Résumé : Le moteur utilisé pour la propulsion du navire est appelé moteur de propulsion principal (également appelé « moteur principal »), qui joue un rôle décisif dans les performances de l'ensemble de la centrale électrique marine. Les types de centrales électriques marines sont généralement divisés en fonction de différents moteurs principaux. Les moteurs principaux des navires modernes comprennent principalement les moteurs diesel, les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les centrales nucléaires. À l'heure actuelle, la plupart des navires civils et certains navires militaires de taille moyenne et petite utilisent des moteurs diesel ; les navires de grande et moyenne taille utilisent principalement des turbines à vapeur ou des turbines à gaz ; les centrales électriques combinées peuvent répondre aux besoins des navires de surface dans différentes conditions de navigation ; les centrales nucléaires peuvent améliorer considérablement l'endurance et l'autosuffisance des navires, mais elles doivent utiliser des dispositifs de blindage, sont lourdes et ont des structures complexes. Elles conviennent aux grands porte-avions, aux sous-marins de grande et moyenne taille, aux brise-glaces et à certains grands navires civils. Les sous-marins de taille moyenne et petite peuvent utiliser des moteurs diesel pour entraîner des générateurs afin de produire de l'électricité et faire avancer les sous-marins par propulsion électrique. En étudiant les centrales électriques marines, il est utile de comprendre rapidement leurs types, leurs structures, leurs caractéristiques techniques, leurs méthodes d'utilisation et de gestion, améliorant ainsi leurs effets d'application réels pendant la navigation des navires et améliorant les performances énergétiques globales des navires.
Mots clés : moteur diesel ; turbine à gaz ; turbine à vapeur ; groupe électrogène combiné ; énergie nucléaire ; porte-avions ; propulsion électrique

Au début du XIXe siècle, les moteurs à vapeur ont été utilisés avec succès sur le navire fluvial « Clermont » comme principale force de propulsion de l'ensemble du navire, ce qui a marqué la formation du concept de « groupe motopropulseur » pour les navires. Le sens originel du terme « groupe motopropulseur » désigne un ensemble de machines, d'équipements et de systèmes qui remplacent la force humaine ou l'énergie éolienne pour fournir la puissance de propulsion à divers navires. Au fil des ans, grâce au développement et à l'optimisation continus de la technologie des navires, les performances des groupes motopropulseurs associés ont également été progressivement améliorées.

1 Présentation des groupes motopropulseurs marins
Dans les unités de propulsion marine, le moteur qui fournit la source d'énergie permettant aux navires de naviguer est appelé moteur de propulsion principal, également connu sous le nom de moteur principal du navire. Le moteur principal convertit l'énergie thermique provenant de diverses sources en travail mécanique, fournissant ainsi l'énergie nécessaire à la navigation de divers navires. Les unités de puissance sont divisées en plusieurs catégories selon des types spécifiques, notamment les moteurs diesel, les turbines à vapeur, les turbines à gaz, les unités de puissance combinées et les unités d'énergie nucléaire.

Le moteur principal du navire doit être sûr et fiable, avoir une vitalité suffisante, être facile à utiliser, flexible, léger, de petite taille, peu coûteux, à faible consommation de carburant, facile à entretenir et à longue durée de vie, avoir la capacité de marche arrière et pouvoir fonctionner de manière stable à basse vitesse ou à vitesse de croisière, afin de garantir que les différentes performances du navire soient maximisées. L'importance relative de ces caractéristiques varie selon les différentes tâches du navire, la fiabilité étant la plus importante.

Comme mentionné ci-dessus, le moteur principal du navire est l'équipement principal de la centrale électrique. Le choix du type de moteur principal détermine la composition structurelle et les caractéristiques de performance de l'ensemble de la centrale électrique marine en général. Par conséquent, la classification des centrales électriques marines est principalement basée sur le type de moteur principal. L'état de fonctionnement du moteur principal affecte directement la navigation normale et la sécurité de l'ensemble du navire, et une attention particulière doit être accordée lors de la sélection, de la conception et de la fabrication.

2 Caractéristiques techniques et aperçu du développement des moteurs diesel marins

2.1 Présentation des moteurs diesel marins

Les moteurs diesel sont un type courant de moteur à combustion interne. Comme ils n'ont pas besoin d'être équipés d'autres équipements tels que des chaudières, la redondance du système est réduite. Ils sont actuellement largement utilisés sur divers types de navires. Cependant, en raison du mouvement alternatif des moteurs diesel, l'usure, les vibrations et le bruit sont relativement importants. En particulier, l'augmentation de la puissance des moteurs diesel est limitée par l'équipement de traitement, la technologie, les matériaux, le volume et le poids, de sorte qu'il est difficile d'augmenter encore la puissance d'un seul moteur.

Parmi les moteurs diesel, les moteurs diesel à basse vitesse ont le taux de consommation de carburant le plus faible et peuvent brûler du diesel lourd de qualité inférieure, de sorte que le coût du carburant est faible. En raison de la faible vitesse et de la faible usure des moteurs diesel à basse vitesse, la durée de vie est longue et le coût de maintenance est faible. Cependant, le poids et la taille des moteurs diesel à basse vitesse sont importants, et ils occupent plus d'espace dans la cabine et de déplacement, ce qui constitue leur inconvénient. Ce type de moteur est principalement utilisé comme moteur principal des grands navires.

Les moteurs diesel à grande vitesse sont légers et de petite taille, et ils occupent moins d'espace dans la cabine et de déplacement. Cependant, les moteurs diesel à grande vitesse ont un taux de consommation de carburant élevé et doivent utiliser du diesel léger de haute qualité, de sorte que le coût du carburant est relativement plus élevé. Dans le même temps, en raison de la vitesse élevée des moteurs diesel à grande vitesse, la machine s'use davantage, la durée de vie est courte, le coût de maintenance est élevé et le bruit est également élevé. Ce type de moteur est principalement utilisé comme moteur principal des petits navires ou comme moteur auxiliaire des navires de grande et moyenne taille. Les performances des moteurs diesel à vitesse moyenne se situent entre les deux ci-dessus et ils sont généralement utilisés dans les navires de taille moyenne. Cependant, ces dernières années, comme les moteurs diesel à vitesse moyenne peuvent également brûler du pétrole lourd et que le taux de consommation de carburant est proche de celui des moteurs diesel à faible vitesse, avec le développement de la technologie des réducteurs, certains moteurs diesel à vitesse moyenne et à haute puissance ont également été utilisés dans les grands navires.

2.2 Principales caractéristiques techniques des moteurs diesel marins

En général, les avantages techniques des moteurs diesel résident principalement dans les aspects suivants.

1) Bonne rentabilité. Les moteurs diesel sont très économiques dans une large gamme de conditions de fonctionnement. En même temps, les moteurs diesel à faible vitesse peuvent également brûler du pétrole lourd, ce qui réduit considérablement les coûts de carburant. Le taux de consommation de carburant du moteur principal du navire est un facteur important pour déterminer l'efficacité économique des opérations du navire. Dans la situation énergétique actuelle, la grande rentabilité des moteurs diesel garantit de bonnes perspectives d'application.

2) Large plage de puissance. La couverture de puissance et de vitesse des moteurs diesel marins est large et de nombreux modèles peuvent être fournis pour différents types de navires. Les moteurs diesel à basse vitesse sont les modèles les plus puissants parmi les moteurs diesel. Leur développement technologique est représentatif. Leur efficacité économique, leur fiabilité et leur maniabilité ont été considérablement améliorées ces dernières années.

3) Bonne maniabilité. Le moteur diesel démarre rapidement, est facile à utiliser et dispose d'une inversion sensible. Le travail de pré-démarrage peut être effectué en environ 10 minutes. Le temps de transition du démarrage à froid au fonctionnement à pleine charge du moteur principal ne dépasse généralement pas 10 minutes, et pas plus de 3 à 4 minutes en cas d'urgence. L'inversion du moteur principal peut généralement être effectuée en quelques secondes. La maniabilité du moteur principal est un indicateur de performance technique important, qui est particulièrement important pour les navires de surface. Elle affectera directement la capacité de réponse globale et les performances techniques de l'ensemble du navire. À l'ère actuelle, les armes de haute performance représentées par les missiles sont pleinement développées et constituent une menace majeure pour les navires de surface. Par conséquent, raccourcir le temps de préparation, s'engager rapidement dans le combat et quitter la zone de danger à temps sont d'une grande importance pour les navires de surface.

4) Faible consommation d'air, petit espace occupé par les conduits d'admission et d'échappement, plus facile à organiser et meilleure capacité de travail indépendante et résistance aux chocs.

5) Les moteurs diesel à faible vitesse peuvent entraîner directement les hélices et, en adoptant une vitesse inférieure, la cavitation de l'hélice peut être évitée, améliorant ainsi l'efficacité de propulsion de l'hélice. Cette caractéristique améliore non seulement l'efficacité globale de la conversion d'énergie, mais ne nécessite pas non plus de dispositif de réduction, simplifie l'équipement de transmission et permet d'économiser les investissements de construction et les coûts de maintenance pendant la construction navale.

6) Forte adaptabilité environnementale. Les moteurs diesel peuvent continuer à fonctionner sous l'influence d'une contre-pression élevée et d'un vide important qui fluctuent en permanence, et l'atténuation de puissance n'est pas significative. De plus, les moteurs diesel peuvent également être transformés en unités à faible magnétisme pour répondre aux exigences particulières des navires de surface tels que les dragueurs de mines.

7) Les moteurs diesel moyens et petits sont légers, occupent moins d'espace et ont moins d'équipements auxiliaires. L'une des principales exigences techniques des groupes motopropulseurs marins est la légèreté afin de réduire le déplacement occupé par le groupe motopropulseur, ce qui peut augmenter la charge nette du navire ou améliorer la vitesse et l'endurance du navire. Pour les navires moyens et petits, l'espace de la salle des machines est relativement étroit. En plus d'exiger que le groupe motopropulseur soit léger, il est également particulièrement exigé qu'il soit de taille compacte et de petit volume. Le poids et le volume du groupe motopropulseur lui-même dépendent dans une large mesure du moteur principal et de son équipement auxiliaire requis. Avec le développement de la technologie haute pression, la puissance du moteur diesel a été considérablement améliorée tandis que le poids et la taille du moteur diesel n'ont pas beaucoup changé, et le poids unitaire du moteur diesel suralimenté a encore été réduit. Le moteur diesel n'a pas besoin d'être équipé d'un équipement auxiliaire volumineux, et l'équipement auxiliaire requis est également moindre. Les avantages des moteurs diesel moyens et rapides à cet égard sont particulièrement importants. C'est également une raison importante pour laquelle les navires moyens et petits utilisent généralement des moteurs diesel.

