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日本の次世代艦隊のあるべき姿 Open2ch一番艦

1両棲装○戦闘車太郎:2014/04/06(日)15:52:50 ID:ECVVEW0Iv()
止まない2ちゃんねる規制に、突然の内紛・分裂騒ぎ。
混迷を極める2ちゃんねる界隈のごとく、東アジアは今や混沌の坩堝。
我が国日本が守るべきものは、進むべき道は、海上防衛はどうあるべきか?
日本の次世代艦隊の明日はどっちだ!

2ch.net本スレのテンプレ
ttp://toro.2ch.net/test/read.cgi/army/1389416812/2-8
166両棲装〇戦闘車太郎 :2016/01/29(金)22:07:29 ID:xpA
11148422号 発電・海水淡水化複合プラント - astamuse
 ttp://astamuse.com/ja/published/JP/No/WO2011148422
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/2011/148/422/S/000003.png

大阪ガス:アラブ首長国連邦シュワイハットS2 発電造水事業への参画について
 ttp://www.osakagas.co.jp/company/press/pr_2011/1192190_4332.html
 ttp://www.osakagas.co.jp/company/press/pr_2011/__icsFiles/artimage/2011/03/11/c_pr_2011/5.jpg

先行事例は陸上施設用が前提なので造水能力あたりの機器のサイズに対する制限が緩く、造水効率が高い多段フラッシュ式が選択されている。
一方、自衛艦に装備する前提ならば造水効率は劣っても小型の機器で造水量が多いことが要求されるため、多重効用式の方が有利だったりする。
また、その辺の事情は蒸気タービンや復水器についても同じであり、舶用蒸気タービン+復水器は陸上施設用よりも高温高圧で復水してしまう傾向がある。
なので、舶用復水器は陸上施設用よりも蒸気と海水の温度差が大きく、コレを活用できれば多重効用式造水装置に復水器を兼用させることは難しくないと考える。

なお、蒸気タービン出力と造水量のバランスを機関運転状況に合わせて適切に調整する、余剰蒸気を直接復水器に捨てる等の運転条件の特殊性から、
復水器兼海水蒸発器の他に単能の復水器が有った方が実運用において有効と予想されるが、その様式に関しては仕様が詰めきれないのが悩み。
漠然と単能復水器を造水装置向け海水の予熱器に兼用させる方向のイメージはあるが、具体的な蒸気側配管の取り回しは決断できてない。
167両棲装〇戦闘車太郎 :2016/01/31(日)20:55:03 ID:CBb
 ttp://peace.2ch.net/test/read.cgi/army/1420979686/576-578

ここの>>132から部分負荷運転条件でのHRSG蒸気機関の出力や熱効率を算出してみたら予想外に美味しい結果が得られたので、更に計算。
HRSG蒸気機関の定格出力を2.5MW、定格運転条件での排熱回収熱効率を18%と仮定すると、定格出力発揮に必要な排熱量は約13.9MWで、
>>132表で言えば5MW運転条件よりも少し大きい値、1次内挿近似で5+(8-5)÷(16.1-13.2)×(13.9-13.2)≒5.7MWが得られる。
・・・アレ?
M7A-05の定格運転軸出力6.5MWにおける熱効率を30%と仮定すると、定格運転入力熱量21.7MW、機械損失3%の場合0.65MWから、排気損失14.5MW。
おお!?
M7A-05用の定格運転対応HRSGが用意できれば、LM2500の排気損失回収2.5MWよりも少し大きいくらい2.6MW の出力が取り出せる可能性がある!?
えちょ、HRSG搭載を前提にすると27DDGの機関構成が凄くスマートに見えるとか、ちょっと反則じゃね!?
168両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/02(火)08:23:43 ID:xjp
GE LM6000 Aeroderivative Gas Turbine
 ttps://youtu.be/HzuvrhNIKBo

おもろい。
169両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/04(木)19:32:28 ID:TrC
>>82で少し触れたが、GTCC用HRSGには貫流ボイラが最適で、当然のごとく護衛艦向けHRSGも貫流ボイラが望ましい。
ここで、艦船向けHRSGという特殊性を鑑み、蒸気圧が低く給水水質が幾らか低質でも運転可能な貫流HRSGを考えてみる。

ボイラの概要
 ttp://www.kz.tsukuba.ac.jp/~abe/ohp-energy/en2013-03.pdf

貫流ボイラの主な2形式として、図2.12にベンソンボイラ、図2.13にズルツァボイラの伝熱面配置を示す。
ただし、提示資料の図は通常型のバーナー内蔵ボイラの形式であり、HRSGでは一般的に放射伝熱部は存在せず、全体が対流伝熱部として構成される。
さて、ベンソンボイラとズルツァボイラの違いは、見てのとおり気水分離器の有無にある。
ズルツァボイラは気水分離器があることでスケール分を液体熱水として分離可能で、つまり今回の貫流HRSG用として向いている。
なお、一方のベンソンボイラは気水分離器が有効に作用しない高亜臨界以上の領域、要は臨界~超臨界ボイラに向いている。
まぁ、舶用ボイラは最新型でも12MPa以下、水の臨界点22.1MPaには遠く及ばないので、ベンソンボイラを考慮する必要は基本的に無い。

ボイラに関しては、形式云々よりも具体的な蒸気発生量と寸法重量の方が問題だが、なかなか良い資料が見つからないのよなぁ。
加えて、ガスタービンに蒸気噴射する代わりに大容量の造水装置を積むか、それともあくまでタービン及び復水器の大型化を許容するか、
あるいは一定の範囲を目処として双方のバランスする構成を検討するか、ともかく蒸気機関というブツは実に色々と悩ましい。
170両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/04(木)21:52:29 ID:eF0
2015-007394号 ガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備 - astamuse
 ttp://astamuse.com/ja/published/JP/No/2015007394

微妙に参考になりそうな、ならなそうな、むっちゃ微妙。
配管取り回してる間に排気流量の不均衡を起こして不具合発生の予感がプンプンするぜぇ。
でもHRSG上下分割したのの一部、恐らくは下側を高負荷率運転時のバイパスダクトに転用するとかは良いかも知れない。
171両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/06(土)12:38:06 ID:9rk
例題:蒸気の性質(13) ランキンサイクル(T-s線図,理論熱効率) | 数学活用大事典
 ttp://omm.ishikawa-nct.ac.jp/ex/exercises/istCQAAA/
 ttp://omm.ishikawa-nct.ac.jp/ex/exercises/istCQAAA/#qa-istCQAAA

