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请教个技术问题:19世纪后期船用锅炉和蒸汽机每马力小时耗煤量

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我在网上能查到的数据是:瓦特蒸汽机每马力小时耗煤量4.3公斤,到1860年代马、恩写资本论的时候,每马力小时耗煤量能够达到3.5~4磅。
近期我在研究北洋水师的军舰,按照功率与航速的三次方成正比这个经验公式,以及不同载煤量和航程来推算,算出来的每马力小时耗煤量从0.2千克到2千克之间,差别极大。所以我估计,网上能够查到的续航力数据,有的是正常载煤量条件下的航程,有的是在最大载煤量条件下的航程;而功率和速度也有常压和超压之分,很可能互相并不对应。
所以,在此请教技术大神们:19世纪80~90年代,也就是铁甲舰时代的后期,尤其是1880年之后三胀蒸汽机和水管锅炉逐渐开始应用的这段时间,军舰用的蒸汽机每马力小时的耗煤量是在一个什么区间?
另外:蒸汽机是高速的时候每马力小时耗煤量高?还是低速的时候每马力小时耗煤量高?我个人理解的应该是低速的时候耗煤量高,因为要保持一定的温度和压力,热量就大量损耗。


1楼2014-03-08 12:01回复
    为了更好的说明我这个问题,我现在举个例子来说明一下我是如何计算的:
    按照中国近代海军网上面的数据,超勇级巡洋舰:
    1、常压马力1912匹,航速14.3节;强压马力2887匹,航速16.5节。按照功率与航速的三次方成正比这个经验公式(当然这只是个经验公式而已),依据常压马力和航速推算,超勇级在8节巡航速度下的功率是335马力;依据强压马力和航速推算,超勇级在8节巡航速度下的功率是329马力。如果取两者的平均数,那么可以得到332马力这个数值。
    2、超勇级的正常排水量是1350吨。正常排水量就是标准排水量加上一半的燃料、滑油和备用锅炉水,而整个航程中吨位肯定是从满载甚至超载排水量,减少到标准排水量甚至低于标准排水量,用积分来算太费劲了,而且吨位对航速和功率的影响相对较小(吨位的三分之二次方与功率成正比),所以我直接用1350吨这个正常排水量来计算全程。
    3、超勇级的载煤量有两个数据:正常载煤量250吨,满载300吨。我的理解是:正常载煤量是把煤柜装满,而满载是在煤柜以外的地方尽量堆上煤包。那么续航力5380海里/8节这个数据,是正常载煤量下得到的数据,还是满载情况下得到的数据呢?不知道,所以分别进行计算。
    4、5380海里/8节,也就是全程跑672.5个小时,全程332马力×672.5小时=223270马力小时。如果5380海里/8节是正常载煤250吨的情况,那么平均每马力小时耗煤量是1.11千克。如果5380海里/8节是满载300吨情况下的数据,那么平均每马力小时耗煤量是1.34千克。
    上述是对超勇级的计算过程。超勇级的数据还算是比较齐全的,起码常压和超压情况下的马力和功率都有。其他很多舰船相关数据根本就不齐,有的没有说明常压和超压,而且大部分都没有说明续航力是正常载煤还是满载情况下的数据。因此,用同样方法计算出的马力小时耗煤量,从0.2千克到2千克不等,差别相当大。


    4楼2014-03-08 13:49
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      按照我在4楼的计算方法,仍然采用中国近代海军网上的数据,再算一下致远级巡洋舰:
      常压3733马力,航速15.26节;强压6892马力,航速18.5节。计算10节巡航速度下的功率分别是1050马力、1088马力,取平均值是1069马力。
      续航力:200吨煤4150海里/10节,840海里/15.26节;430吨煤8900海里/10节,1820海里/15.26节。(注:中国近代海军网上是15.6节,我认为是15.26节之误,因为军舰巡航必须是常压,强压很少用)
      分别计算如下:
      200吨煤4150海里/10节,计算得每马力小时耗煤量0.45千克;
      200吨煤840海里/15.26节,计算得每马力小时耗煤量0.97千克;
      430吨煤8900海里/10节(吨位按2310+115=2425吨计算),计算得每马力小时耗煤量0.43千克;
      430吨煤1820海里/15.26节,计算得每马力小时耗煤量0.96千克。


      6楼2014-03-08 14:11
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        再算算吉野:
        15000马力23节,10节时候应该是1233马力。
        续航力4000海里/10节。载煤量有正常载煤400吨,最大载煤1000吨两个数值。
        按400吨算(排水量按4450吨),每马力小时耗煤0.81千克;
        按1000吨算(排水量按4750吨),每马力小时耗煤1.94千克。
        这个计算结果让人沮丧啊。首先4000海里/10节肯定不是1000吨煤这个状态,否则每马力小时耗煤1.94千克比十几年前的超勇都差得远。但是如果说400吨煤达到4000海里/10节这个续航力,算出来的每马力小时耗煤0.81千克,而前面计算的致远是0.43~0.45千克,这怎么理解呢?吉野的开工时间是1892年,没道理比7年前的致远差吧。
        另外,还有一个侧面的佐证:《铁甲舰时代的海战》这本书里面记叙了这么一件事,有一艘1872年的船,1889~1890年改装三胀蒸汽机后,每小时耗煤量减少了一半。
        所以,我倾向于相信:从超勇的“卧式复合蒸汽机”到致远的“卧式三胀蒸汽机”,每马力小时耗煤量从1.11~1.34千克下降到0.43~0.45千克。而吉野号的相关数据很模糊,并未说明这些数据是在什么情况下取得的,用这些数据计算导致了巨大的误差。


        7楼2014-03-08 14:33
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