À l’heure actuelle, les inconvénients techniques des moteurs diesel se situent principalement dans les aspects suivants.

1) La puissance individuelle des moteurs diesel à vitesse moyenne et élevée est relativement faible.

2) Bien que la puissance des moteurs diesel à basse vitesse soit relativement importante, à mesure que la puissance de l'ensemble de la machine augmente, le volume et le poids de ce type d'unité augmenteront rapidement dans une certaine proportion. Par conséquent, il y aura certaines difficultés dans la conception et la fabrication de moteurs diesel à basse vitesse de plus grande puissance, et en conséquence, des exigences plus élevées sont imposées pour le traitement, l'assemblage et le transport des pièces. Dans le processus de réduction des charges mécaniques et thermiques des matériaux de l'unité, certaines difficultés seront également rencontrées. La hauteur élevée de l'unité limite également son application sur les grands navires de surface tels que les porte-avions.

3) Contrairement aux machines rotatives telles que les turbines à vapeur et les turbines à gaz, les pistons et autres pièces des moteurs diesel continuent de se déplacer en va-et-vient plutôt que de simplement tourner, ce qui génère des forces perturbatrices périodiques. Par conséquent, le moteur diesel produit non seulement de grandes vibrations et du bruit, mais aussi de graves frottements et une usure des pièces, ainsi qu'un fort bruit de vibration à spectre de lignes à basse fréquence, ce qui est très défavorable à la furtivité et à l'anti-furtivité des navires de surface.

4) La vitesse minimale stable du moteur diesel est élevée, ce qui entraîne une zone de travail stable relativement petite de l'unité.

2.3 Aperçu du développement technique des moteurs diesel marins

Comme décrit au point 2.2 de cet article, les principaux avantages des moteurs diesel sont un rendement thermique élevé, un faible taux de consommation de carburant, une bonne économie globale, une large plage de puissance, une large applicabilité, moins d'équipements auxiliaires et un poids total léger. Les principaux défauts des moteurs diesel sont le bruit, les vibrations et les pertes par frottement importantes. Les grands navires civils utilisent principalement des moteurs diesel à basse vitesse comme moteurs principaux. Ce type de moteur a une grande fiabilité, de faibles coûts de maintenance et peut entraîner directement les hélices. Les navires militaires de taille moyenne et petite utilisent principalement des moteurs diesel à moyenne et haute vitesse comme moteurs principaux pour réduire la taille et le poids de l'unité.

Ces dernières années, avec l'augmentation du tonnage des navires, afin d'augmenter la puissance des moteurs diesel, les moteurs diesel à basse vitesse se développent dans le sens d'une augmentation du diamètre des cylindres et d'une augmentation de la suralimentation, ce qui peut répondre aux exigences de propulsion des navires de grande puissance et peut entraîner les hélices grâce à des dispositifs de réduction de vitesse. En particulier dans divers types de bateaux fluviaux, les moteurs diesel ont un avantage absolu et sont devenus presque le seul type de puissance.

Ces dernières années, la question des économies d'énergie est devenue un sujet de recherche majeur au niveau national et international. Des travaux de recherche pertinents sont actuellement menés pour améliorer l'efficacité thermique des moteurs diesel marins. Outre l'amélioration du système de combustion, du système d'injection et du système de suralimentation, ainsi que la réduction des pertes par frottement et des pertes par fuite d'air, des recherches sont également menées pour réduire les pertes de refroidissement, par exemple en utilisant pleinement l'énergie des gaz d'échappement et en installant une turbine de puissance après le turbocompresseur à gaz d'échappement pour exploiter pleinement l'énergie des gaz d'échappement. À l'heure actuelle, il reste encore beaucoup de travaux de recherche et de développement à réaliser sur les moteurs diesel marins.

Ces dernières années, la technologie des moteurs diesel marins s'est développée rapidement, ce qui se reflète principalement dans les aspects suivants.

1) Les moteurs diesel haute puissance utilisent généralement une technologie de suralimentation élevée et améliorent progressivement les performances des unités dans des conditions de travail difficiles.

2) Adopter une conception modulaire et une technologie de fabrication de haute fiabilité.

3) Les moteurs diesel à vitesse moyenne et faible utilisent des technologies connexes pour brûler entièrement le pétrole lourd.

4) Adopter une technologie de contrôle électronique « intelligente » et une technologie de système de carburant à rampe commune haute pression, ainsi que des technologies à faibles émissions et autres technologies connexes.

Pendant longtemps, les navires civils à usages divers utilisaient généralement des moteurs diesel comme moteurs, tandis que les grands navires utilisaient principalement des turbines à vapeur. Ces dernières années, avec l'amélioration de la technologie de combustion du pétrole lourd des moteurs diesel, la puissance des moteurs diesel à faible vitesse a été considérablement améliorée. Même sur les grands navires, les moteurs diesel ont tendance à remplacer progressivement les turbines à vapeur. Sur les navires fluviaux, en raison des limitations des conditions objectives telles que la profondeur du chenal et le tonnage du navire, la plupart des navires fluviaux utilisent des moteurs diesel à vitesse moyenne et élevée comme moteurs principaux.

3 Caractéristiques techniques et aperçu du développement des turbines à vapeur marines

3.1 Présentation des turbines à vapeur marines

Les turbines à vapeur sont un type de machine à turbine thermique qui utilise la détente de la vapeur pour convertir l'énergie thermique en énergie mécanique. Parmi elles, les chaudières, les corps de turbine à vapeur, les condenseurs et les pompes d'alimentation sont des équipements relativement importants.

Comme les machines à vapeur, les turbines à vapeur sont des dispositifs de puissance qui convertissent l'énergie thermique de la vapeur en travail mécanique. La différence entre les deux est que dans les turbines à vapeur, l'énergie thermique de la vapeur est convertie en énergie cinétique de la vapeur, et cette partie de l'énergie cinétique est ensuite convertie en travail mécanique et transmise à l'arbre de la turbine. En termes de processus de fonctionnement, la vapeur à haute pression de la chaudière pénètre dans la buse fixe et la vapeur se dilate dans la buse. Lors de l'expansion, la pression de la vapeur diminue et le débit de vapeur augmente en conséquence. Le flux de vapeur à grande vitesse impacte les pales installées sur la roue, provoquant la rotation de la roue.

3.2 Principales caractéristiques techniques des turbines à vapeur marines

D’une manière générale, les turbines à vapeur présentent les avantages techniques suivants.

1) En tant que moteur thermique doté de la puissance unitaire la plus élevée, il peut répondre efficacement aux besoins énergétiques des grands navires de surface.

2) Il a une grande fiabilité et une longue durée de vie, et sa durée de vie effective peut atteindre plus de 100,000 XNUMX heures, et le processus de fonctionnement, de maintenance et de maintenance est relativement simple.

3) L'unité présente de faibles vibrations, frottements et bruits, ce qui peut offrir un environnement plus silencieux et plus confortable au personnel du navire.

4) Il présente une forte adaptabilité au carburant et peut utiliser un carburant de qualité inférieure, ce qui améliore en conséquence les performances économiques.

Mais en même temps, les turbines à vapeur présentent également les inconvénients suivants.

1) Le processus de conversion d'énergie est complexe et peu rentable. Au cours du processus de transfert d'énergie, de l'énergie thermique sera perdue dans les chaudières, les canalisations, les vannes, les pompes et d'autres équipements, en particulier dans le condenseur, de sorte que l'efficacité thermique de l'unité est relativement faible. Pour les turbines à vapeur utilisant des cycles simples, leur rentabilité est médiocre, pas aussi bonne que celle des moteurs diesel ou des turbines à gaz. La principale raison est que la température initiale du fluide de travail est basse et qu'une grande quantité d'énergie thermique sera absorbée par l'eau de refroidissement du condenseur, de sorte que l'efficacité du cycle est inférieure à celle des deux autres types de moteurs principaux.

2) La composition du système est complexe. La turbine à vapeur utilise la vapeur comme fluide de travail et doit être équipée de chaudières, de condenseurs, de pompes et d'autres dispositifs auxiliaires, ou équipée de réacteurs nucléaires et de systèmes associés pour obtenir de la vapeur à haute température. Par conséquent, l'indice de poids de la turbine à vapeur est supérieur à celui des moteurs diesel à vitesse moyenne, des moteurs diesel à grande vitesse et des turbines à gaz. Et affectée par le processus de préparation de la vapeur, la maniabilité de la turbine à vapeur n'est pas aussi bonne que celle des unités ci-dessus.

3) En raison de la vitesse élevée, la turbine à vapeur doit être équipée d'un dispositif de réduction, ce qui augmente encore le poids de l'unité, rend la composition du système plus compliquée, augmente les coûts de conception et de fabrication et réduit la fiabilité du système.

3.3 Aperçu du développement technique des turbines à vapeur marines

Les turbines à vapeur étant rotatives, elles fonctionnent en douceur, produisent peu de vibrations et de bruit, produisent moins de frottements et d'usure et ont une longue durée de vie, ce qui les rend particulièrement adaptées aux navires à passagers. Les turbines à vapeur sont faciles à entretenir et ont une grande fiabilité. Elles peuvent fonctionner à pleine charge pendant une longue période, ont une forte capacité de surcharge et sont plus adaptables à l'environnement. Les turbines à vapeur ont une puissance élevée, peuvent brûler du pétrole lourd ou du gaz naturel liquéfié et sont plus petites que les moteurs à vapeur en termes de poids et de volume. Cependant, le processus de conversion d'énergie des turbines à vapeur est plus compliqué, avec une faible efficacité thermique, un taux de consommation de carburant élevé et une faible économie. Actuellement, elles sont principalement utilisées dans les pétroliers de gros tonnage, les porte-conteneurs et les navires à gaz naturel liquéfié.