過熱蒸気表
 ttp://ebw.eng-book.com/pdfs/05bf2d242996cc2f8ea2604dd90decd3.pdf

2.飽和蒸気表
 ttp://seal.nichias.co.jp/data/pdf/data_7.pdf

5MPa、500℃の過熱蒸気における比エントロピは6.9776kJ/(kg*K)、コレが等エントロピ膨張で飽和蒸気線を越えるのは130~133.54℃の間。
で、更に等エントロピ膨張により温度を下げて復水器温度70℃の場合、乾き度88.5%が得られ、この湿り蒸気の比エンタルピは2,098kJ/kg。
5MPa、500℃の過熱蒸気における比エンタルピ3433.7kJ/kgから、蒸気が行った単位質量あたりの仕事は1,335kJ/kg、理論熱効率は42.5%。

5MPa、500℃の過熱蒸気が0.5MPaまで等エントロピ膨張した場合の温度は160~200℃の間の何処か、飽和蒸気温度151.8℃よりも高いので過熱蒸気。

2MPa、500℃の過熱蒸気における比エントロピは7.4331kJ/(kg*K)、等エントロピ膨張で飽和蒸気線を越えるのは90~99.63℃の間。
更に等エントロピ膨張を続け、復水器温度70℃の乾き度は95.2%、湿り蒸気の比エンタルピは2,515kJ/kg。
2MPa、500℃の過熱蒸気における比エンタルピ3467.1kJ/kgから、蒸気が行った単位質量あたりの仕事は952kJ/kg、理論熱効率は30.0%。

蒸気機関が圧力を上げると熱効率も如実に上昇することが確認できたけど、5MPa側は本当なら途中で再熱すべき運転条件になったような。
しかし、もっと中間領域の蒸気表が欲しいところだが、流石に仕事には使わなそうな過熱蒸気表の為に1万円台の本は手が出ないなぁ。
172両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/06(土)18:11:42 ID:vSE
>>171の計算をベースに、高圧蒸気5MPa 500℃、再熱蒸気2MPa 500℃の再熱サイクルを考える。
高温の過熱蒸気は理想気体として振る舞うと仮定して、5MPa、500℃の過熱蒸気を2MPaまで等エントロピ膨張させたときの温度を算出する。
pv=RTからv=RT/p、等エントロピ膨張pv^γ=一定から、(p1/p2)=(v2/v1)^γ={(RT2/p2)/(RT1/p1)}^γ=(T2p1/T1p2)^γ、
(p1/p2)^(1-γ)=(T2/T1)^γ、T2=T1×(p1/p2)^{(1-γ)/γ}=(500+273.15)×(5/2)^{(1-1.33)/1.33}-273.15≒343℃が得られる。
2MPaにおいて343℃の過熱蒸気における比エンタルピ3122kJ/kgであり、ここまでの膨張仕事311.7kJ/kg、ここからの等圧加熱345.1kJ/kgとなり、
理論熱効率(311.7+952)/(3433.7-292.972+345.1)≒36.3%が得られ、5MPa単段よりは低いものの2MPa単段よりも改善されている。

うげぇ、比較的単純な一段再熱サイクルでもこんなに計算が面倒とか、発電所設計とかで蒸気機関の計算やってる人はすげぇなぁ。
173両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/07(日)15:35:59 ID:Vjc
日本財団図書館(電子図書館) 第503分科会「新エンジンシステム等の調査研究」成果報告書
 ttp://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2002/00363/contents/006.htm
> 通常航海においては、GT発電の効率は37%であり、これにST発電を加えた発電効率は42%に達する。

・・・ちょっと待てミレニアム号、オマエ通常航海で熱効率5%の上昇で良いのか!?
なるほど、GTCC電気推進を導入した先行事例でもコレでは、後に続こうという造船所や船主がなかなか現れないことも理解できる。
うーむしかし、部分負荷運転条件でこそ小型HRSGが活きるという計算結果も得られた以上、対潜水上戦闘艦としてはGTCCを捨てるのは惜しい。
174両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/11(木)06:30:44 ID:Zfn
三菱重工舶用機械エンジン株式会社|製品紹介:舶用蒸気タービン AT形
 ttp://www.mhi-mme.com/jp/products/boilerturbine/steam_turbine.html
 ttp://www.mhi-mme.com/jp/cms_images/prod_marine_steam_turbine_img01.jpg
 ttp://www.mhi-mme.com/jp/products/boilerturbine/steam_turbine.html#tab01

一般論として、蒸気が抱える力学的エネルギは高温高圧であるほど大きくなるので、蒸気タービンの寸法≒蒸気流量が同じならば
その蒸気タービンに流し込む蒸気の温度圧力が高いほど蒸気タービンの出力が高くなる。
今回の護衛艦向けGTCC機関の検討では機関系統1基あたり2.0~2.6MW、蒸気性情は500℃・3.0~5.0MPaとして検討している。
上記の「ラインアップと仕様」から、2,000kW発揮可能な蒸気タービン発電機は3機種、AT34C、AT42C、AT52Cが該当する。
このうち、蒸気入口圧力:0.4~12.3MPaに対して3.0~5.0MPaは中程度、蒸気入口温度:飽和~540℃に対して500℃は高めになることから、
本検討においてフィットする蒸気タービン発電機はAT42Cであると推測し、以後GTCC用蒸気タービン発電機の仕様について適宜AT42Cから引用する。
175両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/11(木)07:17:17 ID:Zfn
排ガス蒸気ボイラ(ガスタービン専用)ECS-T@特機ボイラ - 電子カタログ|三浦工業
 ttps://www.miuraz.co.jp/product/catalog/pdf/book/book139/m/index.html

