de vapor, los condensadores y las bombas de alimentación son equipos relativamente importantes.

Al igual que las máquinas de vapor, las turbinas de vapor son dispositivos de potencia que convierten la energía térmica del vapor en trabajo mecánico. La diferencia entre ambas es que en las turbinas de vapor, la energía térmica del vapor se convierte en energía cinética del vapor, y esta parte de la energía cinética se convierte luego en trabajo mecánico y se transmite al eje de la turbina. En términos de su proceso de funcionamiento, el vapor a alta presión de la caldera ingresa a la boquilla fija y el vapor se expande en la boquilla. Al expandirse, la presión del vapor disminuye y el caudal del vapor aumenta en consecuencia. El flujo de vapor a alta velocidad impacta las palas instaladas en el rodete, lo que hace que este gire.

3.2 Principales características técnicas de las turbinas de vapor marinas

En términos generales, las turbinas de vapor tienen las siguientes ventajas técnicas:

1) Como motor térmico con la mayor potencia unitaria, puede satisfacer eficazmente los requisitos de potencia de los grandes buques de superficie.

2) Tiene alta confiabilidad y larga vida útil, y su vida útil efectiva puede alcanzar más de 100,000 horas, y el proceso de operación, mantenimiento y mantenimiento es relativamente simple.

3) La unidad tiene baja vibración, fricción y ruido, lo que puede proporcionar un ambiente más silencioso y cómodo para el personal del barco.

4) Tiene una fuerte adaptabilidad al combustible y puede utilizar combustible inferior, lo que mejora correspondientemente el rendimiento económico.

Pero al mismo tiempo, las turbinas de vapor también tienen las siguientes desventajas.

1) El proceso de conversión de energía es complejo y económico. En el proceso de transferencia de energía, la energía térmica se pierde en calderas, tuberías, válvulas, bombas y otros equipos, especialmente en el condensador, por lo que la eficiencia térmica de la unidad es relativamente baja. En el caso de las turbinas de vapor que utilizan ciclos simples, su economía es pobre, no tan buena como la de los motores diésel o las turbinas de gas. La razón principal es que la temperatura inicial del fluido de trabajo es baja y el agua de refrigeración del condensador absorberá una gran cantidad de energía térmica, por lo que la eficiencia del ciclo es menor que la de los otros dos tipos de motores principales.

2) La composición del sistema es compleja. La turbina de vapor utiliza vapor como fluido de trabajo y debe estar equipada con calderas, condensadores, bombas y otros dispositivos auxiliares, o equipada con reactores nucleares y sistemas relacionados para obtener vapor de alta temperatura. Por lo tanto, el índice de peso de la turbina de vapor es mayor que el de los motores diésel de velocidad media, los motores diésel de alta velocidad y las turbinas de gas. Y, afectada por el proceso de preparación del vapor, la maniobrabilidad de la turbina de vapor tampoco es tan buena como la de las unidades anteriores.

3) Debido a la alta velocidad, la turbina de vapor necesita estar equipada con un dispositivo de reducción, lo que aumenta aún más el peso de la unidad, hace que la composición del sistema sea más complicada, aumenta los costos de diseño y fabricación y reduce la confiabilidad del sistema.

3.3 Panorama del desarrollo técnico de las turbinas de vapor marinas

Las turbinas de vapor, al girar, funcionan de manera suave, tienen poca vibración y ruido, producen menos fricción y desgaste y tienen una larga vida útil, lo que las hace especialmente adecuadas para los barcos de pasajeros. Las turbinas de vapor son fáciles de mantener y tienen una alta confiabilidad. Pueden funcionar en condiciones de carga completa durante mucho tiempo, tienen una fuerte capacidad de sobrecarga y son más adaptables al medio ambiente. Las turbinas de vapor tienen alta potencia, pueden quemar petróleo pesado o gas natural licuado y son más pequeñas que las máquinas de vapor en términos de peso y volumen. Sin embargo, el proceso de conversión de energía de las turbinas de vapor es más complicado, con baja eficiencia térmica, alta tasa de consumo de combustible y poca economía. Actualmente, se utilizan principalmente en petroleros de gran tonelaje, portacontenedores y buques de gas natural licuado.

Dado que las turbinas de vapor solo pueden girar en una dirección, para obtener la potencia necesaria para la rotación inversa, generalmente se instala una etapa inversa en el eje del cilindro de baja presión de la turbina de vapor de avance. La etapa inversa generalmente no tiene más de tres filas de álabes giratorios, o puede tener solo dos filas, y la potencia que genera es aproximadamente el 40% de la potencia de avance. Durante el funcionamiento normal de la turbina de vapor, la etapa inversa está en estado inverso, por lo que generalmente se instala en el extremo de baja presión de la turbina de vapor de baja presión. La densidad de vapor de esta parte es baja, por lo que la pérdida de resistencia del gas generada por la turbina de vapor inversa también es baja.

En 1896, el Reino Unido utilizó con éxito turbinas de vapor como motores principales de barcos, y la velocidad de prueba podía alcanzar los 34.5 nudos (kn). Desde entonces, las turbinas de vapor se han utilizado ampliamente en barcos de alta potencia. Las primeras turbinas de vapor se utilizaban directamente para impulsar las hélices, y no se utilizaba ningún engranaje reductor. Para que la hélice funcionara a una velocidad ideal, se añadió un engranaje reductor a la turbina de vapor para que tanto la turbina de vapor como la hélice pudieran funcionar a sus respectivas velocidades óptimas. En 1916, casi todas las turbinas de vapor marinas utilizaban engranajes reductores, y la relación de reducción se incrementó del 1:20 inicial a más de 1:80. Después de adoptar el dispositivo reductor, la turbina de vapor puede funcionar a una velocidad mayor, la eficiencia se mejora significativamente, el tamaño del cuerpo de la máquina se reduce correspondientemente, todo el dispositivo es más compacto, el peso total se reduce en gran medida y la eficiencia de trabajo de la hélice se mejora en gran medida, lo que convierte a la turbina de vapor en un dispositivo de energía marina de alta potencia ideal. Muchos grandes buques de pasajeros, superpetroleros y portacontenedores de alta velocidad utilizan turbinas de vapor.

Durante mucho tiempo, debido a su importante ventaja en potencia de salida, las turbinas de vapor tienen ciertas perspectivas de aplicación en varios barcos grandes, especialmente en el campo de los grandes barcos de superficie. Sin embargo, debido al inicio tardío de la industria de fabricación de turbinas de vapor de mi país, la proporción de barcos que utilizan turbinas de vapor como motores principales no es alta. Con la mejora del sistema de la industria de construcción naval de mi país, todavía se espera que esté completamente desarrollado. En la actualidad, existen dos tendencias principales en el desarrollo de turbinas de vapor marinas en esta etapa: una es mejorar la eficiencia térmica del sistema, aumentando los parámetros iniciales del vapor y adoptando ciclos complejos, mejorando así la eficiencia del motor principal y los motores auxiliares; la otra es utilizar parámetros de vapor más bajos y aumentar el caudal de vapor, de modo que el cuerpo de la turbina y la caldera puedan adoptar un sistema estructural más simple, simplificando así el proceso de gestión y mejorando la confiabilidad del dispositivo.

4 Características técnicas y descripción general del desarrollo de turbinas de gas marinas

4.1 Descripción general de las turbinas de gas marinas

Desde su introducción, las turbinas de vapor y los motores diésel han sido ampliamente utilizados. Como se describe en 2.2 y 3.2 de este artículo, los motores diésel son un tipo de motor de combustión interna, donde el combustible se quema dentro del cilindro, y tienen la ventaja de una buena maniobrabilidad; las turbinas de vapor son un tipo de maquinaria de turbina térmica, y su principal ventaja es que tienen una gran potencia unitaria. Las turbinas de gas combinan las ventajas de ambas, y son un tipo de motor térmico que se desarrolló formalmente a mediados del siglo XX después de las dos.

