Tại sao tuabin khí lại được chọn làm động cơ cho tàu chiến lớn?

Động cơ tuabin khí là loại động cơ nhiệt dạng rotor, trong đó chất giãn nở sinh công là không khí. Động cơ gồm ba bộ phận chính là khối máy nén khí dạng rotor (chuyển động quay); buồng đốt đẳng áp loại hở và khối tuốc bin khí rotor. Khối máy nén và khối tuốc bin có trục được nối với nhau để tua bin làm quay máy nén.

So với một loại động cơ piston điển hình là động cơ Diesel, thì động cơ tuabin khí có nhiều điểm yếu hơn: công nghệ chế tạo rất cao nên rất đắt, có hiệu suất nhiệt động lực học thấp hơn (khoảng 2/3 so với động cơ Diesel) dẫn đến tính kinh tế kém hơn, hiệu suất giảm sút nhanh khi chạy ở chế độ thấp tải.

Nhưng ưu điểm nổi bật của động cơ tuabin khí là có khối lượng và kích thước nhỏ gọn nhưng cho công suất cực mạnh; chỉ số công suất riêng (mã lực/kg) của loại động cơ này, lớn gấp hàng chục lần động cơ diesel. Tuy nhiên các động cơ tuabin khí tiêu tụ rất nhiều nhiên liệu so với động cơ piston truyền thống.

Vậy các động cơ tuabin khí tiêu thụ nhiều nhiên liệu như vậy, nhưng tại sao chúng luôn được ưu tiên sử dụng chúng trên các tàu chiến chứ không phải động cơ diesel; lý do tại sao lại như vậy?

Hiện nay, các tàu chiến tốt nhất trên thế giới đều sử dụng động cơ tuabin khí làm động cơ chính. Ví dụ tàu sân bay lớp "Queen Elizabeth" của Hải quân Anh được trang bị tuabin khí MT-30, tàu khu trục lớp Arleigh Burke của Hải quân Mỹ được trang bị tuabin khí LM-2500, tàu khu trục lớp Type 055 của Trung Quốc được trang bị tuabin khí GT-25000…

Hầu như tất cả các loại tàu chiến hàng đầu trên thế giới hiện nay, đều sử dụng những động cơ tuabin khí tốt nhất làm động cơ chính; đây cũng là sự lựa chọn chung của các cường quốc hải quân hiện nay.

So với tuabin hơi nước và động cơ diesel xuất hiện trước đó, ưu điểm của tua bin khí là rất rõ ràng: hiệu suất nhiệt cao, kết cấu đơn giản, truyền động thuận tiện, tiếng ồn thấp, khối lượng nhỏ.

Lấy tuabin khí LM-2500 của Mỹ làm ví dụ, thân hộp của nó có thể tích chỉ 8×2,7×3,1 mét, và trọng lượng toàn bộ của nó chỉ 6 tấn, nhưng nó có thể tạo ra một công suất mạnh mẽ khoảng 28MW. Bốn tuabin LM-2500 có thể đẩy tàu sân bay hạng nhẹ Izumo của Nhật Bản, có lượng giãn nước 27.000 tấn đi với tốc độ hơn 27 hải lý/giờ.

Hơn nữa, do động cơ tuabin khí LM-2500 có kích thước nhỏ nên không chiếm nhiều diện tích bên trong thân tàu; ví dụ trên tàu khu trục lớp Arleigh Burke, có lượng giãn nước toàn tải hơn 9.000 tấn, thực tế có thể lắp đặt 4 tuabin khí LM-2500 cùng một lúc.

Cùng cới đó là việc thay thế và bảo dưỡng rất thuận tiện, và thậm chí cả thân hộp của tuabin có thể được nâng trực tiếp từ ống khói. Ngược lại, các động cơ tuabin hơi nước đầu tiên được sử dụng trên các tàu chiến lớn rất tốn kém để bảo trì vì cấu trúc phức tạp và khối lượng khổng lồ; chúng không thể tháo rời sau khi được trang bị.

Tất nhiên, sức mạnh của động cơ tuabin hơi nước có thể rất lớn, 4 tuabin hơi nước có thể đưa siêu tàu sân bay 100.000 tấn chạy với tốc độ cao 30 hải lý/giờ, điều này tạm thời chưa có động cơ tuabin khí nào hiện nay sánh được.

Một điểm mạnh của động cơ tuabin hơi nước là hoạt động ổn định và êm ái hơn động cơ tuabin khí, đó là lý do tại sao nhiều tàu chiến lớn trên 20.000 tấn hay được trang bị tuabin hơi nước. Tuy nhiên, so với tuabin khí, lợi thế về khối lượng, tốc độ và dễ bảo trì là rõ ràng.

So với động cơ diesel, động cơ tuabin khí có lợi thế về tổng thể; động cơ tuabin khí không chỉ nhỏ hơn và linh hoạt hơn động cơ diesel, mà còn mạnh hơn động cơ diesel. Hiện nay rất ít tàu chiến lớn sử dụng động cơ diesel làm động cơ chính, do sức mạnh của động cơ diesel không thể đáp ứng được yêu cầu.

Trong tương lai, các tàu chiến trong sẽ phổ biến dùng công nghệ động cơ điện, nhưng nhìn chung, động cơ tuabin khí vẫn được sử dụng làm máy phát điện và động cơ diesel vẫn là động cơ phụ.

Trong các tàu chiến hiện đại, do các tàu khu trục có yêu cầu cao hơn về tốc độ, khả năng cơ động và tốc độ thay đổi, nên hầu hết các tàu khu trục sử dụng tuabin khí và một số tàu sân bay nhỏ hơn cũng sử dụng động cơ tuabin khí;

Động cơ diesel chủ yếu được sử dụng trên tàu khu trục nhỏ, còn động cơ tuabin hơi nước được sử dụng nhiều hơn trên tàu sân bay. Do đó, mặc dù mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ tuabin khí rất cao, nhưng hải quân các nước vẫn rất ưa chuộng hiệu suất vượt trội của nó và số tiền bỏ ra cho mức tiêu thụ nhiên liệu đó vẫn phải chăng.

Tiến Minh