>>81でも引用した、三浦工業のガスタービン専用排ガス蒸気ボイラの電子カタログ。
発電機3,000kW向け1300-18Eで乾燥製品重量22トン+保有水量3.5m3から運転重量は概ね25.5トン。
この仕様を参考に、舶用ボイラとしての軽量化・小型化を少しだけ加味して、GTCC用HRSGの運転重量を25トンと考える。

機関系統1基の構成はHRSG+蒸気タービン発電機+配管及び補機類で構成されるが、このうちHRSG:25トン、蒸気タービン発電機:7.1トンが得られた。
簡単のため、配管及び補機類重量を12.9トンと仮定して、GTCC蒸気機関系統1基の重量は45トンと算出する。
出力2.0MWにおける出力重量比は約44.4kW/t、LM2500単体での出力重量比5,340kW/tと比較して約1/120でしかないという。
ま、まぁともかく、でもコレでGTCC機関が追加可能で、最適な運転条件ならば燃費低減40%すら見えるというのは、そこそこ成立性が期待できそう。
176両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/11(木)22:42:16 ID:Zfn
>>175で提示したGTCC用蒸気機関セット1基45トンについては、一応まだ多少は軽量化を期待できる要素が残っている話。

ひとつは、排ガス蒸発ボイラ。
ミウラの製品は陸上施設向けの汎用機で、自然循環式水管ボイラである。
コレを船舶向け、搭載するガスタービンに仕様を最適化、更にズルツァ貫流ボイラにすれば、もっと軽量化できる筈である。
何処まで変わるかは漠然としか推測できないが、少なくとも缶水は1/3~1/5にすることは十分可能だろうし、ドラムそのものの分だけ本体も軽くなる。
大掴みな推測だが、5トン削って20トンにすることも可能であろう。

もうひとつは、発電機。
既存のガスタービン発電機に蒸気タービン軸を接続することで、蒸気タービン専用の発電機を省略することができる。
ただし、別途連結軸は必要だし、減速歯車装置やクラッチ類の仕様変更を伴うことも考えると、削れて2トン程度だろうと推測する。

もし、上記2件が上手く作用すれば、45トンから7トン軽量化して38トンで1基搭載可能になる。
出力重量比は約52.6kW/tまで向上して、従来推測よりも有効度で優ると評価できる。
177両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/12(金)19:36:55 ID:rvI
一応>>176は希望的観測として脇に置いて、>>175をベースとした機関構成を纏めてみる。
既に何回か部分的な言及は有ったやに思うが、本「両棲式GTCCシステム」は27DDGの機関構成、各軸あたりLM2500IEC+M7A-05+電動機に、
LM2500IECとM7A-05の両方の排気を誘導したHRSG、そしてM7A-05と動力軸を機械的に接続した蒸気タービンで構成される。
HRSGの能力は>>165にもあるようにM7A-05の定格運転をベースに設計されており、LM2500IECが高負荷率運転を行う際はバイパス排気を標準とする。
まぁ、最適運転条件の他に過負荷条件としてLM2500IEC定格運転条件に耐える程度の強度で製作するって手もあるけど、その際の過負荷出力には期待しない。
ともかく、LM2500IECの低負荷率運転での排熱回収を重視することで、対潜戦における全力即時待機での低速航行であったり、
MD警戒任務における同様の機関運転に対する燃費低減をもって補給艦との合流頻度の低下や航続距離及び時間の延長が期待できる。
178名無しさん@おーぷん :2016/02/21(日)23:10:30 ID:70G
1998-047015号 発電・海水淡水化コンバインド装置 - astamuse
 ttp://astamuse.com/ja/published/JP/No/1998047015

常識的にはこうなるだろうな、という構成の蒸気タービン+造水装置システムの例。
蒸気タービン背圧蒸気を造水装置と復水器に分配し、造水装置での蒸気消費量が変動してもタービンの運転が安定する構成。
ただ、この構成だと復水器に流れる蒸気は造水装置を駆動できる程度の熱を残していることになるので、エネルギを搾り取るには物足りない。
となれば、蒸気タービンのかなり低圧段から抽気蒸気を取り出して造水装置に送り込み、タービン出口のエネルギを搾りきった蒸気を復水器に送る構成が考えられる。
ここで、上記システムと同様に多重効用型造水装置を使用する場合、タービンの抽気段数と造水装置効用段数の検討が必要となる。
タービンは圧力基準等比数列に対し、多重効用造水装置は原理上から温度基準等差数列となる。
つまり、抽気を行うタービン段が一つ違うと効用段は倍半分に近い大差を生じることになるので、その点を踏まえて抽気位置や造水装置段数を選択する必要がある。

ついでに、造水装置用に比較的大きめの抽気蒸気量とするなら、同じ抽気位置を利用して給水余熱器を併設するのも良いかも知れない。
179名無しさん@おーぷん :2016/02/23(火)22:11:16 ID:ezk
>>174リンク先から、4.0MPaの蒸気を排気圧力400mmHgG≒48.0kPaまで等エントロピ膨張させた場合の圧力比は約83.3、
コレをタービン4段で達成する場合、1段あたりの圧力比は約1.531が得られる。
また、12.3MPaの蒸気を排気圧力400mmHgGまで等エントロピ膨張させた場合の圧力比は約256.3、
コレをタービン10段で達成する場合、1段あたりの圧力比は約1.543が得られる。
以上から、蒸気タービン1段あたりの圧力比は概ね1.5よりも少し大きい値となることが得られる。
排気圧力400mmHgG≒48.0kPaでの飽和温度が約80.3℃で、タービン1段手前の抽気圧力はタービン圧力比1.50の場合約72.0kPa、飽和温度90.7℃。
・・・多重効用造水装置の1段あたり温度差を10℃と仮定すると、タービン出口蒸気を利用する場合よりも1段増えるだけだな。
つーか蒸気タービン排気温度80℃以上あるなら、その蒸気でそのまま造水装置が動かせるけど、ソレだと>>178の構造そのままになる不具合。
うーむ、結局>>178そのままの構造で必要十分な性能が期待できてしまうということだと、別に抽気に拘る必要も無いなぁ。
180名無しさん@おーぷん :2016/02/24(水)01:10:20 ID:m5f
やべ、>>179盛大に計算ミスしてるねが。