Al igual que las turbinas de vapor, las turbinas de gas también son un tipo de maquinaria de turbina térmica, compuesta principalmente por tres partes: compresor, cámara de combustión y turbina. Entre ellas, la turbina incluye principalmente una turbina supercargadora y una turbina de potencia. La turbina supercargadora es coaxial con el compresor, y la turbina de potencia impulsa la hélice a través del sistema de ejes, que generalmente también se denomina turbina de gas de doble eje. El compresor, la cámara de combustión y la turbina supercargadora juntos constituyen el generador de gas.

4.2 Principales características técnicas de las turbinas de gas marinas

Durante el proceso de desarrollo, las turbinas de gas se utilizaron ampliamente por primera vez en el campo de la propulsión de la aviación y reemplazaron por completo a los motores de pistón. Desde 1947, las turbinas de gas también se han utilizado en el campo de los buques de superficie y han logrado grandes avances en las décadas siguientes. Poco a poco se han convertido en una de las principales unidades de potencia de los buques de superficie y han sido muy valoradas por las armadas de todo el mundo. Sus principales ventajas técnicas son las siguientes.

1) Buena maniobrabilidad, excelente rendimiento de arranque y aceleración. La turbina de gas arranca desde el estado frío y solo tarda de 2 a 3 minutos en alcanzar las condiciones de carga completa. Una vez que se descubre al enemigo, el buque puede responder rápidamente y entrar rápidamente en combate, mejorando la maniobrabilidad del combate y acortando eficazmente el tiempo de preparación. Las ventajas anteriores son de gran importancia para los buques de superficie.

2) La turbina de gas es liviana y de tamaño pequeño, se puede convertir en un cuerpo de caja y tiene una alta potencia por unidad.

3) Hay pocos accesorios y la mayoría de ellos están instalados en el chasis, por lo que la unidad tiene una gran vitalidad.

4) El grado de automatización es alto y se requiere menos personal.

5) La amplitud de vibración de la unidad es pequeña, lo que puede mejorar eficazmente el entorno de trabajo del personal del barco.

6) Es fácil de reparar, simple de administrar, tiene una pequeña carga de trabajo de mantenimiento y es fácil realizar un control automático.

Aunque las turbinas de gas tienen ventajas técnicas excepcionales, también presentan las siguientes desventajas:

1) La economía de las turbinas de gas no es tan buena como la de los motores diésel, especialmente cuando se desvían de las condiciones de funcionamiento nominales, el índice de consumo de combustible de las turbinas de gas aumentará rápidamente. Tomando como ejemplo la turbina de gas WR-21, su índice de consumo de combustible en condiciones nominales es similar al de los motores diésel de alta velocidad, pero cuando funciona en condiciones de baja carga, el índice de consumo de combustible de este tipo de turbina de gas aumentará rápidamente. Es precisamente debido a la existencia de los problemas anteriores que la aplicación de las turbinas de gas en los buques civiles es limitada.

2) Las turbinas de gas no se pueden revertir directamente y necesitan estar equipadas con un dispositivo de transmisión inversa o una hélice de paso ajustable, lo que hace que la estructura de la unidad de potencia sea más complicada y aumenta el costo del sistema.

3) La turbina de gas tiene una gran sección transversal para los conductos de entrada y escape, lo que afecta la disposición general de la cubierta y el espacio de la cabina del buque de superficie.

4) La temperatura de escape es alta y la radiación de calor es fuerte, por lo que sus características de señal térmica también son fuertes, lo que afecta la ocultación de todo el barco.

5) Es sensible a las condiciones ambientales como la temperatura, lo que afecta fácilmente la eficiencia térmica de la unidad.

6) La vida útil de la unidad es corta. Dado que la cámara de combustión y las palas de la turbina de gas funcionan continuamente en condiciones de alta temperatura y alta presión, el aire marino que inhala la turbina de gas contiene cierta cantidad de sal. Bajo la acción de sustancias como el sodio y el vanadio, las palas y las toberas de la turbina pueden corroerse en poco tiempo. Aunque generalmente se seleccionan materiales de aleación de alta calidad, la vida útil de las turbinas de gas marinas sigue siendo corta.

4.3 Panorama del desarrollo técnico de las turbinas de gas marinas

En comparación con las turbinas de vapor, las turbinas de gas son de tamaño pequeño, livianas, consumen poco combustible, son buenas para el arranque y la aceleración, son sencillas de operar y mantener a diario y son convenientes para el control centralizado remoto. En comparación con los motores diésel, aunque las turbinas de gas tienen una eficiencia térmica relativamente baja, tienen mayor potencia por unidad, una estructura más simple, menos piezas, son más livianas, tienen un tamaño menor y una confiabilidad mejorada gradualmente. Por lo tanto, sus áreas de aplicación se han ampliado gradualmente en los últimos años.

En los últimos años, algunos buques civiles de alta velocidad también han comenzado a utilizar turbinas de gas como principal fuente de energía de propulsión. Los buques principales de algunos países utilizan turbinas de gas como fuente de energía de propulsión. Con el aumento de la demanda de energía para buques, también hay planes para utilizar turbinas de gas como centrales eléctricas. La investigación y el desarrollo de turbinas de gas para usos marinos en mi país también han logrado avances significativos y tienen amplias perspectivas de desarrollo.

En esta etapa, se desarrollan principalmente dos tipos diferentes de turbinas de gas: las derivadas de la aviación y las industriales. Los tipos derivados de la aviación tienen las características de una estructura simple, peso ligero y fácil control, pero deben utilizar combustible de alta calidad. Las turbinas de gas industriales son otro tipo de modelo, que tiene una vida útil más larga y puede utilizar aceite pesado tratado adecuadamente. Las unidades industriales generalmente utilizan regeneradores. La combustión de combustible requiere una gran cantidad de aire y produce una gran cantidad de gases de escape, lo que hace que el suministro de aire y las emisiones de gases de combustión sean cuestiones importantes.

Otra razón para el rápido desarrollo de las turbinas de gas marinas es que heredan y utilizan la base técnica existente de las turbinas de gas de aviación y las turbinas de gas industriales. Especialmente para las primeras, los motores de aviación siempre han sido los precursores del desarrollo de la tecnología de las turbinas de gas. El principio de las turbinas de gas es conocido por la gente desde hace mucho tiempo, pero durante mucho tiempo, en comparación con las turbinas de vapor, la aplicación de las turbinas de gas en la industria ha sido relativamente lenta. El fluido de trabajo de las turbinas de vapor puede condensarse en agua, por lo que la potencia consumida por la bomba de agua de alimentación no es grande. Sin embargo, el fluido de trabajo de las turbinas de gas es aire y gas que no se pueden condensar en agua, por lo que el compresor necesita consumir una cantidad considerable de energía para lograr el proceso de compresión. Por lo tanto, solo cuando la temperatura del ciclo, el compresor y la eficiencia de la turbina son altos, la turbina de gas puede tener una alta eficiencia de ciclo y proporcionar una gran potencia útil. Son las dificultades técnicas en los materiales de alta temperatura, la tecnología de enfriamiento de las palas y el rendimiento aerodinámico de los compresores las que restringen el desarrollo y la aplicación de las turbinas de gas.