Étant donné que les turbines à vapeur ne peuvent tourner que dans un seul sens, un étage inverse est généralement installé sur l'arbre du cylindre basse pression de la turbine à vapeur avant pour obtenir la puissance nécessaire à la rotation inverse. L'étage inverse ne comporte généralement pas plus de trois rangées d'aubes rotatives, ou peut n'en avoir que deux, et la puissance qu'il génère est d'environ 40 % de la puissance avant. Pendant le fonctionnement normal de la turbine à vapeur, l'étage inverse est en état inverse, il est donc généralement installé à l'extrémité basse pression de la turbine à vapeur basse pression. La densité de vapeur de cette partie est faible, de sorte que la perte de résistance au gaz générée par la turbine à vapeur inverse est également faible.

En 1896, le Royaume-Uni a utilisé avec succès des turbines à vapeur comme moteurs principaux de navires, et la vitesse d'essai a pu atteindre 34.5 nœuds (nœuds). Depuis lors, les turbines à vapeur ont été largement utilisées sur les navires de grande puissance. Les premières turbines à vapeur étaient utilisées directement pour entraîner les hélices, et aucun réducteur n'était utilisé. Afin de faire fonctionner l'hélice à une vitesse idéale, un réducteur a été ajouté à la turbine à vapeur afin que la turbine à vapeur et l'hélice puissent fonctionner à leurs vitesses optimales respectives. En 1916, presque toutes les turbines à vapeur marines utilisaient des réducteurs, et le rapport de réduction est passé de 1:20 initial à plus de 1:80. Après l'adoption du dispositif de réduction, la turbine à vapeur peut fonctionner à une vitesse plus élevée, l'efficacité est considérablement améliorée, la taille du corps de la machine est réduite en conséquence, l'ensemble du dispositif est plus compact, le poids total est considérablement réduit et l'efficacité de travail de l'hélice est considérablement améliorée, faisant de la turbine à vapeur un dispositif d'énergie marine de grande puissance idéal. De nombreux grands navires à passagers, superpétroliers et porte-conteneurs à grande vitesse utilisent des turbines à vapeur.

Depuis longtemps, en raison de son avantage significatif en termes de puissance de sortie, les turbines à vapeur ont certaines perspectives d'application dans divers grands navires, en particulier dans le domaine des grands navires de surface. Cependant, en raison du démarrage tardif de l'industrie de fabrication de turbines à vapeur de mon pays, la proportion de navires utilisant des turbines à vapeur comme moteurs principaux n'est pas élevée. Avec l'amélioration du système de construction navale de mon pays, on s'attend toujours à ce qu'il soit pleinement développé. À l'heure actuelle, il existe deux tendances principales dans le développement des turbines à vapeur marines à ce stade : l'une consiste à améliorer l'efficacité thermique du système, en augmentant les paramètres initiaux de la vapeur et en adoptant des cycles complexes, améliorant ainsi l'efficacité du moteur principal et des moteurs auxiliaires ; l'autre consiste à utiliser des paramètres de vapeur plus faibles et à augmenter le débit de vapeur, de sorte que le corps de turbine et la chaudière puissent adopter un système structurel plus simple, simplifiant ainsi le processus de gestion et améliorant la fiabilité de l'appareil.

4 Caractéristiques techniques et aperçu du développement des turbines à gaz marines

4.1 Présentation des turbines à gaz marines

Depuis leur introduction, les turbines à vapeur et les moteurs diesel ont été largement utilisés. Comme décrit dans les sections 2.2 et 3.2 de cet article, les moteurs diesel sont un type de moteur à combustion interne, où le carburant brûle à l'intérieur du cylindre, et ont l'avantage d'une bonne maniabilité ; les turbines à vapeur sont un type de machine à turbine thermique, et leur principal avantage est qu'elles ont une grande puissance unitaire. Les turbines à gaz combinent les avantages des deux et sont un type de moteur thermique qui a été officiellement développé au milieu du 20e siècle après les deux.

Comme les turbines à vapeur, les turbines à gaz sont également un type de machine à turbine thermique, principalement composée de trois parties : un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Parmi elles, la turbine comprend principalement une turbine de suralimentation et une turbine de puissance. La turbine de suralimentation est coaxiale au compresseur, et la turbine de puissance entraîne l'hélice par l'intermédiaire du système d'arbre, qui est généralement également appelé turbine à gaz à double arbre. Le compresseur, la chambre de combustion et la turbine de suralimentation constituent ensemble le générateur de gaz.

4.2 Principales caractéristiques techniques des turbines à gaz marines

Au cours du processus de développement, les turbines à gaz ont d'abord été largement utilisées dans le domaine de la propulsion aéronautique et ont entièrement remplacé les moteurs à pistons. Depuis 1947, les turbines à gaz ont également été utilisées dans le domaine des navires de surface et ont fait de grands progrès au cours des décennies suivantes. Elles sont progressivement devenues l'une des principales unités de puissance des navires de surface et ont été très appréciées par les marines du monde entier. Leurs principaux avantages techniques sont les suivants :

1) Bonne maniabilité, excellentes performances de démarrage et d'accélération. La turbine à gaz démarre à froid et ne prend que 2 à 3 minutes pour atteindre les conditions de pleine charge. Une fois l'ennemi découvert, le navire peut réagir rapidement et s'engager rapidement dans le combat, améliorant ainsi la maniabilité du combat et réduisant efficacement le temps de préparation. Les avantages ci-dessus sont d'une grande importance pour les navires de surface.

2) La turbine à gaz est légère et de petite taille, peut être transformée en un corps de boîte et a une puissance unitaire élevée.

3) Il y a peu d'accessoires, et la plupart d'entre eux sont installés sur le châssis, donc l'unité a une forte vitalité.

4) Le degré d’automatisation est élevé et moins de personnel est nécessaire.

5) L'amplitude de vibration de l'unité est faible, ce qui peut améliorer efficacement l'environnement de travail du personnel du navire.

6) Il est facile à réparer, simple à gérer, nécessite peu de maintenance et permet un contrôle automatique facile à réaliser.

Bien que les turbines à gaz présentent des avantages techniques exceptionnels, elles présentent également les inconvénients suivants.

1) L'économie des turbines à gaz n'est pas aussi bonne que celle des moteurs diesel, en particulier lorsqu'elles s'écartent des conditions de fonctionnement nominales, le taux de consommation de carburant des turbines à gaz augmente rapidement. En prenant comme exemple la turbine à gaz WR-21, son taux de consommation de carburant dans les conditions nominales est similaire à celui des moteurs diesel à grande vitesse, mais lorsqu'elle fonctionne dans des conditions de faible charge, le taux de consommation de carburant de ce type de turbine à gaz augmente rapidement. C'est précisément en raison de l'existence des problèmes ci-dessus que l'application des turbines à gaz dans les navires civils est limitée.

2) Les turbines à gaz ne peuvent pas être inversées directement et doivent être équipées d'un dispositif de transmission inversée ou d'une hélice à pas réglable, ce qui rend la structure de l'unité de puissance plus compliquée et augmente le coût du système.

3) La turbine à gaz présente une grande section transversale pour les conduits d'admission et d'échappement, ce qui affecte la disposition générale du pont et de la cabine du navire de surface.

4) La température d'échappement est élevée et le rayonnement thermique est fort, de sorte que ses caractéristiques de signal thermique sont également fortes, ce qui affecte la dissimulation de l'ensemble du navire.

5) Il est sensible aux conditions environnementales telles que la température, ce qui affecte facilement l'efficacité thermique de l'unité.

6) La durée de vie de l'unité est courte. Étant donné que la chambre de combustion et les aubes de turbine de la turbine à gaz fonctionnent en permanence dans des conditions de température et de pression élevées, l'air marin aspiré par la turbine à gaz contient une certaine quantité de sel. Sous l'action de substances telles que le sodium et le vanadium, les aubes et les buses de la turbine peuvent se corroder en peu de temps. Bien que des matériaux d'alliage de haute qualité soient généralement sélectionnés, la durée de vie des turbines à gaz marines est encore courte.

4.3 Aperçu du développement technique des turbines à gaz marines

Par rapport aux turbines à vapeur, les turbines à gaz sont de petite taille, légères, consomment peu de carburant, sont efficaces au démarrage et à l'accélération, sont simples à utiliser et à entretenir au quotidien et sont pratiques pour le contrôle centralisé à distance. Par rapport aux moteurs diesel, bien que les turbines à gaz aient un rendement thermique relativement faible, elles ont une puissance unitaire plus élevée, une structure plus simple, moins de pièces, un poids plus léger, une taille plus petite et une fiabilité progressivement améliorée. Par conséquent, leurs domaines d'application se sont progressivement élargis ces dernières années.

Ces dernières années, certains navires civils à grande vitesse ont également commencé à utiliser des turbines à gaz comme principale source d'énergie. Les principaux navires de certains pays utilisent tous des turbines à gaz comme source d'énergie. Avec la croissance de la demande en énergie des navires, il est également prévu d'utiliser des turbines à gaz comme centrales électriques. La recherche et le développement des turbines à gaz marines dans mon pays ont également fait des progrès significatifs et offrent de vastes perspectives de développement.

À ce stade, deux types différents de turbines à gaz sont principalement développés : les turbines à gaz dérivées de l'aviation et les turbines à gaz industrielles. Les turbines à gaz dérivées de l'aviation ont les caractéristiques d'une structure simple, d'un poids léger et d'un contrôle facile, mais elles doivent utiliser un carburant de haute qualité. Les turbines à gaz industrielles sont un autre type de modèle, qui a une durée de vie plus longue et peut utiliser du pétrole lourd correctement traité. Les unités industrielles utilisent généralement des régénérateurs. La combustion du carburant nécessite une grande quantité d'air et produit une grande quantité de gaz d'échappement, ce qui fait de l'alimentation en air et des émissions de gaz de combustion des problèmes importants.