4MPa→400mmHgGを4段膨張は1段あたり圧力比約3.0214、12.3MPa→400mmHgGを10段膨張は1段あたり圧力比約1.7413になるな。
ついでに、12.3MPa→722mmHgG≒5.07kPaの圧力比約2427、10段膨張させると1段あたりの圧力比約2.180が得られる。
結果、タービン1段あたり平均して圧力比約2.3といったところとなり、400mmHgG≒48.0kPaの1段手前抽気の圧力は約110.4kPa、飽和温度約102.4℃。
多重効用造水装置の段数は各段10℃差で2段増加が期待できることになり、多少は影響が出そうになった。
更にタービン出口から2段手前抽気の圧力は約253.9kPa、飽和温度約127.9℃、更に2段増加できることになる模様。
・・・でもまぁ、結局は復水器圧力が400mmHgGだとそのままで造水装置が動かせることは変わらないってのは実に微妙。

一方、蒸気タービン出口圧力722mmHgG≒5.07kPaの飽和温度約33.1℃だと流石に造水装置の駆動には難しいので、
タービン1段あたり圧力比2.180として出口前1段、2段抽気の圧力はそれぞれ約11.1、24.1kPaとなり、飽和温度約47.9、64.1℃が得られる。
更に出口前3段抽気は52.5kPa:82.5℃となり、造水装置の駆動に十分な温度を確保できることが分かる。

結局は復水器の真空度は低め、蒸気タービン排気をやや高温で吐き出し、背圧利用する方がシンプルでスマートっぽいなぁ。
181名無しさん@おーぷん :2016/02/27(土)13:21:54 ID:53d
Instructions for use Title 熱併給ガスタービンプラントの部分負荷特性 - HUSCAP
 ttp://eprints.lib.hokudai.ac.jp/dspace/bitstream/2115/41051/1/61_17-26.pdf

後で読む用資料、GTCC部分負荷特性の検討には参考になりそう。
182名無しさん@おーぷん :2016/02/27(土)13:31:36 ID:53d
熱併給ガスタービンプラントの性能評価 : 部分負荷特性の検討
 ttps://www.jstage.jst.go.jp/article/kikai1938/41/345/41_345_1539/_article/references/-char/ja/
 ttps://www.jstage.jst.go.jp/article/kikai1938/41/345/41_345_1539/_pdf

>>181の続報らしき資料、再生・助燃まで検討に入っているので資料に良さげ。
まぁ、GTCC採用してガスタービン単体で再生器まで使う必要性は殆んど無いので、助燃部分の情報がメイン。
183名無しさん@おーぷん :2016/02/28(日)19:32:59 ID:VF7
M7A-05のNK認証データから、ガスタービン排気温度=HRSG入口温度:Tot≡524℃、硫酸水溶液の凝縮を避けるため、HRSG排気温度:Tex≡180℃とする。
後の計算の便宜のため、過熱器~蒸発器中間点ガス温度:To1、蒸発器~予熱器中間点ガス温度:To2を置く。
次に、HRSG定格運転における缶水・蒸気の温度状態を次のとおり定義する。
 Tsh≡460℃:過熱蒸気温度、Twb≡264℃:飽和蒸気温度@5MPa、Twi≡80℃:給水温度 (≒復水器温度)
以上に加えて、 各流体の比熱及び潜熱を、次のとおり定義する。
 比熱:水 4.20kJ/(kg・K)、排気ガス 1.05kJ/(kg・K)、蒸気 2.56kJ/(kg・K)@5MPa
 沸騰潜熱:1,640kJ/kg@5MPa
これらを用いて、HRSGが水及び蒸気に与える単位質量あたりの伝熱量:qw≡qw1+qw2+qw3と置き、ここでqw1、qw2、qw3は
 qw1=2.56×(460-264)≒502kJ/kg:過熱器の伝熱量
 qw2=1,640kJ/kg:蒸発器の伝熱量=蒸発潜熱
 qw3=4.20×(264-80)≒773kJ/kg:予熱器の伝熱量
 ∴qw=qw1+qw2+qw3≒502+1,640+773≒2,915kJ/kg
一方、排気ガスがHRSGを加熱する熱量:qaとし、HRSG内での熱漏洩等による損失をqaの5%とおくと、qa=qw/(1-0.05)≒3,068kJ/kg が得られる。
水及び蒸気1kgあたりHRSG加熱に必要な排気ガス量:waとおくと、qa≒wa×1.05×(524-180)、これよりwa≒3,068/361≒8.49が得られる。
また、HRSG内各部の排気ガス伝熱量をqa1、qa2、qa3と置き、すべて等しく伝熱損失5%のとき、それぞれ次で得られる。
 qa1=qw1/(1-0.05)≒502/0.95≒528kJ/kg、qa2=qw2/(1-0.05)≒1,726kJ/kg、qa3=qw3/(1-0.05)≒813kJ/kg
これらを用いて、To1、To2はそれぞれ
 To1=Tot-qa1/(wa×1.05)≒524-528/(8.49×1.05)≒465℃、To2=Tex+qa3/(wa×1.05)≒180+814/(8.49×1.05)≒271℃
184両棲装〇戦闘車太郎 :2016/02/28(日)23:30:16 ID:ONE
また名前抜けた、>>183の続き。

>>167からM7A-05定格運転時の排気損失14.5MWから、排気ガス流量を推定してみる。
排気ガス比熱1.05kJ/(kg・K)、排気ガス温度Tot=524℃、ISO標準外気温15℃から、排気ガス質量流量:ma1=14,500/{1.05*(524-15)}≒26.4kg/sが得られる。
基準状態の空気密度1.293kg/Nm3から、排気ガス流量は26.4/1.293≒20.4Nm3/s≒73,400Nm3/hが得られる。
ついでに、>>132からLM2500の22MW運転条件における排気損失35.7MWから同様に算出すると、ma2=35,700/{1.05*(565-15)}≒61.8kg/s、
61.8/1.293≒47.8Nm3/s≒172,100Nm3/hとなり、HRSG定格最大排気ガス流量:ma=ma1+ma2≒88.2kg/sが得られる。