En comparación con las turbinas de gas industriales, las turbinas de gas marinas tienen requisitos más estrictos en cuanto al peso y el tamaño de la unidad. Sin embargo, este requisito es relativamente laxo en comparación con el de las turbinas de gas de aviación. Por el contrario, el enfoque, o la principal contradicción, del diseño aerodinámico de las turbinas de gas marinas es a menudo la alta eficiencia de los componentes y las características de funcionamiento variables estables. Al mismo tiempo, para acortar el ciclo de desarrollo, es necesario reducir la carga de trabajo de depuración. Al diseñar los componentes principales de las turbinas de gas marinas, es necesario prestar plena atención a los requisitos de tecnología madura, soluciones estables, estructura simple y fabricación conveniente. A diferencia de las turbinas de gas de aviación, la potencia de crucero de las turbinas de gas marinas es significativamente menor que su potencia máxima. Aunque esta particularidad se puede resolver adoptando una unidad de potencia combinada de una unidad de crucero y una unidad de aceleración, aún plantea ciertos requisitos para la economía de las turbinas de gas marinas en una amplia gama de condiciones de carga.

En la actualidad, las turbinas de gas derivadas de la aviación se han convertido generalmente en las unidades de potencia de los buques militares. Las turbinas de gas industriales son más adecuadas para los buques civiles, que tienen menores requisitos en cuanto al peso y el tamaño de la unidad de potencia. Si el buque necesita dar marcha atrás, se pueden utilizar hélices de paso variable y propulsión eléctrica. Además, las turbinas de gas de ciclo cerrado tienen una alta eficiencia, pero todavía se encuentran en la etapa de investigación. En los buques, las turbinas de gas a menudo se utilizan con unidades de potencia combinadas.

Hasta ahora, las turbinas de gas marinas siempre se han desarrollado para aumentar la potencia, mejorar la eficiencia y reducir el tamaño y el peso. Su dirección de desarrollo futuro es principalmente la siguiente.

1) Continuar desarrollando ciclos simples con parámetros iniciales más altos, aumentar continuamente la temperatura inicial del gas y aumentar la relación de presión en consecuencia, al tiempo que se adopta una tecnología de enfriamiento más eficiente. Al adoptar una tecnología de enfriamiento avanzada, la temperatura inicial del gas se puede aumentar en aproximadamente 25 ℃ en promedio cada año. En los últimos años, también se han desarrollado continuamente materiales de alta resistencia resistentes al calor. Al adoptar materiales de alta temperatura, la temperatura inicial del gas se puede aumentar en aproximadamente 10 ℃ en promedio cada año.

2) Continuar desarrollando ciclos complejos y aprovechar al máximo el calor de escape de las turbinas de gas para mejorar la eficiencia general de la unidad. Para ello, se pueden utilizar ciclos de recuperación de calor y ciclos combinados de gas y vapor.

3) Mejorar aún más el rendimiento de los componentes principales de la turbina de gas y mejorar la eficiencia general de la unidad.

5 Comparación de parámetros técnicos de los principales motores marinos

La potencia de salida es un factor que los grandes buques de superficie deben tener en cuenta a la hora de seleccionar los motores principales. En términos generales, hay dos indicadores principales que determinan la potencia de salida real de los motores térmicos: el caudal del fluido de trabajo y la caída de entalpía específica del fluido de trabajo por unidad de caudal.

Bajo la premisa de un tamaño de unidad similar, las turbinas de gas son significativamente mejores que los motores diésel en términos de potencia de salida. La razón principal del fenómeno anterior es la continuidad del flujo de fluido de trabajo de la propia turbina de gas. El proceso de combustión dentro de la turbina de gas se encuentra en un estado continuo, mientras que el proceso de combustión dentro del motor diésel es intermitente. Para evitar fallas por alta temperatura y otros fenómenos, la temperatura máxima del fluido de trabajo dentro de la turbina de gas suele ser menor que la del motor diésel. Además, el efecto de compresión del compresor axial utilizado en las turbinas de gas no suele ser tan bueno como el mecanismo de pistón de los motores diésel. Por lo tanto, en términos de la caída de entalpía específica del fluido de trabajo por unidad de caudal, las turbinas de gas no tienen ventaja. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, dado que el fluido de trabajo dentro de la turbina de gas se encuentra en un estado de flujo continuo y no hay un fenómeno de rendimiento alternativo, el fluido de trabajo tiene una clara ventaja en términos de caudal. En general, bajo la premisa de un tamaño estructural y un peso similares, la potencia de salida de las turbinas de gas suele ser mayor que la de los motores diésel.

En comparación con las turbinas de vapor, que también son máquinas de turbina térmica, el fluido de trabajo dentro de las turbinas de gas también está en un estado de flujo continuo. Aunque la temperatura del fluido de trabajo dentro de la turbina de gas es más alta, su presión es significativamente menor. La presión del fluido de trabajo de la turbina de gas suele ser de solo unos pocos MPa, pero la presión de vapor de la turbina de vapor ultrasupercrítica actual puede alcanzar los 30 MPa, lo que da como resultado que la caída de entalpía específica disponible de la turbina de gas sea de aproximadamente 1/5 a 1/3 de la de la turbina de vapor. En general, las turbinas de gas suelen ser inferiores a las turbinas de vapor en términos de potencia de salida, pero considerando la alta maniobrabilidad y la gestión de la automatización de las turbinas de gas, aún tienen ciertas perspectivas de aplicación en el campo de los grandes buques de superficie. Con base en lo anterior, los parámetros técnicos relevantes de varios motores principales marinos se muestran en la Tabla 1.

6 Características técnicas y descripción general del desarrollo de las unidades de potencia combinadas marinas

6.1 Origen de los grupos electrógenos marinos combinados

Las unidades de energía marina mencionadas anteriormente difieren en potencia, velocidad, maniobrabilidad, economía, peso y tamaño. En el caso de los buques civiles, la consideración principal es la economía, y las deficiencias solo se pueden mejorar con las medidas adecuadas. En el caso de los buques militares, la eficacia en el combate es el objetivo principal, y se presta más atención a mejorar la potencia de la unidad para mejorar la velocidad y la maniobrabilidad de todo el buque.

Según las estadísticas pertinentes (Tabla 2), durante la navegación, los buques de superficie se encuentran en condiciones de crucero (baja velocidad) la mayor parte del tiempo. En este momento, la potencia de salida de la unidad de potencia normalmente no supera el 25% de la potencia total, por lo que se puede seleccionar para su funcionamiento una unidad con menor potencia, mayor vida útil y menor tasa de consumo de combustible. En caso de guerra o ejercicio de combate real (el tiempo de navegación de los buques de superficie en tales condiciones solo representa alrededor del 3% del tiempo total de navegación), se puede utilizar otra unidad de aceleración con mayor potencia y, en consecuencia, mayor tasa de consumo de combustible. Al mismo tiempo, la unidad de crucero y la unidad de aceleración también se pueden poner en funcionamiento juntas para generar mayor potencia y cumplir con los requisitos de alta velocidad. Un dispositivo de este tipo se suele denominar unidad de potencia combinada, que se puede utilizar para equilibrar los requisitos económicos de los buques de superficie en condiciones de crucero y los altos requisitos de maniobrabilidad durante el combate.

6.2 Panorama del desarrollo de las unidades de potencia combinadas y sus tipos de combinación

6.2.1 Panorama del desarrollo de las unidades de potencia combinadas

Hasta ahora, los grupos electrógenos combinados para buques de superficie se han desarrollado durante mucho tiempo. La experiencia al respecto muestra que, siempre que aparece un nuevo tipo de motor térmico, a menudo aparece un nuevo tipo de grupo electrógeno combinado compuesto por este tipo de unidad y otros motores principales existentes. En la práctica, a medida que el rendimiento técnico de los nuevos motores térmicos mejora, un solo tipo de grupo electrógeno gana gradualmente ventaja y reemplaza al grupo electrógeno combinado utilizado anteriormente. Hasta que aparezcan motores térmicos más avanzados, se volverán a combinar con los motores principales existentes para producir un grupo electrógeno combinado más novedoso. Este fenómeno se repite sin cesar.

