航母上的淡水是如何来的?
要是普通船舶,甚至远洋巨轮都可以定期靠岸补给物资,比方说食物与淡水,可航母是完全不一样的,因为航母在海上持续航行,经常就是好几个月不靠岸。
不仅如此,航母上的人动辄就是几千人,这么多人需要消耗的淡水可不是小数目,仅仅是靠岸补给是完全不行的,因此航母通常都有自己的海水淡化系统,以此供应航母上的淡水。
作为海上最大的军事船舶,航母到底有多大不需要多言,而航母上的人也非常多,通常航母出发之前也会带上物资,包括淡水,但是通常也就维持七天左右的消耗,不会带很多。
要是短期的行动,这些物资还是够用的,但要是长期在海上活动,并且无法靠岸,那么航母上需要的淡水等各种物资,就需要航母编队当中的补给舰,专门对航母进行补给。
当然,补给舰也不是万能的,想一下要是大型航母编队在茫茫大洋之上,时间短还好,可要是动辄好几个月的话,补给舰也没法子一直源源不断提供物资,自己的物资可能都不够用。
要是食物、药品什么的也就罢了,淡水这样需要量非常大,又很占地方的物资,是无法完全靠补给舰的,因此航母大多都发展出了用海水进行淡化,然后补充淡水的相关技术。
传统的海水淡化,自然也就是用蒸馏的方法,不过在科技高度发达的今天,可以使用反渗透法直接将海水转化成淡水,而且脱盐率非常高,成本也相对更低一些,更加合适。
海上进行海水淡化,需要强大的动力系统支持,像是英国的航母每日淡化海水能够达到五百吨以上,所以,现在航母上的淡水需求,并不那么难以满足,至少不可能来影响行动作战。
航母上的淡水是如何来的?
航空母舰上面都装有海水淡化系统,可以为全舰官兵提供非常充足的淡水
其实不只是航母,今天的许多大型商船和游轮上也都装有海水淡化系统,而军舰由于其特殊的职能,通常都是安装海水淡化系统的。如此一来只要燃料充足,军舰的上的淡水就不会缺乏,在战时也不用靠岸补给淡水。
从20世纪50年代以后随着科技的发展,海水淡化技术越来越成熟,在已经开发的二十多种淡化技术中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法都达到了工业规模化生产的水平,而在军舰上主要是采用“蒸馏法”和“反渗透法”,咱们先说反渗透法。
“反渗透法”听起来非常简单,但讲解它还是比较复杂。反渗透法是利用一种半透膜来过滤海水的,这种半透膜只允许液体通过的,不允许任何固体通过。
很多人认为,反渗透法就是简单地通过向海水加压,强迫海水通过半透膜,从而过滤掉海水中的盐分等物质,进而得到可以引用的淡水。但这种理解并不全面,反渗透法主要是依靠海水和淡水的密差来完成海水的淡化工作的。
首先,要使用半透膜将海水与淡水分隔开的。在通常情况下,淡水通过半透膜扩散到海水一侧,从而使海水一侧的液面逐渐升高,直至一定的高度才停止,这个过程为渗透。
此时海水一侧高出的水柱静压称为渗透压,而如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的压力,那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。(反渗透法原理示意图)
采用这种方式可以用极小的能耗换来大量纯净的淡水,节能也因此成为反渗透法最大的优势。
反渗透法的能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的1/40,因此有许多中小型军舰都搭载反渗透海水淡化系统。毕竟一般军舰上的电力都是来自柴油发电,如果海水淡化设备消耗的电力过多,势必会影响军舰的续航能力,所以耗电较少的反渗透法成为许多军舰的首选。而一些中小型航母也会选择使用反渗透设备。
但是反渗透法也有一个比较大的缺点,就是效率有点低,跟不上大型的航母的用水节奏。以美国布什号航母为例,布什号上搭载有舰员3200人,航空联队2480人,这么多人的用水量是非常巨大的。(美军航母舰员在甲板上搞BBQ)
除此以外,航母自身运转也需要消耗大量的淡水,例如航母的蒸汽弹射就是一个用水大户,蒸汽弹射所使用的水必须是淡水。还有航母要定期进行应对核辐射演习,需要大量的淡水进行洗消作业。
(航母甲板正在进行洗消作业,航母上的一切用水都必须使用淡水)
而且反渗透法成本较高,需要经常对半透膜进行清洗和更换,维护繁琐。
目前航空母舰上主要使用蒸馏法淡化海水,蒸馏法的原理非常容易理解,就是通过加热蒸发海水从而得到纯净的淡水。
蒸馏法的优势在于效率高,可在很短的时间内就获得大量的淡水,缺点则是能耗大,对于一般军舰来说很不友好。但是对于航空母舰而言,蒸馏法就比较适用。
尤其是核动力航母,其搭载的核反应堆可以航母提供非常过剩的电力,因此核动力航母无需考虑电力消耗。
航母上的淡水是如何来的?