さて、M7A-05単独定格運転条件において>>183が成り立ち、このとき蒸気質量流量:ms1=ma1/wa≒26.4/8.49≒3.10kg/s≒11.2t/hが得られる。
>>160リンク先のM7Aシリーズと比較すると幾分物足りない数字だが、表の蒸気条件よりもかなり高圧であることを考慮すれば概ね妥当。
185名無しさん@おーぷん :2016/03/08(火)16:08:47 ID:6gF
熱交換器の熱伝導理論を参照し、HRSG各部の温度差ΔTについて次のとおり定義する。
 ΔT1≡Tot-Tsh≒524-460≒64℃:過熱器高温側の温度差
 ΔT2≡To1-Twb≒465-264≒201℃:過熱器・蒸発器間の温度差
 ΔT3≡To2-Twb≒271-264≒7℃:蒸発器・予熱器間の温度差
 ΔT4≡Tex-Twi≒180-80≒100℃:予熱器低温側の温度差
・・・むぅ、ΔT3がちょっと小さ過ぎる感触ががが

続いて、熱交換器の単位時間あたり伝熱量:Qについて、次式を用いる。
 Q=K・S・θm (K:熱貫流率、S :伝熱面積、θm:対数平均温度差)
 θm=(ΔTi-ΔTo)/ln(ΔTi/ΔTo) (ΔTi:熱交換器入口での熱媒体同士の温度差、ΔTo:出口での温度差)
Qw=qw・ms1と置き、熱交換器性能係数:KS≡K・Sとすると、過熱器の伝熱量:Qw1、性能係数:KS1は次式となる。
 Qw1=KS1・θm1=qw1・ms1≒502*3.10≒1,560kW
 θm1=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)≒(64-201)/ln(64/201)≒120℃
 ∴KS1=Qw1/θm1≒1,560/120≒13.0kW/K

過熱器と同様に蒸発器及び予熱器についても伝熱量と性能係数を算出する。
 Qw2=KS2・θm2=qw2・ms1≒1,640*3.10≒5,090kW、θm2≒(201-7)/ln(201/7)≒58℃、KS2≒5,090/58≒87.4kW/K
 Qw3=KS3・θm3=qw3・ms1≒773*3.10≒2,400kW、θm3≒(7-100)/ln(7/100)≒35℃、KS3≒2,400/35≒67.9kW/K

また、過熱器の伝熱量の式からms1について解き、次式を得る。
 ms1=(KS1/qw1)・θm1
ここで、qw1=(1-0.05)qa1、qa1=1.05×wa・(Tot-To1)、wa=ma1/ms1を用いると、次式となる。
 ms1=[KS1/{(1-0.05)×1.05×(ma1/ms1)・(Tot-To1)}]・θm1=KS1×ms1/{(1-0.05)×1.05×ma1}・θm1/(Tot-To1)
 ∴θm1/(Tot-To1)=(1-0.05)×1.05×ma1/KS1
蒸発器、予熱器についても同様に解き、次式を得る。
 θm2/(To1-To2)=(1-0.05)×1.05×ma1/KS2
 θm3/(To2-Tex)=(1-0.05)×1.05×ma1/KS3
ここで、θm2=(ΔT2-ΔT3)/ln(ΔT2/ΔT3)={(To1-Twb)-(To2-Twb)/ln(ΔT2/ΔT3)=(To1-To2)/ln(ΔT2/ΔT3)から、次式が得られる。
 1/ln(ΔT2/ΔT3)=(1-0.05)×1.05×ma1/KS2
 ln(ΔT2/ΔT3)=KS2/{(1-0.05)×1.05×ma1}
 ΔT2/ΔT3=exp[KS2/{(1-0.05)×1.05×ma1}]
 ∴ΔT2=ΔT3・exp[KS2/{(1-0.05)×1.05×ma1}]
 θm2=(ΔT2-ΔT3)/ln(ΔT2/ΔT3)=ΔT3・{exp[KS2/{(1-0.05)×1.05×ma1}]-1}/[KS2/{(1-0.05)×1.05×ma1}]
  =ΔT3・[{(1-0.05)×1.05×ma1}/KS2]・exp[KS2/{(1-0.05)×1.05×ma1}-1]

Qw1,Qw2,Qw3についてms1について解くと、次式が得られる。
 ms1=(KS1/qw1)・θm1=(KS2/qw2)・θm2=(KS3/qw3)・θm3
これをθm1について解くと、次式が得られる。
 θm1=(KS2/KS1)・(qw1/qw2)・θm2
ここでqw1=2.56×(Tsh-Twb)を用いて、次式が得られる。
 θm1=(KS2/KS1)・{2.56×(Tsh-Twb)/qw2}・θm2=(1-0.05)×1.05×(Tot-To1)・ma1/KS1
 Tsh-Twb={(1-0.05)×1.05×(Tot-To1)・ma1・qw2}/(2.56×KS2・θm2)
 ∴Tsh=Twb+{(1-0.05)×1.05×(Tot-To1)・ma1・qw2}/(2.56×KS2・θm2)
また、θm3について解くと次式が得られる。
 θm3=(KS2/KS3)・(qw3/qw2)・θm2= (KS2/KS3)・{4.20×(Twb-Twi)/qw2}・θm2=(1-0.05)×1.05×(To2-Tex)・ma1/KS3
 To2-Tex=KS2・{4.20×(Twb-Twi)・θm2}/{(1-0.05)×1.05×ma1・qw2}
 ∴Tex=To2-KS2・{4.20×(Twb-Twi)・θm2}/{(1-0.05)×1.05×ma1・qw2}
186名無しさん@おーぷん :2016/03/08(火)18:31:02 ID:7P0
ma=ma1+ma2≒88.2kg/sのとき、M7A-05の排気温度:524℃、LM2500の排気温度:565℃とおくと、合流排気の温度:Tot'=(524*ma1+565*ma2)/ma≒553℃が得られる。
ma及びTot'を用いて>>185各式を解くことで、HRSGからの蒸気発生量:ms'、HRSG排気ガス温度:Tex'が得られる。
導式は省略するが、蒸気系統の各部温度をM7A-05単独定格運転条件と同一とした場合、ms'≒8.32kg/s≒29.9t/h、Tex'≒349℃である。