En concreto, la máquina de vapor es un tipo de motor térmico que nació durante la Revolución Industrial y ha jugado un papel importante en la historia de la humanidad. A finales del siglo XIX, nació la turbina de vapor, que es un nuevo tipo de unidad de energía de vapor. La unidad de energía combinada más antigua de la historia consistía en una máquina de vapor y una turbina de vapor. El concepto de diseño de este tipo de unidad de energía combinada es el siguiente: Debido a la limitación del volumen libre y la carrera del cilindro de la máquina de vapor, el vapor de alta temperatura no puede expandirse completamente en el cilindro, por lo que se dispone una turbina de vapor detrás de la máquina de vapor. El vapor que ha realizado trabajo en la máquina de vapor ingresa a la turbina de vapor para expandirse nuevamente, recuperando así parte de la energía del vapor. De esta manera, se logra la utilización en cascada de la energía y se mejora de manera efectiva la potencia y la eficiencia térmica de la unidad.

Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología, las máquinas de vapor se han retirado gradualmente del escenario de la historia, y varios barcos grandes son más propensos a utilizar un solo tipo de motor principal, como las turbinas de vapor. Para llevar adelante las ventajas técnicas de las turbinas de vapor y superar sus desventajas, además de mejorar continuamente el rendimiento técnico del cuerpo de la turbina de vapor, también puede formar una unidad de potencia combinada con otros tipos de motores térmicos. Después de la Segunda Guerra Mundial, con la mejora gradual de la tecnología de las turbinas de gas, su excelente rendimiento de potencia también ha atraído una atención generalizada, y gradualmente han surgido una serie de unidades de potencia combinadas con ella como unidad de aceleración.

En la actualidad, existen principalmente los siguientes tipos de unidades de energía combinadas dominadas por turbinas de gas.

1) Central eléctrica combinada de combustión a vapor. Este tipo de central eléctrica combinada utiliza una pequeña turbina de vapor como dispositivo de crucero y una turbina de gas como dispositivo de aceleración. En comparación con una central eléctrica de una sola turbina de vapor, este tipo de central eléctrica combinada ha mejorado significativamente en términos de tamaño, peso y rendimiento de aceleración de arranque.

2) Planta de energía combinada de combustible-combustible. Las plantas de energía combinada de combustible-combustible se dividen en dos tipos: plantas de energía combinada de combustible-combustible y plantas de energía alterna de combustible-combustible. La unidad de crucero y la unidad de aceleración de este dispositivo son ambas turbinas de gas. La turbina de gas de crucero puede proporcionar económicamente la baja potencia requerida para crucero y operar como una unidad de aceleración en condiciones de alta velocidad. Este sistema tiene las ventajas de operación flexible, alta potencia y peso ligero, pero el dispositivo es costoso y los conductos de admisión y escape ocupan un gran espacio en la cubierta, lo que afecta el diseño de todo el barco.

3) Central eléctrica combinada diésel-combustible. Este tipo de central eléctrica combinada se divide en dos tipos: centrales eléctricas combinadas diésel-combustible y centrales eléctricas alternas diésel-combustible. Este dispositivo utiliza un motor diésel como unidad de crucero y una turbina de gas como unidad de aceleración. Los motores diésel se utilizan en la navegación de crucero y marcha atrás, y las turbinas de gas se utilizan en la navegación de alta velocidad. Este tipo de unidad eléctrica combinada tiene las ventajas de un bajo consumo de combustible, una buena aceleración y una buena fiabilidad.

6.2.2 Principales tipos de combinación de unidades de potencia combinadas

Teniendo en cuenta las destacadas ventajas técnicas de las turbinas de gas, las unidades de potencia combinadas que las componen se muestran a continuación y se resumen en la Tabla 3.

6.3 Principales características técnicas de los grupos motopropulsores combinados

En general, el grupo motopropulsor combinado presenta las siguientes características técnicas:

1) Dado que se utiliza una turbina de gas más ligera y maniobrable como unidad de aceleración, y por lo tanto proporciona la mayor parte (o incluso la totalidad) de la potencia en condiciones de alta carga, el peso total de la unidad de potencia de todo el buque se puede reducir en consecuencia.

2) Dado que se utiliza una unidad de crucero más eficiente y económica, la resistencia de los buques de superficie puede mejorarse enormemente.

3) Dado que se utilizan dos tipos de unidades independientes, se mejora la confiabilidad de la unidad de potencia.

4) Para realizar el proceso inverso de los buques de superficie, la unidad de potencia combinada es más adecuada para combinarse con sistemas relacionados, como hélices de paso, reductores y propulsión eléctrica. En este momento, cualquier motor principal puede impulsar la hélice de forma independiente. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que si se utiliza un motor principal que puede lograr la rotación inversa (como un motor diésel de baja velocidad y la turbina inversa mencionada en el punto 3.3 de este artículo), a menudo provocará un desajuste de la potencia de transmisión u otros problemas técnicos más complejos, lo que reducirá la confiabilidad del sistema.

6.4 Tendencia general de desarrollo de las unidades de potencia combinadas

Como se mencionó anteriormente, debido a las diferentes características de rendimiento y aplicabilidad de varios tipos de motores térmicos, no es posible convertir los motores principales relacionados en una unidad de potencia combinada ideal simplemente combinándolos en pares.

En cuanto a las unidades de potencia combinadas actuales, las turbinas de gas se utilizan principalmente como unidades de aceleración. Tomando como ejemplo la unidad de potencia combinada tipo COGOG, la unidad de crucero generalmente utiliza una turbina de gas pesada con un mayor peso unitario, menor potencia, menor tasa de consumo de combustible y mayor vida útil, mientras que la unidad de aceleración generalmente utiliza una turbina de gas liviana con mayor potencia, mayor tasa de consumo de combustible y menor vida útil.

Otro ejemplo es la unidad de potencia combinada de tipo COSAG mencionada anteriormente. Con el aumento de la potencia del motor diésel y la mejora de la eficiencia de la turbina de gas en los últimos años, así como el efecto de uso real y la confiabilidad de la turbina de vapor inversa en el estado combinado de la unidad, es urgente mejorar. Por lo tanto, la unidad de potencia combinada de tipo COSAG se reemplaza gradualmente por la unidad de potencia combinada de tipo CODOG y la unidad de potencia combinada de tipo CODAG.

7 Características técnicas y tipos específicos de las unidades nucleares marinas

7.1 Descripción general de las unidades de energía nuclear marina

La parte principal de una unidad de energía nuclear es un reactor atómico, que es equivalente al horno y la cámara de combustión de una caldera. Las unidades de energía nuclear generalmente utilizan 235U como combustible nuclear del reactor. Los buques de guerra de propulsión nuclear generalmente utilizan combustible nuclear de alta concentración con una concentración de más del 20% al 40% para reducir el tamaño y el peso del dispositivo. Los buques mercantes de propulsión nuclear, desde la perspectiva de la economía, utilizan principalmente combustible nuclear de baja concentración con una concentración de menos del 5%. Las plantas de energía nuclear pueden mejorar significativamente la resistencia del motor principal del barco, y no hay necesidad de inhalar aire y descargar gases de escape, lo que es de particular importancia para los submarinos. Por lo tanto, las plantas de energía nuclear se utilizan ampliamente por primera vez en submarinos. Las plantas de energía nuclear también tienen buenas perspectivas de aplicación en grandes barcos como portaaviones y cruceros. Debido a los efectos nocivos de las sustancias radiactivas en los buques de propulsión nuclear sobre el cuerpo humano y a la contaminación de las aguas portuarias, es necesario utilizar una enorme capa protectora de plomo y un conjunto completo de medidas de protección de seguridad, lo que resulta costoso y la tecnología de prueba y gestión es compleja. Aunque también se utiliza en buques civiles, no se ha difundido ampliamente y todavía se encuentra en fase de desarrollo.

