柴电动力

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柴电动力火车

柴电动力又称柴油电力柴油机电力,很多混合动力装置均使用柴电传动系统来提供牵引力,一套柴电系统使用一个柴油机连接一个发电机产生电力牵引电机使用。

水面舰艇[编辑]

西门子公司所造的船只转向助推器

第一艘柴油机船只其实也就是第一艘柴电动力船只,是1903年下水的俄罗斯汪达尔号油轮英语Vandal (tanker)。而蒸气涡轮-电动机推进则是在1920年代于美国田纳西级战列舰上使用,后续这类技术都一直有少量运用;在美国以外,20世纪初运用柴电动力最大型的舰艇属芬兰海军维纳莫宁级海防战舰英语Finnish coastal defence ship Väinämöinen,美国海军在二战爆发时因蒸气涡轮的料件生产短缺,二战初制造的艾瓦兹级护航驱逐舰也运用了柴电推进设计。

在战后,运用柴电动力设计的舰艇主要是破冰船

一些当代的船只,比如游艇破冰船上,使用电动机进行辅助推进帮助船只进行360度旋转从而使得船只更具有操作性。

还有一些船只使用燃气轮机但原理却基本相似。其实很大一部分船只的动力系统则是将各种轮机系统混和在一起的。比如玛丽二世女王号,在船的底部安有一组柴油机以及在顶部排气塔的一组燃气轮机。这里两组轮机都用于发电以供应发电机,船只的推进螺旋桨却并未与这两组的任何一组直接连接。

潜艇[编辑]

柴电动力在第一次世界大战之前就已经成功地在潜艇上使用,由此潜艇的续战力相较更早的潜舰又有提升。在柴油引擎未泛用前,潜舰的热机动力曾用过煤油汽油引擎,但是这些燃料容易挥发,不易运用;挥发性小、燃点高的柴油让潜舰更为安全,且柴油引擎的效率好,潜舰也能有更远的航程。

初期潜舰运用的柴电动力,由柴油机电动机发电机蓄电池构成。螺旋桨由柴油机与电动机并联,在水上航行可运用柴油机航行,也可让柴油机带动发电机为蓄电池充电。在潜航状态时,舰艇空气有限,无法让需要耗氧的热机运作;蓄电池会为电动马达提供能量,由电力推动螺旋桨。

在这阶段,柴油引擎和电动马达是连接在同一组传动装置上,视需求切换并联机组,而柴油引擎会另外连接发电机为潜舰电池充电。但转换动力来源切换变速箱会造成额外的噪音,为了容纳多型机组而拉长的螺旋桨传动轴则会制造更多振动,增加被侦测到的风险。狭义来看,尚不算真正的柴电动力。苏联部分使用这种架构的潜舰则以设置3组推进机组处理隐匿性问题:比如三台柴油机或电动机同时运作,或者通过通气管让两台靠外的柴油机为蓄电池充电,中间的推进桨则由更安静的电动机继续运作等等。

至1928年,美国海军工程局开发出现在认知的柴电动力轮机,该机组在S级潜艇上测试。美国设计的机组柴油引擎不再连结传动轴,仅连结发电机,推进皆由电动机输出,柴油引擎工作便只剩供电;这种设计好处在柴油引擎可以视情况开关,让潜舰指挥官可以有具效率的调度下输出动力,如果在多组柴油机同时启动时还可以在航行兼进行充电。这项设计在海豚级潜舰(美国海军)英语United States Porpoise-class submarine上开始导入,在二战期间除美国外开发出类似架构导入服役者仅有英国的U级潜舰(英国皇家海军)英语British U-class submarine,这套动力架构在二战后各国皆争相导入,成为现代柴电动力的主要设计。

英国皇家海军虎猫号的柴油发电机

柴电动力的性能被认为是常规动力潜艇中比较成功的,而且其研发和制造难度相对较低。很多国家的海军都通过进口潜艇之后仿制,从而增加本国的潜艇研究经验,同时降低制造成本。在两次大战之中,德国的一些柴电潜艇的设计相当出色,但也有一些并不太好。这些潜艇在战后提供给同盟国以及苏联之后,都很大程度上增加了各自国家的潜艇研制能力。美国很多旧式潜艇的传动轴相互垂直,这种大噪音的设计在之后被遗弃。还有一些旧式潜艇的轮机舱都被从中切成两半,然后再将潜艇拉长以弥补舱室的空间,以这种方式让柴油机更稳定更可靠,但在接受德国的潜艇技术之后很多欧洲潜艇的柴油机都显示出了进步。

现代柴电潜艇的推进桨通常不会直接连接到柴油机,通常来说每个推进桨对应一个电动机,两个或更多的柴油发电机负责为潜艇提供电能并为电池充电。这种设计由于将潜艇动力系统的噪音有效的控制在内壳里,从而很大程度上减少了潜艇的噪音及声音标记,甚至一些核潜艇也用这种设计减少反应堆舱直接对外产生的噪音。其中以法国的核潜艇尤为出众,另外中国093型核潜艇也采用这种技术,不过093型采用涡轮电机提供推进动力。

列车机车[编辑]

在20世纪20年代,柴电技术第一次应用于调车机车和列车机车中用于在铁轨中移动,挂载和解挂列车。第一个列车机车由美国机车公司建造,ALCO HH系列柴电调车机车于1931年开始投入系列化生产。在20世纪30年代,这个系统首先接受了流线型外壳设计,并在当时成为了速度最快的列车。柴电动力在当时成为了相当流行的动力设计,其大大简化了将动力传输到轮子的过程,并且由于两个可以同时工作,从而让保养周期和要求降低,相比下动力直接传输则会造成整个传动系统极为复杂。另外一些研究试图用过液压系统传动,并且现在已经证实这种系统比柴电系统更有效率,但无论直接传动还是液压传动都极为复杂使得这两种系统都很难吸引公众和机车制造商的眼光。

陆地交通工具[编辑]

客车[编辑]

有一些大客车已经用电力或者混合动力。通过使用柴油机和BAE系统在刹车时产生的能量为电池充电从而运作电动机。通常来说并联式柴电混合动力的客车通常比纯内燃机的大客车更安静。一些大客车可以让驾驶员选择使用纯电力或者内燃机作为推进动力机,但也有一些混合动力车车则仅仅在加速和待速状态书用电机,其他时候则仍然使用燃机。

卡车[编辑]

柴电动力卡车Liebherr T282

使用柴电动力的卡车:

相关条目[编辑]

注释[编辑]

外部链接[编辑]