と、ここまでExcel併用して計算してたけど、所々で計算結果に齟齬が出だしたので一事凍結して再検討。
187両棲装〇戦闘車太郎 :2016/05/29(日)19:06:54 ID:eq9
船舶のプロも注目。海事業界の課題を解決する「COGES」とは
 ttp://newswitch.jp/p/4736

ガス燃料ってことはLNGタンカー向けに売り込み開始したってことかな。
商船向け低速ディーゼルより小型化するつもりらしいので、主にHRSGの技術進歩に期待して注目。
188両棲装〇戦闘車太郎 :2016/06/14(火)00:34:28 ID:HBf
特許 第4738140号 蒸気タービンプラントおよびこれを搭載した蒸気タービン船 - astamuse
 ttp://astamuse.com/ja/granted/JP/No/4738140
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/0004/738/140/B9/000002.png
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/0004/738/140/B9/000005.png
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/0004/738/140/B9/000006.png

三菱重工の保有する特許、流石はLNGタンカーに蒸気タービン船を現在でも建造してる造船所である。
ただ、中身を見ると慎重に蒸発・凝縮潜熱を顕熱で交換する形式に集中しており、個人的には少し不満。
つーかコレ、ぶっちゃけ>>158形式の造水装置を導入するのに都合が良い構成で纏めた感がするのだが、その内情までは分からない。
189両棲装〇戦闘車太郎 :2016/06/18(土)13:27:55 ID:VBB
特許 第4863781号 多重効用造水装置 - astamuse
 ttp://astamuse.com/ja/granted/JP/No/4863781
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/0004/863/781/B9/000003.png
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/0004/863/781/B9/000006.png

>>142で紹介した縦型面白造水装置は特許失効した模様、どこかコレ利用して面白製品化してくれないものか?


特許 第5672450号 造水装置および造水方法 - astamuse
 ttp://astamuse.com/ja/granted/JP/No/5672450
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/0005/672/450/B9/000002.png
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/0005/672/450/B9/000003.png
 ttp://astamuse.com/ja/drawing/JP/0005/672/450/B9/000006.png

>>188に微妙に似た印象の、ササクラ保有特許。
モロに>>158造水装置を利用する形式で記載されてるが、ソレよりも最後の図と参考文献「特開昭61−161189号公報」が気になる。
190両棲装〇戦闘車太郎 :2016/07/04(月)06:42:59 ID:wxX
ハイブリッドセメントタンカー 興山丸 - 造船.com
 ttp://naikou0000.blog46.fc2.com/blog-entry-68.html
 ttp://blog-imgs-38.fc2.com/n/a/i/naikou0000/P3310248.jpg

タンデムCRPシステムに、更に補助舵を2枚追加した推進システム。
見ていて思い付いたのだが、この補助舵にフィンスタビライザの機能を追加することも可能ではないか?
「ましゅう」型補給艦で艤装された舵減揺装置の技術を用いて、補助舵をハの字に取付けて制御すれば、割と簡単に達成できそう。
191名無しさん@おーぷん :2016/11/05(土)09:36:21 ID:253
単体熱効率 60%超の究極エンジン(Fugine)実現に向けて! 第二報:多数ノズルからの一点集中衝突噴流圧縮エンジンの基礎燃焼実験結果
 ttp://www.waseda.jp/top/assets/uploads/2016/08/20160829-Fuginepress.pdf

早稲田大学の面白いエンジン研究。
2013年に理論提唱してたブツの試作機が運転に成功した模様。
非常に興味深い研究なのだが、この燃焼器からのガスパルスを仕事に取り出す部分が問題になりそう。


一般の熱エンジンの効率とスピードに関する原理的限界の発見 プレスリリース
 ttps://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/files/2016/10/31/161031_1.pdf

一方、こちらは慶応大の熱効率に関する基礎理論の研究。
単純にカルノー効率で取り出せる出力はゼロであることに留まらず、カルノー効率よりも低い特定の熱効率で出力が最大値になることを定量的に示した。
この研究を応用して非平衡行程を含む熱機関理論サイクルに対して同様の研究が進めば、熱効率と出力が何処でバーターになるのかを評価可能になりそう。
192両棲装〇戦闘車太郎 :2016/11/05(土)09:49:28 ID:253
また名前が抜けたshit.

一点集中衝突噴流圧縮エンジンを使ったガスタービンに、ランキンサイクルの理論最大出力熱効率で設計された蒸気タービンを追加したCOGESとか夢よな。
つーか誰かランキンサイクルの理論最大出力熱効率の算出はよ
193両棲装〇戦闘車太郎 :2016/11/19(土)03:56:04 ID:uZs
液体ピストン蒸気エンジン - 鹿園研究室
 ttp://www.feslab.iis.u-tokyo.ac.jp/Doc/denso_yatsuzuka.pdf

液体ピストン蒸気エンジンの開発
 ttps://www.denso.co.jp/ja/aboutdenso/technology/dtr/v19/files/17.pdf

比較的小さな温度差からエネルギを取り出そうという、スターリングエンジンに近い目標を掲げた研究。
蒸発・凝縮による等温過程を利用して不可逆過程の無いサイクルを達成し、以てカルノーサイクルに近付くことを目指す模様。
・・・コレ見てて思い付いたけど、再生サイクルにしてやった方が熱効率も出力も向上するんじゃね?
位相を180℃反転したシリンダーユニットを2本用意して、加熱器と凝縮器の間に再生器を挟んで再生器の中で蒸発・凝縮させる方法が使えそう。
194両棲装〇戦闘車太郎 :2016/11/20(日)11:51:33 ID:FY6
液体ピストン蒸気エンジン技術
 ttp://www.denso.co.jp/ja/movie/study.html?bclid=422239339002&@videoList.featured=423954064002

デンソーのサイトから液体ピストン蒸気エンジンの動画、一応既に動く実物があるんだな。
となると、単なる基礎研究の段階ではないだけに意外と早く実用化されるのかも。

液体ピストン蒸気エンジンに関する公開公報一覧 - astamuse
 ttp://astamuse.com/ja/patent/published/keyword/11585955
液体ピストン蒸気エンジンに関する登録公報一覧 - astamuse
 ttp://astamuse.com/ja/patent/granted/keyword/11585955