Une autre raison du développement rapide des turbines à gaz marines est qu'elles héritent et utilisent les bases techniques existantes des turbines à gaz d'aviation et des turbines à gaz industrielles. En particulier pour les premières, les moteurs d'aviation ont toujours été les précurseurs du développement de la technologie des turbines à gaz. Le principe des turbines à gaz est connu depuis longtemps, mais pendant longtemps, par rapport aux turbines à vapeur, l'application des turbines à gaz dans l'industrie a été relativement lente. Le fluide de travail des turbines à vapeur peut se condenser en eau, de sorte que la puissance consommée par la pompe à eau d'alimentation n'est pas importante. Cependant, le fluide de travail des turbines à gaz est de l'air et du gaz qui ne peuvent pas se condenser en eau, de sorte que le compresseur doit consommer une quantité considérable d'énergie pour réaliser le processus de compression. Par conséquent, ce n'est que lorsque la température du cycle, le compresseur et l'efficacité de la turbine sont élevés que la turbine à gaz peut avoir un rendement de cycle élevé et fournir une grande puissance utile. Ce sont les difficultés techniques liées aux matériaux à haute température, à la technologie de refroidissement des pales et aux performances aérodynamiques des compresseurs qui limitent le développement et l'application des turbines à gaz.

Par rapport aux turbines à gaz industrielles, les turbines à gaz marines ont des exigences plus strictes en matière de poids et de taille de l'unité. Cependant, cette exigence est relativement lâche par rapport à celle des turbines à gaz d'aviation. Au contraire, l'accent, ou la principale contradiction, de la conception aérodynamique des turbines à gaz marines est souvent une efficacité élevée des composants et des caractéristiques de fonctionnement variables stables. Dans le même temps, afin de raccourcir le cycle de développement, il est nécessaire de réduire la charge de travail de débogage. Lors de la conception des principaux composants des turbines à gaz marines, il est nécessaire d'accorder toute l'attention aux exigences d'une technologie mature, de solutions stables, d'une structure simple et d'une fabrication pratique. Contrairement aux turbines à gaz d'aviation, la puissance de croisière des turbines à gaz marines est nettement inférieure à sa puissance maximale. Bien que cette particularité puisse être résolue en adoptant une unité de puissance combinée d'une unité de croisière et d'une unité d'accélération, elle pose toujours certaines exigences pour l'économie des turbines à gaz marines dans une large gamme de conditions de charge.

Actuellement, les turbines à gaz dérivées de l'aviation sont généralement devenues les unités de puissance des navires militaires. Les turbines à gaz industrielles sont plus adaptées aux navires civils, qui ont des exigences plus faibles en termes de poids et de taille de l'unité de puissance. Si le navire doit faire marche arrière, des hélices à pas variable et une propulsion électrique peuvent être utilisées. De plus, les turbines à gaz à cycle fermé ont un rendement élevé, mais sont encore au stade de la recherche. Sur les navires, les turbines à gaz sont souvent utilisées avec des unités de puissance combinées.

Pour l'instant, les turbines à gaz marines ont toujours été développées autour de l'augmentation de la puissance, de l'amélioration de l'efficacité et de la réduction de la taille et du poids. Son orientation de développement futur est principalement la suivante.

1) Continuer à développer des cycles simples avec des paramètres initiaux plus élevés, augmenter continuellement la température initiale du gaz et augmenter le rapport de pression en conséquence, tout en adoptant une technologie de refroidissement plus efficace. En adoptant une technologie de refroidissement avancée, la température initiale du gaz peut être augmentée d'environ 25 ℃ en moyenne chaque année. Ces dernières années, des matériaux à haute résistance et résistants à la chaleur ont également été continuellement développés. En adoptant des matériaux à haute température, la température initiale du gaz peut être augmentée d'environ 10 ℃ en moyenne chaque année.

2) Poursuivre le développement de cycles complexes et exploiter pleinement la chaleur dégagée par les turbines à gaz pour améliorer l'efficacité globale de l'unité. À cette fin, des cycles de récupération de chaleur et des cycles combinés gaz-vapeur peuvent être utilisés.

3) Améliorer encore les performances des principaux composants de la turbine à gaz et améliorer l’efficacité globale de l’unité.

5 Comparaison des paramètres techniques des moteurs principaux marins

La puissance de sortie est un facteur sur lequel les grands navires de surface doivent se concentrer lors du choix des moteurs principaux. En règle générale, deux indicateurs principaux déterminent la puissance de sortie réelle des moteurs thermiques : le débit du fluide de travail et la chute d'enthalpie spécifique du fluide de travail par unité de débit.

En partant du principe que la taille de l'unité est similaire, les turbines à gaz sont nettement meilleures que les moteurs diesel en termes de puissance de sortie. La principale raison du phénomène ci-dessus est la continuité du flux de fluide de travail de la turbine à gaz elle-même. Le processus de combustion à l'intérieur de la turbine à gaz est dans un état continu, tandis que le processus de combustion à l'intérieur du moteur diesel est intermittent. Afin d'éviter une défaillance à haute température et d'autres phénomènes, la température de pointe du fluide de travail à l'intérieur de la turbine à gaz est généralement inférieure à celle du moteur diesel. De plus, l'effet de compression du compresseur axial utilisé dans les turbines à gaz n'est généralement pas aussi bon que le mécanisme à piston des moteurs diesel. Par conséquent, en termes de chute d'enthalpie spécifique du fluide de travail par débit unitaire, les turbines à gaz n'ont pas d'avantage. Cependant, comme mentionné ci-dessus, étant donné que le fluide de travail à l'intérieur de la turbine à gaz est dans un état d'écoulement continu et qu'il n'y a pas de phénomène de débit alternatif, le fluide de travail présente un net avantage en termes de débit. En général, en partant du principe que la taille structurelle et le poids sont similaires, la puissance de sortie des turbines à gaz est généralement supérieure à celle des moteurs diesel.

Français Comparé aux turbines à vapeur, qui sont également des machines à turbine thermique, le fluide de travail à l'intérieur des turbines à gaz est également dans un état d'écoulement continu. Bien que la température du fluide de travail à l'intérieur de la turbine à gaz soit plus élevée, sa pression est nettement plus basse. La pression du fluide de travail de la turbine à gaz n'est généralement que de quelques MPa, mais la pression de vapeur de la turbine à vapeur ultra-supercritique actuelle peut atteindre 30 MPa, ce qui entraîne une chute d'enthalpie spécifique disponible de la turbine à gaz d'environ 1/5 à 1/3 de celle de la turbine à vapeur. En général, les turbines à gaz sont généralement inférieures aux turbines à vapeur en termes de puissance de sortie, mais compte tenu de la grande maniabilité et de la gestion de l'automatisation des turbines à gaz, elles ont encore certaines perspectives d'application dans le domaine des grands navires de surface. Sur la base de ce qui précède, les paramètres techniques pertinents de divers moteurs principaux marins sont présentés dans le tableau 1.

6 Caractéristiques techniques et aperçu du développement des groupes motopropulseurs marins

6.1 Origine des groupes motopropulseurs marins combinés

Les unités de puissance marine ci-dessus diffèrent en termes de puissance, de vitesse, de maniabilité, d'économie, de poids et de taille. Pour les navires civils, la principale considération est l'économie, et les lacunes ne peuvent être améliorées que par des mesures appropriées. Pour les navires militaires, l'efficacité au combat est l'objectif principal, et une plus grande attention est accordée à l'amélioration de la puissance de l'unité pour améliorer la vitesse et la maniabilité de l'ensemble du navire.

Selon les statistiques pertinentes (tableau 2), pendant la navigation, les navires de surface sont la plupart du temps en conditions de croisière (à faible vitesse). À ce moment-là, la puissance de sortie du groupe motopropulseur ne dépasse généralement pas 25 % de la puissance totale, de sorte qu'un groupe ayant une puissance plus faible, une durée de vie plus longue et un taux de consommation de carburant plus faible peut être sélectionné pour l'exploitation. En cas de guerre ou d'exercice de combat réel (le temps de navigation des navires de surface dans de telles conditions ne représente qu'environ 3 % du temps de navigation total), un autre groupe d'accélération ayant une puissance plus élevée et un taux de consommation de carburant plus élevé en conséquence peut être utilisé. Dans le même temps, le groupe de croisière et le groupe d'accélération peuvent également être mis en service ensemble pour produire une puissance plus élevée et répondre aux exigences de vitesse élevée. Un tel dispositif est généralement appelé groupe motopropulseur combiné, qui peut être utilisé pour équilibrer les exigences économiques des navires de surface dans des conditions de croisière et les exigences de manœuvrabilité élevée pendant le combat.

6.2 Aperçu du développement des groupes électrogènes combinés et de leurs types de combinaison

6.2.1 Aperçu du développement des unités de production combinée de puissance

Jusqu'à présent, les groupes motopropulseurs combinés pour navires de surface ont été développés depuis longtemps. L'expérience montre que chaque fois qu'un nouveau type de moteur thermique apparaît, un nouveau type de groupe motopropulseur combiné composé de ce type d'unité et d'autres moteurs principaux existants apparaît souvent. Dans la pratique, à mesure que les performances techniques des nouveaux moteurs thermiques s'améliorent, un seul type de groupe motopropulseur prend progressivement l'avantage et remplace le groupe motopropulseur combiné utilisé auparavant. Jusqu'à ce que des moteurs thermiques plus avancés apparaissent, ils seront à nouveau combinés aux moteurs principaux existants pour produire un groupe motopropulseur combiné plus novateur. Ce phénomène se répète sans cesse.

Plus précisément, la machine à vapeur est un type de machine thermique qui est née pendant la révolution industrielle et a joué un rôle important dans l'histoire de l'humanité. À la fin du XIXe siècle, la turbine à vapeur est apparue, qui est un nouveau type de machine à vapeur. La première machine à vapeur combinée de l'histoire était composée d'une machine à vapeur et d'une turbine à vapeur. Le concept de conception de ce type de machine à vapeur combinée est le suivant : en raison de la limitation du volume libre et de la course du cylindre de la machine à vapeur, la vapeur à haute température ne peut pas être entièrement détendue dans le cylindre, de sorte qu'une turbine à vapeur est disposée derrière la machine à vapeur. La vapeur qui a travaillé dans la machine à vapeur entre dans la turbine à vapeur pour se dilater à nouveau, récupérant ainsi une partie de l'énergie de la vapeur. De cette manière, l'utilisation en cascade de l'énergie est obtenue et la puissance et l'efficacité thermique de l'unité sont efficacement améliorées.