7.2 Principales características técnicas de las centrales nucleares marinas

La aplicación a gran escala de reactores nucleares ha abierto amplias perspectivas para el desarrollo de plantas de energía marina, y sus ventajas técnicas son principalmente las siguientes.

1) Se puede consumir una cantidad minúscula de combustible nuclear para obtener una enorme cantidad de energía. Los barcos que utilizan plantas de energía nuclear pueden viajar distancias extremadamente largas a gran velocidad. Por ejemplo, una planta de energía nuclear con una potencia de aproximadamente 11,040 kW (15,000 CV) consume solo de 15 a 18 g de combustible nuclear en un día y una noche. El primer submarino nuclear de los Estados Unidos, el Nautilus, puede dar la vuelta al mundo bajo el agua sin repostar. El rompehielos nuclear soviético Lenin puede navegar de forma continua durante un año sin repostar. Después de utilizar plantas de energía nuclear, la resistencia de los barcos de superficie mejora enormemente y el espacio ahorrado se puede utilizar para transportar más armas y equipos, mejorando la capacidad de combate de todo el barco.

2) Sin consumo de aire. El proceso de reacción nuclear no requiere la participación del aire. Esta característica no tiene comparación con ningún otro tipo de planta de energía, especialmente para submarinos. Al utilizar plantas de energía nuclear, la efectividad en combate de los submarinos puede mejorarse significativamente y pueden permanecer ocultos en las profundidades marinas durante mucho tiempo, lo que dificulta su detección por el enemigo. La característica de las plantas de energía nuclear de que no consumen aire también tiene ciertas ventajas para los buques de superficie, porque no es necesario instalar conductos de entrada y salida de aire y no se generará humo a alta temperatura, lo que mejora correspondientemente la ocultación. En una guerra nuclear, también se reduce el riesgo de inhalar humo radiactivo de la entrada de aire, lo que facilita la realización de la protección nuclear.

Pero al mismo tiempo, las centrales nucleares también tienen ciertas desventajas, principalmente las siguientes.

1) Gran peso y tamaño. Dado que el proceso de reacción nuclear liberará una gran cantidad de sustancias radiactivas, que causarán graves daños al cuerpo humano y causarán cierta contaminación en alta mar, aguas costeras y muelles, es necesario colocar barreras que pesen cientos o incluso miles de toneladas para evitar el escape de sustancias radiactivas, lo que hace que el tamaño y el peso de toda la central eléctrica sean mayores.

2) Las centrales nucleares son costosas y la tecnología de operación y gestión es compleja, lo que hasta cierto punto limita su promoción a gran escala.

Por las razones mencionadas, las centrales nucleares se utilizan principalmente en grandes buques de superficie y submarinos, y su desarrollo en el ámbito de los buques civiles es relativamente lento.

7.3 Tipos específicos de reactores nucleares marinos
Para garantizar la seguridad del personal a bordo, los buques de propulsión nuclear suelen tener requisitos de protección más estrictos contra la radiactividad que las centrales nucleares terrestres. Los buques de superficie pueden sufrir colisiones, encallamientos, incendios y explosiones durante la navegación, o pueden hundirse por ataques accidentales de armas como torpedos y misiles. Partiendo de la premisa de que es probable que se produzcan accidentes relacionados, para reducir la propagación de la contaminación nuclear, las centrales nucleares de los buques deben tener la función de apagado permanente y deben estar equipadas con barreras sólidas para los reactores. De acuerdo con los requisitos especiales de los buques para las centrales nucleares, los reactores de agua a presión que se utilizan actualmente son principalmente de los tres tipos siguientes.

7.3.1 Reactor con elemento combustible de placas de uranio altamente enriquecido

Este tipo de reactor utiliza elementos combustibles en forma de placa con un enriquecimiento de 235U de más del 20%. El elemento en forma de placa tiene una gran área de disipación de calor, un diseño de núcleo compacto, un volumen pequeño y una alta potencia de salida por unidad de volumen. Esto puede reducir el tamaño de la carcasa del reactor y hacer que el diseño del equipo sea más compacto. Sin embargo, sus desventajas técnicas radican principalmente en la alta concentración de combustible nuclear requerida y el alto costo de diseño, construcción y operación.

7.3.2 Reactor de agua presurizada dispersa con uranio poco enriquecido

La estructura de este tipo de reactor de agua a presión es aproximadamente la misma que la de un reactor de agua a presión de una central nuclear terrestre. Consta de un generador de vapor, un reactor, una bomba de refrigerante primaria y un presurizador. Los componentes pertinentes están conectados mediante tuberías para formar un circuito cerrado de alta temperatura y alta presión. El sistema y el equipo del circuito secundario son similares a los de las centrales eléctricas de vapor marinas convencionales.

7.3.3 Reactor de agua presurizada integrado

Tomemos como ejemplo el reactor de agua presurizada marino alemán “Otto Hahn”. Adopta una estructura integrada, un sistema de bucle primario simple, equipo compacto y un tamaño de carcasa de seguridad de reactor pequeño, que es adecuado para buques de superficie. Además, el núcleo está lleno de agua de refrigeración y tiene un buen rendimiento de circulación natural. Cuando la bomba de refrigeración se detiene en el bucle primario, todavía se puede confiar en la circulación natural del refrigerante para mantener el proceso de enfriamiento del núcleo. La desventaja del reactor de agua presurizada integrado es que el reactor, el evaporador y la bomba principal están conectados entre sí, lo que hace que la estructura interna del reactor sea compleja y aumenta la dificultad de diseño, fabricación y mantenimiento.

8 Dispositivo de propulsión eléctrica marina

Los dispositivos de propulsión eléctrica también se pueden utilizar para la propulsión de barcos. Este tipo de dispositivo obtiene energía eléctrica a través de varios medios, y luego el motor impulsa la hélice para proporcionar energía de propulsión al barco. Sus características son que la velocidad de la hélice se puede ajustar arbitrariamente para satisfacer las necesidades de navegación en diversas condiciones de trabajo, y es simple de operar y fácil de manejar. Es más adecuado para algunos barcos con requisitos especiales, como submarinos, barcos de investigación científica, transbordadores, etc. La mayor ventaja del dispositivo de propulsión eléctrica es su buena maniobrabilidad. La velocidad mínima de su motor puede alcanzar menos de 1/10 de la velocidad nominal, y el barco puede navegar a velocidades extremadamente bajas. Además, el tiempo de arranque y de marcha adelante y atrás de este tipo de dispositivo también es corto. El generador principal y la hélice impulsada por motor pueden funcionar cada uno en las mejores condiciones de trabajo, y es fácil de controlar y administrar de forma remota, y la vibración y el ruido de todo el dispositivo son relativamente pequeños.

En términos generales, la unidad utilizada para la generación de energía consta de un motor primario y un generador. Los motores primarios incluyen principalmente turbinas de vapor, motores diésel y turbinas de gas, que son básicamente los mismos que los tipos de motores principales de los barcos. Como se mencionó anteriormente, debido a la potencia relativamente pequeña de los motores diésel, generalmente se utilizan para los grupos electrógenos principales y auxiliares de los buques auxiliares militares, o los grupos electrógenos auxiliares de los buques militares. Las turbinas de vapor tienen las ventajas de alta velocidad y alta potencia, y la tecnología es relativamente madura, pero también tienen desventajas como gran tamaño y peso, baja eficiencia, gran área del barco y diseño difícil. Si se utilizan en grupos electrógenos, se reducirá la densidad de potencia de todo el grupo electrógeno. Además, debido a la alta velocidad de las turbinas de vapor, si se utiliza una red eléctrica de CA de 50 Hz, se requiere una caja de cambios enorme para reducir la velocidad, lo que aumentará el ruido de todo el barco en consecuencia. Las turbinas de gas tienen buenas perspectivas en este campo. En la actualidad, muchos sistemas de propulsión eléctrica de barcos eligen turbinas de gas como motores primarios para la generación de energía.