デンソーが基本的に全て特許申請してる模様、つまり自動車向け排熱回収機構として開発中と思われる。
うーむ、なるべく早く実用化されて、船舶海運分野でも利用されるようにならないものか?
195両棲装〇戦闘車太郎 :2016/11/20(日)14:23:35 ID:tf0
モバイル用技術計算アプリ-TLV
 ttps://www.tlv.com/ja/steam_table/toolbox.html

さて、300℃における水の飽和圧力は約8,590kPa absであり、対して70℃では約31.2kPa abs、圧力比(圧縮比ではない)は何と約275に達する。
まぁ蒸気機関、特に真空復水器式は圧力比が非常に大きくなることが知られているが、1ピストン内でこの変化率はちょっと凄い。
なお、水蒸気の比熱比γ=1.324で圧力比約275を達成するピストン圧縮比:CR=(275)^(1/1.324)≒69.6が得られ、上死点での水蒸気容積はきわめて小さい。
この温度条件におけるカルノー効率ηc≒40.1%、ここに>>191下段からちょっと細工して最大比出力熱効率ηem=2ηc/(4-ηc)≒22.3%が得られる。
300℃の排熱から実用レベルで約22%のエネルギが取り出せるとしたら、コレは割と凄いことが起きそうな気がしてくる。

まぁ、現状の試作機はまだ熱効率10%に届いてないらしいので、今後まだまだ改善の余地があるということであろうか。
とりあえず、圧力容器として高い正圧とそこそこの負圧の両方が作用するの、機械的に難しさと面白さがある。
196両棲装〇戦闘車太郎 :2016/11/24(木)05:24:18 ID:uYG
M7A-05 の排気温度=524℃の影響で、HRSGの蒸気性状が過去の蒸気タービン艦の事例に当て嵌めて40kgf/cm2G≒4.02MPa abs、450℃辺りが狙い目の不具合。
この条件なら>>183-186よりも主に予熱器~蒸発器間の温度差がマシな条件が期待できるが、LM2500の排気温度=565℃では勿体無いことになってしまう。
むしろ、M7A-05運転時は再燃器も考慮して、「しらね」型護衛艦匹敵する蒸気性状の60kgf/cm2G≒5.99MPa abs、480℃を狙うべきか?
>>130で用いた軽油の単位発熱量43.4MJ/kgと>>160での定格合流排気温度553℃から、HRSG入口温度550℃くらいを狙って
M7A-05運転条件で再燃加熱する場合、>>184から排気ガス質量流量26.4kg/s、>>183から排気ガス比熱1.05kJ/(kg・K)、
燃焼効率95%とおくと(550-524)*1.05*26.4/43,400*(1/0.95)≒0.017kg/sの燃料消費率が得られる。
なお、M7A-05定格運転では出力6MW、熱効率30%から、燃料消費率は6,000/0.3/43,400≒0.46kg/sが得られ、
ボイラ再燃の燃料消費はM7A-05本体の燃料消費率の約3.8%増加と算出される。
ついでに、応急時ボイラ単独運転を行った場合、外気温度15℃でボイラ燃料消費率0.017kg/sでは、
ボイラ燃焼ガス流量は0.0017*43,400*0.95/{(550-15)*1.05}≒1.28kg/sとなり、M7A-05定格運転に対して約4.9%の流量。

うーむ、やはり再燃は諦めて4MPa・450℃で妥協した方が系統がシンプルだなぁ。
197両棲装〇戦闘車太郎 :2017/01/13(金)08:25:12 ID:bcZ
資 料 排熱回収ボイラの変遷 と技術的課題 - J-Stage
 ttps://www.jstage.jst.go.jp/article/hpi1972/34/2/34_2_83/_pdf
(p.5/9) > 蒸気タービン出力を1%増大させるのに,伝熱面積は約15%も増加させる必要がある。
コレを単純な対数―対数比例で外挿すると、出力2/3では伝熱面積は元の約0.14%まで小さくなる。

日本財団図書館(電子図書館) 第503分科会「新エンジンシステム等の調査研究」成果報告書 3.9 コンバインドサイクル機関
 ttps://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2002/00363/contents/006.htm
> 表3.9.1-1 エネルギーバランス
実績として、舶用COGES機関では蒸気タービンの出力はガスタービンの14.8~16.3%に過ぎず、約33%で想定した両棲HRSGよりも比率が小さい。
198両棲装〇戦闘車太郎 :2017/01/14(土)12:04:51 ID:w8E
舶用ガスタービンコンバインドサイクルのシステム検討* - J-Stage
 ttps://www.jstage.jst.go.jp/article/jime/50/4/50_502/_pdf

ふーむ、知らなかった概念の単語が複数有るので勉強に良さそう。
199名無しさん@おーぷん :2017/02/07(火)07:16:45 ID:JNY
 ttp://jbbs.shitaraba.net/bbs/read.cgi/sports/36360/1481972854/498

備忘録。
200両棲装〇戦闘車太郎 :2017/12/31(日)19:56:25 ID:FtE
年の瀬に、「統合機動施設団」と「水陸両用ブルドーザーUGV」について覚書。


・統合機動施設団
その名のとおり、統合運用される機動力を持つ施設部隊の団。
設立母体は、海自の「機動施設隊」と空自の各方面隷下「航空施設隊」を中核に、陸自からも施設部隊を拠出させた上に常設の統合司令部を置く。

陸上自衛隊:施設科
 ttp://www.mod.go.jp/gsdf/about/branches/shisetsu.html
機動施設隊 - Wikipedia
 ttps://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A9%9F%E5%8B%95%E6%96%BD%E8%A8%AD%E9%9A%8A
航空施設隊 - Wikipedia
 ttps://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%88%AA%E7%A9%BA%E6%96%BD%E8%A8%AD%E9%9A%8A