人没有水的话三天就会死,而船只在海上航行也需要有淡水供船员们饮用。在古代的风帆船时代,船员们用木桶从陆地上携带淡水在航行中饮用。但是这种方法也有缺陷:这种不流动的水用不了多久就会发臭,而海员们只能在这样的水中掺入朗姆酒来掩盖臭味。那么,现代航母上有几千人的舰员,难道也得携带大量淡水吗?实际上,即使携带几千吨的淡水也不够航母舰员们在长途航行中饮用,而航母甚至无法装下那么大量的水。所以,现代航母等大型船只上使用了一种叫做海水淡化的技术,可以在海上直接把海水变成淡水,供给生活使用。
海水淡化听起来复杂,实际上原理却很简单,目前世界上主流的海水淡化技术分为两种:反渗透膜法和低压蒸馏法,前者是使用施加压力让海水接触反渗透膜,其中小分子的水分通过膜变成淡水,而大分子的盐颗粒就被留在膜的另一端。这种方法较为清洁与低耗,缺点是处理水的效率太过缓慢。目前大部分远洋舰船都是采用这种处理方式。
除此之外,还有使用舰船动力来进行低压蒸馏进行海水淡化,就是直接引进海水进行加热蒸馏,然后冷却出来的就是可以直接饮用的淡水了。这种方法可以迅速净化出大量的淡水,但是需要能源来加热蒸馏管。而这大量的能源注定不是什么小船能玩得起的了。而现在美军的航母为核动力航母,核反应堆可以提供充足的动力以及废热来进行蒸馏淡化,而一艘美军航母马力全开可以净化出半个纽约市的的用水量。
航母上的淡水是如何来的?
谢邀,大部分大型舰只在海上航行的时候都并不需要靠岸补给淡水。这件事早在蒸汽动力船的时代就已经被解决了。
所以说现在几乎不存在远洋船只缺乏淡水渴死一船人的问题。
淡水是从哪里来的呢?在之前十分宝贵的淡水其实已经是大型动力船只的“副产品”了。几乎是可以不间断地供应。
简单地说下大型船只是怎么制水的,目前大部分航母都采用这种方式,所以你明白了怎么制水就知道航母中淡水从何而来。
通常我们在海平面要烧开一壶水需要水温达到100摄氏度。这是因为我们在海平面的大气压是101千帕。导致了水的沸点是100摄氏度。如果降低气压水可以在很低的温度上沸腾。
例如大型船舶的制水系统,其内部压力只有6.5千帕,这时候水温达到了37度就可以直接沸腾了。沸腾的37度饱和水蒸气可以被导入到冷凝器中进行冷凝,就可以得到纯净的蒸馏水。而没有沸腾的海水盐度就会稍微提高一些被排放到海中。
那么如何把海水加热到37-45摄氏度呢?这个就是很简单的事情了,让海水在进入蒸发器之前先在船舶的引擎周围转一圈。
这是尼米兹级航母的动力室,里面有很多白色的管道,这些管道会围绕着机轴、涡轮机、发电机等等设备。注入冰冷的海水对这些设备进行冷却。当海水吸收了热量后就会送到淡水制备设备的蒸发器内进行蒸发。
所以简单地说就是航母上的淡水是各种冷却水蒸发后形成的蒸馏水。
为什么是37度的低压蒸发呢?这个问题主要还是为了降低能量的消耗并且提高散热效率。并且每次只从冷却水中蒸发出极少量的水也能在供应淡水的前提下防止海水中盐分的析出沉淀。
航母上的淡水是如何来的?
淡水作为轮船上必须配置的资源,每一天都需要使用,那么对于航母这种执行任务小到几周,大到几个月的大型船只而言,淡水应该如何获取呢?今天我们就来聊一聊这个话题。
首先只要是是海上的中大型载具,都配置了海水淡化系统,所以并不是航母独有的设备。为了能够让军舰上的官兵喝到淡水,航母内部都安装了大型的海水淡化系统,只要航母上的燃料充足,那么淡水就会一直存在,但这里要说明的是,这种海水淡化的水资源,一般都用于非饮用水,就比如说洗澡、冲马桶等不直接引用的水都是海水淡化过滤的,而直接引用的则是在靠岸的时候补充的淡水,除非像战时无法靠岸等极端情况下,才会将淡化的海水进行饮用。
海水淡化系统其实早就有,只不过在上世纪50年代之后,该技术才越来越成熟,甚至还研发出了超过20多种海水淡化技术,例如蒸馏法、电渗析法、反渗透法等,这些方式具备了工业规模化的特点,所以淡化的海水实用性较高。而军舰上的海水淡化主要采用的是“蒸馏法”和“反渗透法”。
“反渗透法”虽然名字听上去很奇怪,但其工艺步骤还是比较复杂的,大概来讲的话就是利用一种名为半透膜的东西来过滤海水,这种半透膜的好处在于只会让海水通过,而海水当中的固体则会被过滤掉。
反渗透法看上去好像就是用一层膜来过滤海水,以此来过滤掉海水当中的盐分,但根据资料显示,反渗透法的目的主要是依靠海水与淡水的密差来进行海水淡化工作。工作流程就是利用渗透压将海水一侧进行渗透,然后将渗透出的淡水送入到淡水仓。