9 Panorama de la historia del desarrollo de la tecnología de las plantas de energía marina

Desde que la máquina de vapor se utilizó en las centrales eléctricas marinas, ocupó rápidamente una cierta posición dominante. Hasta la Primera Guerra Mundial, las máquinas de vapor todavía dominaban los barcos civiles y militares de todo el mundo y eran la fuente de energía más importante para los barcos. Sin embargo, el apogeo de las máquinas de vapor estaba llegando a su fin. Debido al gran tamaño y la baja eficiencia térmica de las máquinas de vapor, fueron reemplazadas gradualmente por motores diésel y turbinas de vapor durante la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial. Al mismo tiempo, debido a que la tasa de consumo de combustible de los motores diésel de baja velocidad era significativamente menor que la de las turbinas de vapor, podían quemar combustible de baja calidad y tenían una alta confiabilidad, por lo que gradualmente reemplazaron a las turbinas de vapor en el campo de los barcos civiles.

En los barcos de mayor desplazamiento se utilizaban casi exclusivamente turbinas de vapor, mientras que en los de menor tamaño se optaba por los motores diésel. No fue hasta 1947 cuando apareció un nuevo rival para los motores diésel. Tras probarse el primer barco británico propulsado por turbinas de gas, empezó a competir con los motores diésel y las turbinas de vapor que dominaban en aquella época.

Aunque era muy económico y había logrado resultados notables en el campo de las plantas de energía marina, el motor diésel en sí mismo tenía una potencia limitada y ya no podía satisfacer los requisitos de rendimiento de potencia de los grandes barcos. Por el contrario, aunque la turbina de vapor tiene una estructura simple y una gran potencia, necesita estar equipada con un gran dispositivo generador de vapor (como una caldera, etc.) y sistemas auxiliares, y su economía y maniobrabilidad son pobres. Esta situación contradictoria continuó hasta que apareció la turbina de gas. Cuando la turbina de gas se popularizó ampliamente en el campo de la energía de los barcos militares, los problemas anteriores se resolvieron gradualmente. Las turbinas de gas no solo pueden construir un solo modelo de unidad de potencia, sino que también se pueden combinar con otras unidades de potencia, como los motores diésel, para formar una nueva unidad de potencia combinada. Los barcos con turbinas de gas de ciclo complejo como unidades de potencia no solo tienen buenos indicadores económicos, sino que también tienen una alta potencia general, que se puede decir que es lo mejor de ambos mundos.

Precisamente porque las turbinas de gas tienen las ventajas de un arranque fácil y una buena maniobrabilidad, han recibido una atención generalizada y es probable que sean “recién llegadas”. Sin embargo, dado que las turbinas de gas funcionan en condiciones de alta temperatura y alta presión, tienen altos requisitos de calidad del combustible y su eficiencia térmica es significativamente menor que la de los motores diésel, por lo que rara vez se utilizan en buques civiles.

Las centrales nucleares utilizan reactores nucleares para obtener vapor a alta temperatura y alta presión. Los reactores nucleares generan alta energía a través de reacciones en cadena de fisión nuclear controlables, que son absorbidas por el agua de refrigeración que circula continuamente. Luego, el calor se transfiere al agua del segundo circuito a través del generador de vapor, que lo convierte en vapor y luego pasa a la turbina de vapor para realizar el trabajo. En la actualidad, las centrales nucleares se utilizan principalmente en grandes buques de superficie y submarinos.

En todo el mundo se han llevado a cabo también investigaciones pertinentes sobre la aplicación de las centrales nucleares en el ámbito de los buques civiles. Estados Unidos las ha probado con éxito en el buque “Savannah”; la Unión Soviética también ha utilizado centrales nucleares en el rompehielos “Lenin”. Desde entonces, Alemania y Japón también han construido buques civiles de propulsión nuclear. Tras un período de viaje de prueba, los buques en cuestión se vieron obligados a dejar de navegar por razones jurídicas y de opinión pública. Debido a la preocupación de que las sustancias radiactivas contaminen las vías fluviales, los puertos y los entornos urbanos, muchos puertos se niegan a permitir la entrada de buques de propulsión nuclear. Además, no existen métodos adecuados para el tratamiento de los residuos nucleares después del uso de combustible nuclear, lo que limita en cierta medida la aplicación de las centrales nucleares en los buques civiles.

Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, siguen surgiendo nuevos dispositivos de energía marina, como las pilas de combustible, la propulsión magnetohidrodinámica, las células solares, etc. Entre ellos, la novedosa propulsión magnetohidrodinámica tiene buenas perspectivas. Este método de propulsión es una propulsión electromagnética superconductora. Su principio es instalar imanes superconductores en el barco y luego pasar corriente a través del agua de mar, utilizando el campo magnético generado por los imanes superconductores y la fuerza generada por la corriente en el agua de mar para impulsar el barco hacia adelante. Las características de esta forma de propulsión son un modo de transmisión simplificado, sin piezas giratorias (sin sistema de hélice y eje), gran empuje y alta velocidad.

10 Requisitos técnicos principales para dispositivos de energía marina

Para garantizar la capacidad de navegación de los dispositivos de energía marina, al seleccionar el motor principal, se deben cumplir plenamente las siguientes características técnicas, que también pueden servir como una referencia importante para la selección del motor principal.

10.1 Fiabilidad

Después de estar en funcionamiento durante un período de tiempo, los equipos electromecánicos inevitablemente fallarán. Para los dispositivos de energía marina, la confiabilidad es extremadamente importante. La confiabilidad tiene dos significados: uno es la vitalidad de la unidad de energía, que se refiere principalmente a la capacidad de la unidad de energía para mantener el funcionamiento después de verse afectada por factores externos. Cuanto peores sean las condiciones que pueda soportar, más fuerte será su vitalidad; el otro es el tiempo que la unidad de energía está en funcionamiento normal. Cuanto más largo sea el tiempo de funcionamiento normal, mayor será la confiabilidad, y viceversa.

En el caso de las unidades de potencia de los buques de superficie, se utilizan a menudo métodos de propulsión multimotor multihélice o multimotor en paralelo, y su fiabilidad y vitalidad son significativamente superiores a las del método de propulsión monomotor monohélice. Si tomamos como ejemplo el método de propulsión bimotor bihélice, cuando uno de los motores principales o la hélice asociada a él falla gravemente, el otro motor principal y la hélice pueden seguir funcionando normalmente y la fuerza de propulsión del buque no se pierde por completo. Por tanto, desde el punto de vista del efecto de propulsión general, el método de propulsión bimotor bihélice tiene una vitalidad más fuerte. Por tanto, los buques de superficie utilizan en su mayoría métodos de transmisión bimotor bihélice o multimotor bihélice.

10.2 Maniobrabilidad

La maniobrabilidad se refiere a la capacidad de una unidad de potencia marina para pasar de una condición operativa a otra, como arrancar, acelerar, frenar, dar marcha atrás y entrar en la zona de embarque. El rendimiento de la conversión de la condición operativa de la unidad de potencia afecta directamente la capacidad del barco para salir del dique, navegar en zonas de hielo, navegar en condiciones meteorológicas de niebla y evitar emergencias.

10.2.1 Capacidad de arranque

La calidad de la capacidad de arranque está estrechamente relacionada con el tipo de motor principal. En cuanto al tiempo de arranque de un motor diésel, depende principalmente del sistema con el mayor tiempo de funcionamiento entre los sistemas auxiliares, como el combustible, el aceite lubricante, el agua de refrigeración y el aire de arranque. Para mejorar la maniobrabilidad de un motor diésel, se suelen adoptar medidas como el calentamiento de los cilindros.