Cependant, avec le développement de la technologie, les machines à vapeur ont progressivement disparu de la scène historique et divers grands navires sont plus enclins à utiliser un seul type de moteur principal tel que les turbines à vapeur. Afin de faire progresser les avantages techniques des turbines à vapeur et de surmonter leurs inconvénients, en plus d'améliorer continuellement les performances techniques du corps de la turbine à vapeur, il peut également former une unité de puissance combinée avec d'autres types de moteurs thermiques. Après la Seconde Guerre mondiale, avec l'amélioration progressive de la technologie des turbines à gaz, ses excellentes performances énergétiques ont également attiré une attention généralisée, et une série d'unités de puissance combinées avec elle comme unité d'accélération ont progressivement émergé.

Actuellement, il existe principalement les types suivants d’unités de production d’énergie combinée dominées par les turbines à gaz.

1) Centrale électrique combinée à combustion de vapeur. Ce type de centrale électrique combinée utilise une petite turbine à vapeur comme dispositif de croisière et une turbine à gaz comme dispositif d'accélération. Par rapport à une centrale électrique à turbine à vapeur unique, ce type de centrale électrique combinée a été considérablement amélioré en termes de taille, de poids et de performances d'accélération au démarrage.

2) Centrale électrique à combustible mixte. Les centrales électriques à combustible mixte sont divisées en deux types : les centrales électriques à combustible mixte et les centrales électriques à combustible mixte. L'unité de croisière et l'unité d'accélération de ce dispositif sont toutes deux des turbines à gaz. La turbine à gaz de croisière peut fournir de manière économique la faible puissance nécessaire à la croisière et fonctionner comme une unité d'accélération dans des conditions de vitesse élevée. Ce système présente les avantages d'un fonctionnement flexible, d'une puissance élevée et d'un poids léger, mais l'appareil est coûteux et les conduits d'admission et d'échappement occupent un grand espace sur le pont, ce qui affecte l'agencement de l'ensemble du navire.

3) Centrale électrique combinée diesel-carburant. Ce type de centrale électrique combinée est divisé en deux types : les centrales électriques combinées diesel-carburant et les centrales électriques alternatives diesel-carburant. Ce dispositif utilise un moteur diesel comme unité de croisière et une turbine à gaz comme unité d'accélération. Les moteurs diesel sont utilisés pour la croisière et la marche arrière, et les turbines à gaz sont utilisées pour la navigation à grande vitesse. Ce type de centrale électrique combinée présente les avantages d'une faible consommation de carburant, d'une bonne accélération et d'une bonne fiabilité.

6.2.2 Principaux types de combinaisons de groupes électrogènes combinés

Compte tenu des avantages techniques exceptionnels des turbines à gaz, les unités de puissance combinées qui en sont composées sont présentées ci-dessous et résumées dans le tableau 3.

6.3 Principales caractéristiques techniques des groupes électrogènes combinés

En général, le groupe motopropulseur combiné présente les caractéristiques techniques suivantes.

1) Étant donné qu'une turbine à gaz plus légère et plus maniable est utilisée comme unité d'accélération, et fournit ainsi la majeure partie (ou même la totalité) de la puissance dans des conditions de charge élevée, le poids total de l'unité de puissance de l'ensemble du navire peut être réduit en conséquence.

2) Étant donné qu’une unité de croisière plus efficace et plus économique est utilisée, l’endurance des navires de surface peut être grandement améliorée.

3) Étant donné que deux types d’unités indépendantes sont utilisées, la fiabilité de l’unité d’alimentation est améliorée.

4) Pour réaliser le processus inverse des navires de surface, l'unité de puissance combinée est plus adaptée à l'adaptation aux systèmes connexes tels que les hélices à pas, les réducteurs et la propulsion électrique. À l'heure actuelle, n'importe quel moteur principal peut entraîner l'hélice indépendamment. Cependant, il convient de noter que si un moteur principal capable d'effectuer une rotation inverse (comme un moteur diesel à basse vitesse et la turbine inverse mentionnée au point 3.3 de cet article) est utilisé, cela entraînera souvent une inadéquation de la puissance de transmission ou d'autres problèmes techniques plus complexes, réduisant ainsi la fiabilité du système.

6.4 Tendance générale du développement des unités de production combinée de puissance

Comme mentionné ci-dessus, en raison des différentes caractéristiques de performance et de l'applicabilité de plusieurs types de moteurs thermiques, il n'est pas possible de transformer les moteurs principaux associés en une unité de puissance combinée idéale en les combinant simplement par paires.

En ce qui concerne les groupes motopropulseurs combinés actuels, les turbines à gaz sont principalement utilisées comme groupes d'accélération. Prenons l'exemple du groupe motopropulseur combiné de type COGOG : le groupe de croisière utilise généralement une turbine à gaz lourde avec un poids unitaire plus important, une puissance plus faible, un taux de consommation de carburant plus faible et une durée de vie plus longue, tandis que le groupe d'accélération utilise généralement une turbine à gaz légère avec une puissance plus importante, un taux de consommation de carburant plus élevé et une durée de vie plus courte.

Un autre exemple est le groupe électrogène combiné de type COSAG mentionné ci-dessus. Avec l'augmentation de la puissance des moteurs diesel et l'amélioration de l'efficacité des turbines à gaz ces dernières années, ainsi que l'effet d'utilisation réel et la fiabilité de la turbine à vapeur inversée dans l'état combiné de l'unité, il est urgent de l'améliorer. Par conséquent, le groupe électrogène combiné de type COSAG est progressivement remplacé par le groupe électrogène combiné de type CODOG et le groupe électrogène combiné de type CODAG.

7 Caractéristiques techniques et spécificités des réacteurs nucléaires marins

7.1 Présentation des centrales nucléaires marines

La partie principale d'une centrale nucléaire est un réacteur atomique, qui équivaut au four et à la chambre de combustion d'une chaudière. Les centrales nucléaires utilisent généralement de l'U235 comme combustible nucléaire du réacteur. Les navires de guerre à propulsion nucléaire utilisent généralement du combustible nucléaire à haute concentration avec une concentration de plus de 20 à 40 % pour réduire la taille et le poids de l'appareil. Les navires marchands à propulsion nucléaire, du point de vue de l'économie, utilisent principalement du combustible nucléaire à faible concentration avec une concentration inférieure à 5 %. Les centrales nucléaires peuvent améliorer considérablement l'endurance du moteur principal du navire, et il n'est pas nécessaire d'inhaler de l'air et d'évacuer les gaz d'échappement, ce qui est particulièrement important pour les sous-marins. Par conséquent, les centrales nucléaires sont d'abord largement utilisées sur les sous-marins. Les centrales nucléaires ont également de bonnes perspectives d'application sur les grands navires tels que les porte-avions et les croiseurs. En raison des dangers que représentent les substances radioactives présentes dans les navires à propulsion nucléaire pour le corps humain et de la pollution des eaux portuaires, il est nécessaire d'utiliser une couche de protection en plomb de grande taille et un ensemble complet de mesures de protection de sécurité, ce qui est coûteux et la technologie de test et de gestion est complexe. Bien qu'elle soit également utilisée dans les navires civils, elle n'a pas été largement promue et est encore en phase de développement.

7.2 Principales caractéristiques techniques des centrales nucléaires marines

L’application à grande échelle des réacteurs nucléaires a ouvert de larges perspectives pour le développement des centrales électriques marines, et ses avantages techniques sont principalement les suivants.

1) Une quantité infime de combustible nucléaire peut être utilisée pour obtenir une énergie énorme. Les navires utilisant des centrales nucléaires peuvent parcourir des distances extrêmement longues à grande vitesse. Par exemple, une centrale nucléaire d'une puissance d'environ 11,040 15,000 kW (15 18 ch) ne consomme que XNUMX à XNUMX g de combustible nucléaire en un jour et une nuit. Le premier sous-marin nucléaire des États-Unis, le Nautilus, peut faire le tour du monde sous l'eau sans ravitaillement. Le brise-glace nucléaire soviétique Lénine peut naviguer sans interruption pendant un an sans ravitaillement. Après avoir utilisé des centrales nucléaires, l'endurance des navires de surface est considérablement améliorée et l'espace économisé peut être utilisé pour transporter davantage d'armes et d'équipements, améliorant ainsi la capacité de combat de l'ensemble du navire.

2) Pas de consommation d'air. Le processus de réaction nucléaire ne nécessite pas la participation d'air. Cette caractéristique est inégalée par tout autre type de centrale électrique, en particulier pour les sous-marins. En utilisant des centrales nucléaires, l'efficacité au combat des sous-marins peut être considérablement améliorée, et ils peuvent être cachés dans les profondeurs marines pendant une longue période, ce qui les rend difficiles à découvrir par l'ennemi. La caractéristique des centrales nucléaires de ne pas consommer d'air présente également certains avantages pour les navires de surface, car il n'est pas nécessaire d'installer des conduits d'admission et d'échappement d'air, et aucune fumée à haute température ne sera générée, ce qui améliore d'autant la dissimulation. En cas de guerre nucléaire, le risque d'inhaler de la fumée radioactive provenant de l'admission d'air est également réduit, ce qui facilite la mise en œuvre de la protection nucléaire.

Mais en même temps, les centrales nucléaires présentent également certains inconvénients, principalement les suivants.

1) Poids et taille importants. Étant donné que le processus de réaction nucléaire libère une grande quantité de substances radioactives, qui causeront de graves dommages au corps humain et provoqueront une certaine pollution de la haute mer, des eaux côtières et des quais, il est nécessaire d'installer des barrières pesant des centaines de tonnes, voire des milliers de tonnes, pour empêcher la fuite de substances radioactives, ce qui augmente la taille et le poids de l'ensemble de la centrale.