这种方法可以利用较小的能耗换来大量的淡水,这对于需要节能的军舰来讲非常地实用。反渗透法所消耗的能耗仅有电渗析法的二分之一,蒸馏法的四十分之一,所以像体型较小的军舰都采用这种淡化装置,甚至中小型军舰也大多都采用这种海水淡化系统。
虽然看上去反渗透法的优点颇多,但也存在着较大的缺点,那就是反渗透法的效率非常低,毕竟功耗和效率是持正比的,所以对于大型军舰而言就差点意思,就像美军航母上生活着数千人,如果只采用反渗透法的话,很快就无法进行供应用水了。除此之外,航母自身也需要消耗淡水,比如美军航母上的蒸汽弹射装置,就必须消耗大量的淡水。而且反渗透法的成本较高,清理起来也非常不容易,所以跟蒸馏法相比的话,只适用于中小型军舰。
蒸馏法顾名思义,就是采用蒸馏来淡化海水,这一点类似于制作白酒,先将大量海水引入到蒸馏仓内,然后进行蒸发处理,而蒸馏出来的淡水则会被灌入到另一个淡水仓,从而完成海水淡化。
蒸馏法的优点在于效率高,只要蒸馏仓24小时不间断地启用,那么淡水就会源源不断地输送,但缺点也很明显,且跟反渗透法刚好相反,他的能源消耗非常大,所以对于一般军舰来讲吃不消,但对于航母而言,蒸馏法还是比较实用的,毕竟航母上住着那么多的人,而且美军的核动力航母不需要燃油,核反应堆可以源源不断地为航母输送强大的电力,根本不需要担心能耗的问题。
但对于常规航母而言,其实也不用太过担心,毕竟航母出航都是以战斗群为单位,所以一般都会配置补给舰,如果出现燃料不够的情况,补给舰随时随地都可以进行补充。
出了海水淡化以外,航母还会及时靠岸补充淡水,而且水量非常大,基本不用担心官兵喝不上水的问题,甚至航母补充一次淡水,能够维持很久,毕竟饮用水的消耗并不大,就算船上有数千人,每天的饮用水量也不会过于夸张,而且补给船也会配置饮用淡水,随时可以为航母补充。总之航母最不缺的可能就是水了,毕竟人家是在海上航行嘛。
航母上的淡水是如何来的?
航母上的淡水补给通常有三种方式,一种是靠岸补给,一种是补给船进行补给,另一种是航母上通过海水淡化装置生产。
先说说,航母上的淡水是怎样消耗的?航母上的淡水消耗量非常大,主要用水大户有三家:
一是锅炉用水。常规动力航母采用巡航速度(18节)时,每天要消耗120吨淡水;采用高速航行(24节以上)时,每天要消耗200吨淡水。
二是蒸气弹射用水。如果采用蒸气弹射的方式弹射舰载机,每弹射一架次,要消耗1-2吨的淡水,一艘航母上如果有80架飞机需要弹射起飞,最少也需要消耗150吨淡水。据说海湾战争时,美国有5艘航母在海湾地区,但人们发现每天舰载机才起飞1-2次。为什么出勤率如此低?一个主要的原因就是航母上严重缺乏淡水。
蒸气弹射舰载机时产生的大量水雾
三是生活用水。大型航母上有数千人工作人员,要保证和陆地上相同的生活质量,吃喝拉撒洗澡等等,都离不开淡水,一昼夜下来,消耗数十顿淡水很正常。
再简要分析一下这三种淡水补给方式:
一、靠岸补给。靠岸补给比较简单,一般常规动力航母,每半个月左右需要靠岸补给一次,加水、加油、补充日常生活用品,还有加装武装弹药等等。在航母靠岸后,用专门的输水管进行补给即可。核动力航母排水量大,海水淡化能力比较强,可以支撑得更久一点。
“辽宁”号航母靠岸补充淡水1(图片来源于网络)
“辽宁”号航母靠岸补充淡水2(图片来源于网络)
二、补给船补给。通常航母编队中至少有一艘综合补给舰,每隔3-4天就会给航母补充一次淡水。补充淡水时,两舰之间要拉几根很粗的钢丝绳,输水管沿线过来,就可以开始加水了。但补给舰受海况的影响比较大,要保证每次都准时补给,很显然不太可能。
美航母“卡尔文森”号用补给船补给淡水
三、海水淡化。重点说说这一种。以前苏联第二代“基辅”级航母“巴库”(戈尔什科夫)号的海水淡化为例。该型航母上有5台海水淡化器,每台每昼夜24小时工作能生产60吨淡水,为了提高淡化水的质量,还会加装“离子交换过滤器”,来清除过多的杂质。即便如此,淡化的海水也一般不能直接饮用,只能作为锅炉用水或者用来洗漱,万不得已时可以用来做饭。每台淡化装置工作1个月后,要进行清洗,而清洗是相当麻烦的事,既费时,也费力。美国核动力航母排水量大、电力充足,海水淡化的能力要强很多。
可用于航母的大型海水淡化装置
综上所述,航母每天要消耗大量的淡水,这些淡水就是航母的血液,没有它可不行。其淡水补给方式通常有以上三种。
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