その最も重要な任務は「離島・遠隔地等への航空基地ないし港湾基地の仮設」であり、ソレに必要となる機材人員を配し訓練を施される。
また、有事に本邦離島への敵占領を許してしまった状況において、離島奪還の為に逆上陸戦を実行する際には敵の敷設した水際障害や水際地雷等を除去し、
上陸に成功した際には後続の友軍を上陸しやすくすべく海岸に桟橋を仮設し、あるいは必要に応じて海底の浚泄等を行う。
名称は統合機動施設団であるが、機動手段として固有の移動手段は一般的なトラックやトレーラー程度であり、海自輸送艦や空自輸送機に主な機動能力を依存する。
また、港湾港務、航空管制、航空機整備等の部隊については常設せず、必要に応じて海自や空自の当該担当部隊からの拠出を受けて対処する。
その任務から、次に示す「水陸両用ブルドーザーUGV」を優先配備されるが、この機材そのものは陸自施設科等の一般部隊にも広く配備される。

・水陸両用ブルドーザーUGV
読んで字の如く、水陸両用ブルドーザーを無人自律運用可能にした重機。

水陸両用ブルドーザ関連工法|青木あすなろ建設株式会社
 ttps://www.aaconst.co.jp/technology/public/bulldozer/

国内産で実績がある水陸両用ブルドーザーはあくまでも遠隔操縦型であるが、コレを原型として現在に適合する設計・部品を用いて開発し、なおかつUGV化を施す。
UGV化により乗車運転では運転士にリスクがあるような状況においても運用可能性が大きく広がり、特に水際地雷や水際障害等の敷設が見込まれる場所への突入任務が期待される。
また、上に述べた逆上陸戦後にて奪還した海岸に桟橋を仮設する際にも、敵の機雷等が残存している中で作業実施が可能であり、あるいはNBC環境での施設科員の被曝を局限しうる。
当然ながら、陸上において全く普通のブルドーザーとして運用することも可能であり、その必要があるのならば反海上型滑走路の設営においても十全なる活躍が期待できる。
201名無しさん@おーぷん :2018/04/27(金)22:23:33 ID:6lt
いずもにF-35Bが載らないか考えてみたり、
30DXの艦種記号がFFMになったり、
掃海隊群に輸送隊が移動したり、

時代は変わってってるな
202名無しさん@おーぷん :2018/04/27(金)23:24:55 ID:CrB
憲法改正がなりそうな時代だしようやく戦後が終わろうとしているのだろう
203名無しさん@おーぷん :2018/04/27(金)23:44:52 ID:6lt
そんな時代の「次世代艦隊」ってどんなんだろうねぇ?
数年前にやってた「600tコルベットが~」とか言う状況じゃ無くなったよなぁ
204名無しさん@おーぷん :2018/04/28(土)04:42:48 ID:DqT
目的が2つに別れてそれぞれ別の発展をするんでね?
海上基地と機動部隊とで戦略系と戦術系に
水陸両用系は陸上部隊とある程度融合するかもしれないが
205名無しさん@おーぷん :2018/04/28(土)07:05:42 ID:UCf
それって、
DDH中心のグループとLHD中心のグループって事か。
まぁそうかもしれんなぁ
206名無しさん@おーぷん :2018/04/29(日)03:04:48 ID:YC7
「艦隊」と言えば潜水艦隊も、潜水艦が22隻に増えるんだし何らかの変化がありそうなものだが
22隻あれば、「大きい潜水艦」と「小さい潜水艦」に役割分担させたりとか
207名無しさん@おーぷん :2018/04/29(日)03:10:53 ID:45X
戦略原潜が欲しいよね
208名無しさん@おーぷん :2018/04/29(日)12:06:13 ID:YC7
その手の「大きいの」が欲しいってのがある一方、
「浅い東シナ海で動きやすい『小さいの』が欲しい」ってのも聞くね
209名無しさん@おーぷん :2018/05/03(木)13:09:06 ID:MBV
仮にいずもを改装してF-35Bの運用が出来る様になったら、
世界有数の固定翼哨戒機部隊をもつ航空集団はどうするのかなぁ
「オレ達もいずもに降りたい!」て思うのかどうか
210名無しさん@おーぷん :2018/05/05(土)18:09:38 ID:hNL
ヘリ空母は哨戒機ほどの機動力がないからな
運用の目的が違うんでね?哨戒機は敵の制空圏内で使えないし
211名無しさん@おーぷん :2018/05/06(日)15:04:46 ID:dw3
>ヘリ空母と固定翼哨戒機

確かに今は違いがあるけど、中国の潜水艦が質、量共に強化されてるので、そのうちヘリ空母にも機動力が必要になってくるかも?
そんな時の対策として、S-3みたいな艦載固定翼哨戒機とか、、、
212名無しさん@おーぷん :2018/05/06(日)23:46:41 ID:BVf
艦載の固定翼機の需要がどこまであるのか?がけっこう深刻な疑問でもあるんだよね
戦前の戦艦と同じようにどこまでも政治的な兵器でしかないと思うんだよね
戦力としての実用性は皆無だろう
213名無しさん@おーぷん :2018/05/07(月)14:45:15 ID:Za9
まぁ「艦載の固定翼機」の為には、
・陸からの固定翼機じゃ駄目か?
・艦載ヘリじゃ駄目か?
・米空母の艦載機は支援に来るか?
等の疑問点はクリアしないとな。

陸上機は、先島諸島に関しちゃ石垣・宮古に飛行隊を置ければ今までよりも対応時間に余裕も持てる。でも、小笠原諸島と南西諸島の間に中華空母と潜水艦が入って来ると陸からじゃ遠い。あの辺日本のEEZ外だし。
艦艇と艦載ヘリだけでJ-15や中華潜水艦に対するのは大変そうなんで、何らかの艦載固定翼があれば楽なんじゃないかと思ったんだけど、、、
基本的にそんな場合は米空母にお出でいただきたいんですが。
214名無しさん@おーぷん :2018/05/12(土)20:41:54 ID:Ej0
次世代艦隊のあるべき姿、を考えるならば海保の位置づけを考え直すべきじゃね?
現状任務のまんまでも海保の大増強は必要だけどそれ以上に軍事的任務にも対応できるようにして
海軍と海保の連携を考慮した体制を考えるべき
軍オタは日本海軍に対する憧れが強い反面として海保にたいして関心が薄い面がある
215名無しさん@おーぷん :2018/05/13(日)02:39:09 ID:Xaq
海保って民間人使っているだろ
警察活動へはともかく軍事活動へ組み込むのはコマとして使える形になってからでないと問題発生するんでね?

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