2) Les centrales nucléaires sont coûteuses et leur technologie d’exploitation et de gestion est complexe, ce qui limite dans une certaine mesure leur promotion à grande échelle.

Pour les raisons susmentionnées, les centrales nucléaires sont principalement utilisées pour les grands navires de surface et les sous-marins, et leur développement dans le domaine des navires civils est relativement lent.

7.3 Types spécifiques de réacteurs nucléaires marins
Pour assurer la sécurité du personnel à bord, les navires à propulsion nucléaire ont généralement des exigences de protection contre la radioactivité plus strictes que les centrales nucléaires terrestres. Les navires de surface peuvent être confrontés à des collisions, des échouements, des incendies et des explosions pendant la navigation, ou peuvent être coulés par des attaques accidentelles d'armes telles que des torpilles et des missiles. Dans la mesure où des accidents connexes sont susceptibles de se produire, afin de réduire la propagation de la pollution nucléaire, les centrales nucléaires des navires doivent avoir la fonction d'arrêt permanent et doivent être équipées de barrières de réacteur solides. Selon les exigences particulières des navires pour les centrales nucléaires, les réacteurs à eau sous pression actuellement utilisés sont principalement des trois types suivants.

7.3.1 Réacteur à éléments combustibles à plaques d'uranium hautement enrichi

Ce type de réacteur utilise des éléments combustibles en plaques avec un enrichissement en 235U supérieur à 20 %. L'élément en plaque présente une grande surface de dissipation thermique, une disposition compacte du cœur, un petit volume et une puissance de sortie élevée par volume unitaire. Cela peut réduire la taille de l'enveloppe du réacteur et rendre la disposition de l'équipement plus compacte. Cependant, ses inconvénients techniques résident principalement dans la forte concentration de combustible nucléaire requise et dans le coût élevé de la conception, de la construction et de l'exploitation.

7.3.2 Réacteur à eau sous pression dispersée à uranium faiblement enrichi

La structure de ce type de réacteur à eau sous pression est à peu près la même que celle d'un réacteur à eau sous pression d'une centrale nucléaire terrestre. Il se compose d'un générateur de vapeur, d'un réacteur, d'une pompe de refroidissement primaire et d'un pressuriseur. Les composants concernés sont reliés par des tuyaux pour former une boucle fermée à haute température et haute pression. Le système de boucle secondaire et les équipements sont similaires à ceux des centrales à vapeur marines classiques.

7.3.3 Réacteur à eau sous pression intégré

Prenons comme exemple le réacteur à eau sous pression marin allemand « Otto Hahn ». Il adopte une structure intégrée, un système de boucle primaire simple, un équipement compact et une petite taille de coque de sécurité du réacteur, ce qui convient aux navires de surface. De plus, le cœur est rempli d'eau de refroidissement et présente de bonnes performances de circulation naturelle. Lorsque la pompe de refroidissement s'arrête dans la boucle primaire, la circulation naturelle du liquide de refroidissement peut toujours être utilisée pour maintenir le processus de refroidissement du cœur. L'inconvénient du réacteur à eau sous pression intégré est que le réacteur, l'évaporateur et la pompe principale sont reliés entre eux, ce qui rend la structure interne du réacteur complexe et augmente la difficulté de conception, de fabrication et de maintenance.

8 Dispositif de propulsion électrique marin

Les dispositifs de propulsion électrique peuvent également être utilisés pour la propulsion des navires. Ce type de dispositif obtient de l'énergie électrique par divers moyens, puis le moteur entraîne l'hélice pour fournir la puissance de propulsion au navire. Ses caractéristiques sont que la vitesse de l'hélice peut être ajustée arbitrairement pour répondre aux besoins de navigation dans diverses conditions de travail, et il est simple à utiliser et facile à gérer. Il est plus adapté à certains navires ayant des exigences particulières, tels que les sous-marins, les navires de recherche scientifique, les ferries, etc. Le plus grand avantage du dispositif de propulsion électrique est une bonne maniabilité. La vitesse minimale de son moteur peut atteindre moins de 1/10 de la vitesse nominale, et le navire peut naviguer à des vitesses extrêmement basses. De plus, le temps de démarrage et de marche avant et arrière de ce type de dispositif est également court. Le générateur principal et l'hélice entraînée par le moteur peuvent chacun fonctionner dans les meilleures conditions de travail, et il est facile à contrôler et à gérer à distance, et les vibrations et le bruit de l'ensemble du dispositif sont relativement faibles.

En règle générale, l'unité utilisée pour la production d'électricité se compose d'un moteur principal et d'un générateur. Les moteurs principaux comprennent principalement des turbines à vapeur, des moteurs diesel et des turbines à gaz, qui sont fondamentalement les mêmes que les types de moteurs principaux des navires. Comme mentionné ci-dessus, en raison de la puissance relativement faible des moteurs diesel, ils sont généralement utilisés pour les groupes électrogènes principaux et auxiliaires des navires auxiliaires militaires, ou les groupes électrogènes auxiliaires des navires militaires. Les turbines à vapeur ont les avantages d'une vitesse et d'une puissance élevées, et la technologie est relativement mature, mais elles présentent également des inconvénients tels qu'une taille et un poids importants, une faible efficacité, une grande surface de navire et une disposition difficile. Si elles sont utilisées dans des groupes électrogènes, la densité de puissance de l'ensemble du groupe électrogène sera réduite. De plus, en raison de la vitesse élevée des turbines à vapeur, si un réseau électrique à courant alternatif de 50 Hz est utilisé, une énorme boîte de vitesses est nécessaire pour réduire la vitesse, ce qui augmentera en conséquence le bruit de l'ensemble du navire. Les turbines à gaz ont de bonnes perspectives dans ce domaine. À l'heure actuelle, de nombreux systèmes de propulsion électrique de navires choisissent les turbines à gaz comme moteurs principaux pour la production d'électricité.

9 Aperçu de l'historique du développement de la technologie des centrales électriques marines

Depuis que la machine à vapeur a été utilisée dans les centrales électriques marines, elle a rapidement occupé une certaine position dominante. Jusqu'à la Première Guerre mondiale, les machines à vapeur dominaient encore les navires civils et militaires du monde entier et constituaient la principale source d'énergie pour les navires. Cependant, l'âge d'or des machines à vapeur touchait à sa fin. En raison de leur grande taille et de leur faible rendement thermique, les machines à vapeur ont été progressivement remplacées par des moteurs diesel et des turbines à vapeur pendant la Première et la Seconde Guerre mondiale. Dans le même temps, comme le taux de consommation de carburant des moteurs diesel à faible vitesse était nettement inférieur à celui des turbines à vapeur, ils pouvaient brûler du carburant de mauvaise qualité et avaient une grande fiabilité, de sorte qu'ils ont progressivement remplacé les turbines à vapeur dans le domaine des navires civils.

Pour les navires de plus gros déplacement, les turbines à vapeur étaient presque toutes utilisées, alors que les petits navires étaient plus enclins à utiliser des moteurs diesel. Ce n'est qu'en 1947 qu'un nouveau concurrent des moteurs diesel est apparu. Après que le premier navire britannique propulsé par des turbines à gaz ait été testé, il a commencé à concurrencer les moteurs diesel et les turbines à vapeur qui dominaient à l'époque.

Bien qu'il soit très économique et ait obtenu des résultats remarquables dans le domaine des centrales électriques marines, le moteur diesel lui-même était limité en puissance et ne pouvait plus répondre aux exigences de performance énergétique des grands navires. En revanche, bien que la turbine à vapeur ait une structure simple et une puissance élevée, elle doit être équipée d'un grand dispositif de production de vapeur (comme une chaudière, etc.) et de systèmes auxiliaires, et son économie et sa maniabilité sont médiocres. Cette situation contradictoire a perduré jusqu'à l'apparition de la turbine à gaz. Lorsque la turbine à gaz s'est largement popularisée dans le domaine de l'énergie des navires militaires, les problèmes ci-dessus ont été progressivement résolus. Les turbines à gaz peuvent non seulement constituer un modèle unique d'unité de puissance, mais également être associées à d'autres unités de puissance telles que les moteurs diesel pour former une nouvelle unité de puissance combinée. Les navires équipés de turbines à gaz à cycle complexe comme unités de puissance ont non seulement de bons indicateurs économiques, mais ont également une puissance globale élevée, ce qui peut être considéré comme le meilleur des deux mondes.

Les turbines à gaz ont l'avantage d'être faciles à démarrer et d'être très maniables, ce qui explique qu'elles aient reçu une attention considérable et qu'elles soient probablement les « retardataires ». Cependant, comme les turbines à gaz fonctionnent dans des conditions de température et de pression élevées, elles ont des exigences élevées en matière de qualité du carburant et leur rendement thermique est nettement inférieur à celui des moteurs diesel, de sorte qu'elles sont rarement utilisées dans les navires civils.

Les centrales nucléaires utilisent des réacteurs nucléaires pour produire de la vapeur à haute température et haute pression. Les réacteurs nucléaires génèrent une énergie élevée grâce à des réactions en chaîne de fission nucléaire contrôlables, qui sont absorbées par l'eau de refroidissement en circulation continue. Ensuite, la chaleur est transférée à l'eau dans la deuxième boucle via le générateur de vapeur, qui la transforme en vapeur et passe ensuite à la turbine à vapeur pour effectuer le travail. À l'heure actuelle, les centrales nucléaires sont principalement utilisées dans les grands navires de surface et les sous-marins.

Les pays du monde entier ont également mené des recherches sur l’application des centrales nucléaires aux navires civils. Les États-Unis ont testé avec succès cette technologie sur le navire « Savannah » ; l’Union soviétique a également utilisé des centrales nucléaires sur le brise-glace « Lénine ». Depuis lors, l’Allemagne et le Japon ont également construit des navires civils à propulsion nucléaire. Après une période de voyage d’essai, les navires concernés ont été contraints d’arrêter leur navigation pour des raisons juridiques et d’opinion publique. En raison des craintes que des substances radioactives polluent les voies navigables, les ports et les environnements urbains, de nombreux ports refusent l’entrée des navires à propulsion nucléaire dans le port. Il existe également un manque de méthodes de traitement appropriées pour les déchets nucléaires après l’utilisation du combustible nucléaire, ce qui limite dans une certaine mesure l’application des centrales nucléaires aux navires civils.