En comparación con las turbinas de vapor, los motores diésel requieren un cierto flujo de vapor a alta temperatura durante el proceso de arranque de las turbinas de vapor, por lo que depende principalmente del proceso de los parámetros del vapor que alcanzan el estado especificado después de que se enciende la caldera. Aunque algunas calderas pueden suministrar vapor rápidamente, el tiempo medio de arranque de las turbinas de vapor sigue siendo más largo que el de los motores diésel.

En comparación con los motores diésel, las turbinas de gas tienen un tiempo de arranque relativamente más corto, pero en general, no hay una diferencia significativa entre ambos.

10.2.2 Aceleración

La aceleración también está relacionada con el tipo de motor principal. La primera condición para acortar el tiempo de aceleración es que el motor principal necesita aumentar la potencia hasta el valor máximo en un corto período de tiempo. La segunda es si la hélice puede absorber completamente la potencia de salida del motor principal durante el proceso de aceleración y convertirla en potencia de propulsión externa.

En el caso del motor principal, los principales factores que afectan el tiempo de aceleración son el peso y la inercia térmica de los componentes. Un peso más ligero y una inercia térmica más baja favorecen la aceleración. En términos generales, los componentes que soportan el calor de las turbinas de gas son relativamente ligeros y pequeños, por lo que tienen un mejor rendimiento de aceleración.

En el caso de las hélices, dado que la velocidad de las hélices de paso fijo está sujeta a ciertas restricciones, aumentará en consecuencia con el aumento de la velocidad del barco. Por lo tanto, a medida que aumenta la velocidad de las hélices de paso fijo, también es necesario aumentar gradualmente la potencia del motor principal para lograr una correspondencia razonable. La hélice de paso ajustable no está limitada por su propia velocidad al absorber potencia y puede generar un mayor empuje en poco tiempo, por lo que su aceleración es mejor que la de las hélices de paso fijo.

10.2.3 Rendimiento de frenado y marcha atrás

El rendimiento de un barco en frenado y marcha atrás depende principalmente de la hélice y del modo de transmisión correspondiente. En el caso de la combinación de un motor diésel reversible de baja velocidad + una hélice de paso fijo, el motor diésel de baja velocidad debe primero dejar de inyectar combustible y reducir la velocidad a un rango determinado antes de comenzar a dar marcha atrás, por lo que el tiempo de marcha atrás suele ser mayor.

En el caso de combinaciones como motor principal no reversible + embrague + hélice de paso fijo, depende principalmente del rendimiento del embrague. Si el sistema utiliza un embrague de fricción, el tiempo de marcha atrás del barco depende principalmente del aumento de temperatura de las piezas de fricción cuando el embrague invierte la marcha. Cuanto mayor sea la carga mecánica y la carga térmica que pueda soportar el embrague al invertir la marcha, más propicio será para mejorar la capacidad de frenado de emergencia y de marcha atrás.

Para combinaciones como motor principal no reversible + hélice de paso ajustable, debido a que el barco no necesita detener el motor principal al frenar y se puede generar empuje inverso ajustando el paso de las palas, su rendimiento de frenado y retroceso es relativamente bueno.

11 Análisis de las perspectivas de aplicación de las unidades de energía marina

En los últimos años, los motores diésel se han convertido en la principal fuente de energía para varios tipos de barcos. En la era actual de escasez de energía, considerando la alta eficiencia térmica de los motores diésel y la promoción de la tecnología de petróleo de baja calidad, los motores diésel seguirán ocupando una posición importante en los motores principales de los barcos en los próximos años.

Los buques de superficie medianos y pequeños están propulsados ​​principalmente por motores diésel. Estos buques incluyen cazadores de submarinos, dragaminas, patrulleros, cañoneros, torpederos, lanchas misilísticas y buques auxiliares. Algunos buques grandes, como fragatas y destructores, también utilizan motores diésel o unidades de potencia combinadas de combustible diésel como fuentes de energía. En las unidades de potencia combinadas de combustible diésel, los motores diésel se utilizan principalmente como motores principales de crucero para aprovechar la baja tasa de consumo de combustible para ampliar la autonomía de crucero del buque. En el caso de los submarinos, a excepción de las unidades de potencia nuclear, todos los submarinos convencionales utilizan motores diésel como motores principales, y algunos también utilizan sistemas de propulsión independientes del aire (AIP).

En la actualidad, debido al desarrollo de los motores diésel y las turbinas de gas, las unidades de energía a vapor representadas por las turbinas de vapor han perdido su dominio total anterior y han formado un trípode de tres patas. Sin embargo, las turbinas de vapor siguen dominando en los grandes buques, especialmente los portaaviones y los submarinos nucleares.

Debido al gran consumo de combustible de las turbinas de vapor, el número de nuevos buques civiles con turbinas de vapor está disminuyendo año tras año. En contraste, casi todos los buques de gas natural licuado utilizan turbinas de vapor para reciclar y utilizar el gas natural escapado como combustible de caldera. En mi país, las turbinas de vapor todavía dominan los buques grandes y medianos, como los portaaviones y los submarinos nucleares. Desde la perspectiva del uso real de los buques, las ventajas sobresalientes de las turbinas de vapor son la seguridad y la fiabilidad, la buena maniobrabilidad, la facilidad de uso y la buena capacidad de mantenimiento. Su desventaja es la escasa economía. Con la misma cantidad de combustible, la autonomía de crucero es corta. Esta es una debilidad fatal que afecta al desarrollo de las turbinas de vapor marinas. Para permitir el desarrollo continuo de las turbinas de vapor, se deben realizar esfuerzos para mejorar la economía.

Como se mencionó anteriormente, durante y después de la Segunda Guerra Mundial, los motores diésel y las turbinas de vapor se utilizaron ampliamente en los barcos. Sin embargo, con el posterior desarrollo de la tecnología, ha habido una tendencia a utilizar turbinas de gas como motor principal. En la actualidad, las turbinas de gas se pueden dividir principalmente en turbinas de gas ligeras y turbinas de gas pesadas según sus diferentes tipos estructurales. Entre ellas, las turbinas de gas ligeras son un tipo de unidad nueva que se basa en las turbinas de gas de aviación y se modifican aún más para adaptarse a las condiciones de navegación de los barcos. Las turbinas de gas pesadas se desarrollan sobre la base de turbinas de gas industriales y actualmente son principalmente adecuadas para grandes barcos civiles, como portacontenedores, barcos de carga rodada y transbordadores, pero debido a la baja economía de este tipo de unidad, su aplicación aún se encuentra en la etapa experimental.

Las turbinas de gas marinas siguen principalmente el camino de la modificación de la aviación. En virtud de las condiciones del entorno marino y los requisitos de uso de los barcos, se ha llevado a cabo una gran cantidad de trabajos de investigación y experimentación desde los aspectos de mejora de la economía y la fiabilidad, y se han adoptado muchas tecnologías y procesos nuevos. Los productos se han actualizado muchas veces y han alcanzado una etapa relativamente madura, pero en comparación con los motores diésel, todavía existe una cierta brecha en la economía. En la actualidad, tanto las turbinas de vapor como las turbinas de gas están trabajando arduamente para mejorar la economía y reducir el consumo de combustible, y han logrado resultados gratificantes.

Para equilibrar la economía en condiciones de crucero y la aceleración requerida para maniobras estratégicas, los buques de superficie generalmente utilizan unidades de potencia combinadas, que incluyen unidades de crucero y unidades de aceleración. Ambas unidades están conectadas al reductor principal mediante un embrague, y se utilizan cajas de cambios de marcha atrás y de avance o hélices de paso ajustable para implementar la marcha atrás. La ventaja de la unidad de potencia combinada es que tiene suficiente potencia y el peso y el volumen de la unidad son relativamente pequeños. Resuelve la contradicción entre la alta potencia a máxima velocidad y la economía de crucero, y mejora la resistencia del buque.