Avec le développement rapide de la science et de la technologie, de nouveaux dispositifs d'énergie marine continuent d'émerger, tels que les piles à combustible, la propulsion magnétohydrodynamique, les cellules solaires, etc. Parmi eux, la nouvelle propulsion magnétohydrodynamique a de bonnes perspectives. Cette méthode de propulsion est une propulsion électromagnétique supraconductrice. Son principe est d'installer des aimants supraconducteurs sur le navire, puis de faire passer le courant dans l'eau de mer, en utilisant le champ magnétique généré par les aimants supraconducteurs et la force générée par le courant dans l'eau de mer pour propulser le navire vers l'avant. Les caractéristiques de cette forme de propulsion sont un mode de transmission simplifié, aucune pièce rotative (pas de système d'hélice et d'arbre), une poussée importante et une vitesse élevée.

10 Principales exigences techniques pour les appareils à énergie marine

Afin de garantir la capacité de navigation des appareils à propulsion marine, lors de la sélection du moteur principal, les performances techniques suivantes doivent être pleinement respectées, ce qui peut également servir de référence importante pour la sélection du moteur principal.

Fiabilité 10.1

Après une période de fonctionnement prolongée, les équipements électromécaniques tomberont inévitablement en panne. Pour les appareils d'alimentation marine, la fiabilité est extrêmement importante. La fiabilité a deux significations : l'une est la vitalité de l'unité d'alimentation, qui fait principalement référence à la capacité de l'unité d'alimentation à maintenir son fonctionnement après avoir été affectée par des facteurs externes. Plus les conditions auxquelles elle peut résister sont mauvaises, plus sa vitalité est forte ; l'autre est le temps pendant lequel l'unité d'alimentation est en fonctionnement normal. Plus le temps de fonctionnement normal est long, plus la fiabilité est élevée, et vice versa.

Pour les unités de propulsion des navires de surface, on utilise souvent des méthodes de propulsion multimoteurs à hélices multiples ou multimoteurs parallèles, dont la fiabilité et la vitalité sont nettement supérieures à celles de la méthode de propulsion monomoteur à hélice unique. En prenant comme exemple la méthode de propulsion bimoteur à double hélice, lorsqu'un des moteurs principaux ou l'hélice qui lui est associée tombe gravement en panne, l'autre moteur principal et l'hélice peuvent toujours fonctionner normalement et la force de propulsion du navire n'est pas complètement perdue. Par conséquent, du point de vue de l'effet de propulsion global, la méthode de propulsion bimoteur à double hélice a une vitalité plus forte. Par conséquent, les navires de surface utilisent principalement des méthodes de transmission bimoteur à double hélice ou multimoteur à double hélice.

10.2 Manœuvrabilité

La manœuvrabilité désigne la capacité d'un groupe motopropulseur marin à passer d'un état de fonctionnement à un autre, comme le démarrage, l'accélération, le freinage, la marche arrière et la fusion. Les performances de la conversion de l'état de fonctionnement du groupe motopropulseur affectent directement la capacité du navire à quitter le quai, à naviguer dans les zones de glace, à naviguer par temps brumeux et à éviter les situations d'urgence.

10.2.1 Capacité de démarrage

La qualité du démarrage est étroitement liée au type de moteur principal. Quant au temps de démarrage d'un moteur diesel, il dépend principalement du système ayant le temps de fonctionnement le plus long parmi les systèmes auxiliaires tels que le carburant, l'huile de lubrification, l'eau de refroidissement et l'air de démarrage. Afin d'améliorer la maniabilité d'un moteur diesel, des mesures telles que le réchauffement des cylindres sont généralement adoptées.

Par rapport aux turbines à vapeur, les moteurs diesel nécessitent un certain débit de vapeur à haute température pendant le processus de démarrage des turbines à vapeur, ce qui dépend principalement du processus de paramètres de vapeur atteignant l'état spécifié après l'allumage de la chaudière. Bien que certaines chaudières puissent fournir de la vapeur rapidement, le temps de démarrage moyen des turbines à vapeur est toujours plus long que celui des moteurs diesel.

Par rapport aux moteurs diesel, les turbines à gaz ont un temps de démarrage relativement plus court, mais dans l’ensemble, il n’y a pas de différence significative entre les deux.

10.2.2 Accélération

L'accélération est également liée au type de moteur principal. La première condition pour raccourcir le temps d'accélération est que le moteur principal doit augmenter sa puissance jusqu'à la valeur maximale en peu de temps. La deuxième condition est de savoir si l'hélice peut absorber entièrement la puissance de sortie du moteur principal pendant le processus d'accélération et la convertir en puissance de propulsion externe.

Pour le moteur principal, les principaux facteurs affectant le temps d'accélération sont le poids et l'inertie thermique des composants. Un poids plus léger et une inertie thermique plus faible sont propices à l'accélération. D'une manière générale, les composants caloporteurs des turbines à gaz sont relativement légers et petits, ce qui leur permet d'avoir de meilleures performances d'accélération.

Pour les hélices, la vitesse des hélices à pas fixe étant soumise à certaines restrictions, elle augmentera en conséquence avec l'augmentation de la vitesse du navire. Par conséquent, à mesure que la vitesse des hélices à pas fixe augmente, la puissance du moteur principal doit également être progressivement augmentée pour obtenir une correspondance raisonnable. L'hélice à pas réglable n'est pas limitée par sa propre vitesse lors de l'absorption de puissance et peut générer une poussée plus importante en peu de temps, de sorte que son accélération est meilleure que celle des hélices à pas fixe.

10.2.3 Performances de freinage et de marche arrière

Les performances d'un navire en freinage et en marche arrière dépendent principalement de l'hélice et du mode de transmission correspondant. Pour la combinaison d'un moteur diesel à basse vitesse réversible + hélice à pas fixe, le moteur diesel à basse vitesse doit d'abord arrêter l'injection de carburant et réduire la vitesse dans une certaine plage avant de commencer à reculer, de sorte que le temps de marche arrière est généralement plus long.

Pour les combinaisons telles que moteur principal non réversible + embrayage + hélice à pas fixe, cela dépend principalement des performances de l'embrayage. Si le système utilise un embrayage à friction, le temps de marche arrière du navire dépend principalement de l'augmentation de la température des pièces de friction lorsque l'embrayage s'inverse. Plus la charge mécanique et la charge thermique que l'embrayage peut supporter lors de la marche arrière sont élevées, plus il est propice à améliorer les capacités de freinage d'urgence et de marche arrière.

Pour les combinaisons telles que le moteur principal non réversible + l'hélice à pas réglable, étant donné que le navire n'a pas besoin d'arrêter le moteur principal lors du freinage et que la poussée inverse peut être générée en ajustant le pas des pales, ses performances de freinage et de marche arrière sont relativement bonnes.

11 Analyse des perspectives d'application des groupes motopropulseurs marins

Ces dernières années, les moteurs diesel sont devenus la principale source d'énergie pour divers types de navires. À l'ère actuelle de la raréfaction de l'énergie, compte tenu du rendement thermique élevé des moteurs diesel et de la promotion de la technologie du pétrole de faible qualité, les moteurs diesel continueront d'occuper une place importante dans les moteurs principaux des navires au cours des prochaines années.

Les navires de surface de taille moyenne et petite sont principalement propulsés par des moteurs diesel. Ces navires comprennent les chasseurs de sous-marins, les dragueurs de mines, les patrouilleurs, les canonnières, les torpilleurs, les vedettes lance-missiles et les navires auxiliaires. Certains grands navires tels que les frégates et les destroyers utilisent également des moteurs diesel ou des groupes motopropulseurs combinés diesel-carburant comme sources d'énergie. Dans les groupes motopropulseurs combinés diesel-carburant, les moteurs diesel sont principalement utilisés comme moteurs principaux de croisière pour profiter du faible taux de consommation de carburant afin d'étendre l'autonomie de croisière du navire. Pour les sous-marins, à l'exception des groupes électrogènes nucléaires, tous les sous-marins conventionnels utilisent des moteurs diesel comme moteurs principaux, et certains utilisent également des systèmes de propulsion indépendants de l'air (AIP).

Aujourd'hui, grâce au développement des moteurs diesel et des turbines à gaz, les groupes motopropulseurs représentés par les turbines à vapeur ont abandonné leur ancienne domination et forment un triptyque à trois pieds. Cependant, les turbines à vapeur dominent toujours les grands navires, en particulier les porte-avions et les sous-marins nucléaires.

En raison de la grande consommation de carburant des turbines à vapeur, le nombre de nouveaux navires civils à turbine à vapeur construits diminue d'année en année. En revanche, presque tous les navires au gaz naturel liquéfié utilisent des turbines à vapeur pour recycler et utiliser le gaz naturel échappé comme combustible de chaudière. Dans mon pays, les turbines à vapeur dominent toujours les navires de grande et moyenne taille, tels que les porte-avions et les sous-marins nucléaires. Du point de vue de l'utilisation réelle des navires, les avantages remarquables des turbines à vapeur sont la sécurité et la fiabilité, une bonne manœuvrabilité, la facilité d'utilisation et une bonne maintenabilité. Son inconvénient est une faible économie. Avec la même quantité de carburant, l'autonomie de croisière est courte. C'est une faiblesse fatale qui affecte le développement des turbines à vapeur marines. Afin de permettre le développement continu des turbines à vapeur, des efforts doivent être faits pour améliorer l'économie.

Comme mentionné ci-dessus, pendant et après la Seconde Guerre mondiale, les moteurs diesel et les turbines à vapeur étaient largement utilisés sur les navires. Cependant, avec le développement ultérieur de la technologie, il y a eu une tendance à utiliser les turbines à gaz comme moteur principal. À l'heure actuelle, les turbines à gaz peuvent être principalement divisées en turbines à gaz légères et turbines à gaz lourdes en fonction de leurs différents types de structure. Parmi elles, les turbines à gaz légères sont un type d'unité nouvelle basée sur les turbines à gaz de l'aviation et modifiées pour s'adapter aux conditions de navigation des navires. Les turbines à gaz lourdes sont développées sur la base des turbines à gaz industrielles et conviennent actuellement principalement aux grands navires civils, tels que les porte-conteneurs, les navires rouliers et les ferries, mais en raison de la faible économie de ce type d'unité, son application est encore au stade expérimental.

Les turbines à gaz marines suivent principalement la voie de la modification de l'aviation. Dans les conditions de l'environnement marin et des exigences d'utilisation des navires, de nombreux travaux de recherche et d'expérimentation ont été réalisés dans le domaine de l'amélioration de l'économie et de la fiabilité, et de nombreuses nouvelles technologies et procédés ont été adoptés. Les produits ont été mis à jour à de nombreuses reprises et ont atteint un stade relativement mature, mais par rapport aux moteurs diesel, il existe encore un certain écart en termes d'économie. À l'heure actuelle, les turbines à vapeur et les turbines à gaz travaillent dur pour améliorer l'économie et réduire la consommation de carburant, et ont obtenu des résultats satisfaisants.

Afin d'équilibrer l'économie dans les conditions de croisière et l'accélération nécessaire aux manœuvres stratégiques, les navires de surface utilisent généralement des groupes motopropulseurs combinés, comprenant des groupes de croisière et des groupes d'accélération. Les deux groupes sont reliés au réducteur principal par un embrayage, et des boîtes de vitesses de marche arrière et de marche avant ou des hélices à pas réglable sont utilisées pour mettre en œuvre la marche arrière. L'avantage du groupe motopropulseur combiné est qu'il dispose d'une puissance suffisante et que le poids et le volume de l'unité sont relativement faibles. Il résout la contradiction entre la puissance élevée à pleine vitesse et l'économie de croisière, et améliore l'endurance du navire.

Les centrales nucléaires peuvent améliorer considérablement la puissance et l'endurance des navires et ne nécessitent pas de combustion d'air, ce qui est plus adapté aux navires sous-marins tels que les sous-marins. Cependant, comme les substances radioactives peuvent causer de graves dommages au corps humain et polluer l'environnement, un équipement de protection radioactive strict doit être mis en place pour cela. Bien que le combustible nucléaire occupe un petit espace dans les navires à propulsion nucléaire, compte tenu de la couche de blindage requise et de l'énorme équipement auxiliaire, les avantages sont compensés et il est toujours possible d'augmenter encore la charge totale du navire. En outre, les centrales nucléaires sont rarement utilisées dans les navires civils en raison de leur poids élevé, de leur coût élevé et de leurs technologies de construction, d'exploitation et de gestion complexes. À l'heure actuelle, l'application des centrales nucléaires aux navires civils est davantage déterminée par des facteurs tels que l'acceptation de l'environnement portuaire local, les accords internationaux, les accords d'assurance et les coûts initiaux, plutôt que par la simple faisabilité technique.

En résumé, les perspectives d’application des centrales électriques marines sont présentées dans le tableau 4.

Selon la situation ci-dessus, les navires civils continueront d'utiliser des moteurs diesel comme principale centrale électrique pendant un certain temps. Pour les grands navires civils, les moteurs diesel à basse vitesse constituent généralement toujours la principale centrale électrique, tandis que pour les navires à hauteur de cabine limitée tels que les navires rouliers, les navires à passagers, les ferries, etc., les moteurs diesel à moyenne et haute vitesse sont plus adaptés. Parmi eux, les navires fluviaux sont encore principalement équipés de moteurs diesel à moyenne et haute vitesse, tandis que les grands navires océaniques sont principalement équipés de moteurs diesel à basse vitesse. Ces dernières années, le taux de consommation de carburant des moteurs à vitesse moyenne a été proche de celui des moteurs diesel à basse vitesse. Ils présentent les avantages d'une efficacité élevée d'utilisation de la chaleur perdue, d'une petite taille, d'un poids léger, d'un faible coût et de bonnes perspectives.

Selon la situation de mon pays, les navires de surface de taille moyenne et petite, les sous-marins et les navires auxiliaires continueront d'être principalement équipés de moteurs diesel de moyenne et grande vitesse. Les grands sous-marins se concentreront sur le développement de groupes électrogènes nucléaires et continueront d'utiliser des turbines à vapeur comme moteur principal. Dans le même temps, les turbines à gaz présentent des avantages de performance significatifs et sont progressivement devenues le groupe électrogène standard des navires militaires nationaux et étrangers. Divers groupes électrogènes combinés avec des turbines à gaz comme groupes d'accélération doivent également faire l'objet d'une attention particulière et être développés. À l'heure actuelle, il est urgent de renforcer la recherche et le développement de turbines à gaz de grande puissance pour les navires.

12 Perspectives pour les groupes électrogènes marins

Pour résumer ce qui précède, les moteurs diesel présentent les avantages d'un rendement thermique élevé, d'une bonne économie, d'une large plage de puissance, d'une structure compacte, de peu d'équipements auxiliaires et peuvent entraîner directement les hélices. Cependant, avec l'augmentation progressive du tonnage des navires, les moteurs diesel marins doivent évoluer dans le sens d'une puissance élevée. Pour augmenter la puissance des moteurs diesel, le seul moyen est d'augmenter le diamètre des cylindres, d'augmenter le nombre de cylindres ou d'utiliser plusieurs modèles. Cela augmentera inévitablement le poids et le volume, ce qui rendra la fabrication difficile et coûteuse. Par conséquent, les moteurs diesel ne sont généralement pas utilisés comme principale unité de propulsion sur les grands navires. Après des années de développement, les moteurs diesel marins ont atteint un niveau technique relativement élevé. Cependant, pour les navires de surface de taille moyenne et petite, les sous-marins conventionnels et les navires civils, les moteurs diesel restent la principale source d'énergie. Les faibles émissions de carbone constituent un sérieux défi pour les moteurs diesel à ce stade. Avec les restrictions sur les émissions des moteurs diesel marins, il est plus difficile d'améliorer leur économie, ce qui est également un nouveau sujet dans le développement futur des moteurs diesel marins. En général, en raison des caractéristiques importantes des moteurs diesel, leurs progrès technologiques ont grandement favorisé le développement et la révolution de la technologie des navires et ont ouvert un nouveau chapitre dans le développement des groupes motopropulseurs marins.

Les turbines à vapeur ont une puissance élevée, une petite taille, un poids léger, un fonctionnement stable, une longue durée de vie, une grande fiabilité, un faible taux de consommation d'huile de lubrification, une forte capacité de surcharge, peuvent brûler du carburant de mauvaise qualité, peu de vibrations et de bruit, mais une faible efficacité thermique, une gestion complexe, un traitement et une fabrication difficiles, un coût élevé, doivent être équipées d'un réducteur et d'une grande chaudière principale, et doivent entraîner l'hélice via un dispositif de réduction. Actuellement, elles sont principalement utilisées dans les grands pétroliers, les porte-avions et les sous-marins nucléaires.

Par rapport aux groupes électrogènes ci-dessus, les turbines à gaz sont de petite taille, légères, occupent le moins d'espace et de déplacement de la cabine, et présentent les avantages d'une faible vibration et d'un faible frottement, d'une gestion et d'un entretien faciles, d'un démarrage rapide et peuvent atteindre une puissance maximale en quelques minutes après le démarrage. Par conséquent, elles sont plus adaptées aux navires militaires. Cependant, en raison des inconvénients d'un faible rendement thermique, d'une faible économie, d'une courte durée de vie, d'exigences élevées en matière de matériaux métalliques et d'une incapacité à faire marche arrière, elles n'ont pas été largement promues sur les navires civils et sont principalement utilisées sur des navires à hautes performances tels que les aéroglisseurs.

Dans le domaine des navires de surface, il existe des groupes motopropulseurs combinés qui utilisent des turbines à gaz en association avec des moteurs diesel, des turbines à vapeur et des groupes électrogènes nucléaires. Ce type de groupe motopropulseur est apparu après la Seconde Guerre mondiale et peut exploiter pleinement les avantages de divers moteurs principaux et exploiter pleinement les avantages des turbines à gaz.

Les centrales nucléaires présentent des avantages que les autres centrales ne peuvent égaler, mais elles nécessitent des mesures de protection rigoureuses et rigoureuses, sont coûteuses et la technologie de gestion de la construction et des essais est complexe. Par conséquent, elles ne sont pas encore largement utilisées dans les navires civils et sont principalement utilisées dans les grands navires de surface tels que les porte-avions et les sous-marins. Avec l'épuisement croissant des énergies telles que le pétrole, les centrales nucléaires devraient être davantage promues dans le domaine des navires civils.

Conclusion 13

En résumé, les unités de puissance marine évoluent dans le sens de la diversification et de la puissance élevée. Les navires civils de taille moyenne et petite utilisent principalement des moteurs diesel à vitesse moyenne et élevée. Les navires civils de grande et moyenne taille utilisent principalement des moteurs diesel à vitesse moyenne et faible. Les turbines à vapeur présentent les avantages d'une technologie mature et fiable, d'une bonne maintenabilité et d'une longue durée de vie, mais leurs inconvénients sont une faible efficacité économique et une installation complexe. Bien que les turbines à gaz présentent l'inconvénient d'une courte durée de vie, les navires peuvent pleinement exploiter les avantages des turbines à gaz, à savoir qu'elles peuvent démarrer rapidement et obtenir une puissance élevée en peu de temps, de sorte qu'elles ont toujours de bonnes perspectives.

Les centrales nucléaires deviendront une source importante d'énergie marine. Une fois le combustible nucléaire installé, le navire pourra naviguer pendant plusieurs années. Il est très adapté comme source d'énergie pour les grands navires, et les turbines à vapeur seront également utilisées comme moteur principal. La propulsion électrique deviendra un type de propulsion important pour les navires du futur. Elle peut fournir de l'électricité grâce à des batteries, des générateurs entraînés par des moteurs principaux et des équipements de production d'énergie électrochimique tels que des piles à combustible.