Las unidades de energía nuclear pueden mejorar significativamente la potencia y la resistencia de los barcos, y no requieren combustión de aire, lo que es más adecuado para barcos submarinos como los submarinos. Sin embargo, dado que las sustancias radiactivas pueden causar graves daños al cuerpo humano y contaminar el medio ambiente circundante, se debe instalar un estricto equipo de protección radiactiva para esto. Aunque el combustible nuclear ocupa un espacio pequeño en los barcos de propulsión nuclear, considerando la capa de blindaje requerida y el enorme equipo auxiliar, las ventajas se compensan y aún es posible aumentar aún más la carga total del barco. Además, las plantas de energía nuclear rara vez se utilizan en barcos civiles debido a su gran peso, alto costo y tecnologías complejas de construcción, operación y gestión. En la actualidad, la aplicación de plantas de energía nuclear en barcos civiles está más determinada por factores como la aceptación del entorno portuario local, acuerdos internacionales, acuerdos de seguros y costos iniciales, en lugar de la simple viabilidad técnica.

En resumen, las perspectivas de aplicación de las centrales eléctricas marinas se muestran en la Tabla 4.

Según la situación anterior, los barcos civiles seguirán utilizando motores diésel como motor principal durante un tiempo. Para los grandes barcos civiles, los motores diésel de baja velocidad siguen siendo generalmente el motor principal, mientras que para los barcos con una altura de cabina limitada, como los barcos ro-ro, los barcos de pasajeros, los transbordadores, etc., los motores diésel de velocidad media y alta son más adecuados. Entre ellos, los barcos de interior siguen siendo principalmente motores diésel de velocidad media y alta, mientras que los grandes barcos oceánicos son principalmente motores diésel de baja velocidad. En los últimos años, la tasa de consumo de combustible de los motores de velocidad media ha sido cercana a la de los motores diésel de baja velocidad. Tienen las ventajas de una alta eficiencia de utilización del calor residual, un tamaño pequeño, un peso ligero, un bajo coste y buenas perspectivas.

Según la situación de mi país, los buques de superficie medianos y pequeños, los submarinos y los buques auxiliares seguirán estando equipados principalmente con motores diésel de velocidad media y alta. Los grandes submarinos se centrarán en el desarrollo de unidades de energía nuclear y seguirán utilizando turbinas de vapor como motor principal. Al mismo tiempo, las turbinas de gas tienen importantes ventajas de rendimiento y se han convertido gradualmente en la unidad de energía estándar para los buques militares nacionales y extranjeros. También se debe prestar atención y desarrollar varias unidades de energía combinadas con turbinas de gas como unidades de aceleración. En la actualidad, es urgente fortalecer la investigación y el desarrollo de turbinas de gas de alta potencia para buques.

12 Perspectivas para las unidades de energía marina

En resumen, los motores diésel tienen las ventajas de una alta eficiencia térmica, buena economía, amplio rango de potencia, estructura compacta, pocos equipos auxiliares y pueden impulsar directamente las hélices. Sin embargo, con el aumento gradual del tonelaje de los barcos, se requiere que los motores diésel marinos se desarrollen en la dirección de la alta potencia. Para aumentar la potencia de los motores diésel, la única forma es aumentar el diámetro del cilindro, aumentar el número de cilindros o utilizar varios modelos. Esto inevitablemente aumentará el peso y el volumen, lo que dificultará y encarecerá la fabricación. Por lo tanto, los motores diésel no suelen utilizarse como unidad de potencia de propulsión principal en los grandes barcos. Después de años de desarrollo, los motores diésel marinos han alcanzado un nivel técnico relativamente alto. Sin embargo, para los buques de superficie medianos y pequeños, los submarinos convencionales y los buques civiles, los motores diésel siguen siendo la principal fuente de energía. Las bajas emisiones de carbono son un serio desafío al que se enfrentan los motores diésel en esta etapa. Con las restricciones a las emisiones de los motores diésel marinos, es más difícil mejorar su economía, lo que también es un tema nuevo en el desarrollo futuro de los motores diésel marinos. En general, debido a las características significativas de los motores diésel, su progreso tecnológico ha promovido en gran medida el desarrollo y la revolución de la tecnología de los barcos y ha abierto un nuevo capítulo en el desarrollo de las unidades de energía marina.

Las turbinas de vapor tienen alta potencia, tamaño pequeño, peso ligero, operación estable, larga vida útil, alta confiabilidad, bajo índice de consumo de aceite lubricante, fuerte capacidad de sobrecarga, pueden quemar combustible de baja calidad, baja vibración y ruido, pero baja eficiencia térmica, manejo complejo, procesamiento y fabricación difíciles, alto costo, deben estar equipadas con una caja de reducción y una caldera principal grande, y deben impulsar la hélice a través de un dispositivo reductor. Actualmente, se utilizan principalmente en grandes petroleros, portaaviones y submarinos nucleares.

En comparación con las unidades de potencia mencionadas anteriormente, las turbinas de gas son de tamaño pequeño, peso ligero, ocupan el menor espacio en la cabina y desplazamiento, y tienen las ventajas de baja vibración y fricción, fácil manejo y mantenimiento, arranque rápido y pueden alcanzar la potencia máxima en unos pocos minutos después del arranque. Por lo tanto, son más adecuadas para buques militares. Sin embargo, debido a las desventajas de baja eficiencia térmica, baja economía, corta vida útil, altos requisitos de materiales metálicos e incapacidad para dar marcha atrás, no se han promovido ampliamente en buques civiles y se utilizan principalmente en buques de alto rendimiento como los aerodeslizadores.

En el ámbito de los buques de superficie, existen grupos electrógenos combinados que utilizan turbinas de gas en combinación con motores diésel, turbinas de vapor y grupos electrógenos nucleares. Este tipo de grupo electrógeno apareció después de la Segunda Guerra Mundial y puede aprovechar al máximo las ventajas de varios motores principales y aprovechar al máximo las ventajas de las turbinas de gas.

Las unidades de energía nuclear tienen ventajas que otras unidades de energía no pueden igualar, pero necesitan estar equipadas con medidas de protección cuidadosas y pesadas, y son caras, y la tecnología de construcción y gestión de pruebas es compleja. Por lo tanto, no se han utilizado ampliamente en buques civiles por el momento, y se utilizan principalmente en grandes buques de superficie como portaaviones y submarinos. Con el creciente agotamiento de energías como el petróleo, se espera que las unidades de energía nuclear se fomenten aún más en el campo de los buques civiles.

Conclusión 13

En resumen, las unidades de energía marina se están desarrollando en la dirección de la diversificación y la alta potencia. Los buques civiles medianos y pequeños utilizan principalmente motores diésel de velocidad media y alta. Los buques civiles grandes y medianos utilizan principalmente motores diésel de velocidad media y baja. Las turbinas de vapor tienen las ventajas de una tecnología madura y confiable, buena capacidad de mantenimiento y larga vida útil, pero sus desventajas son la baja eficiencia económica y la instalación compleja. Aunque las turbinas de gas tienen la desventaja de una vida útil corta, los barcos pueden aprovechar al máximo las ventajas de las turbinas de gas de que pueden arrancar rápidamente y obtener alta potencia en poco tiempo, por lo que aún tienen buenas perspectivas.

Las centrales nucleares se convertirán en una fuente importante de energía marina. Una vez que se instala el combustible nuclear, el barco puede navegar durante varios años. Es muy adecuado como fuente de energía para grandes barcos, y las turbinas de vapor también se utilizarán como motor principal. La propulsión eléctrica se convertirá en un tipo de propulsión importante para los barcos del futuro. Puede proporcionar electricidad a través de baterías, generadores impulsados ​​por motores primarios y equipos de generación de energía electroquímica, como las pilas de combustible.