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在国外众多船用燃气轮机中,我们在此主要介绍几个著名的型号,首先登场的是一位号称“驱动了半个地球海军”的大腕儿——LM2500燃气轮机,它不仅几乎一统了美国海军大中型作战舰艇的动力系统,还装备了24个国家海军、350艘军舰,“驱动了半个地球海军”的称号绝非浪得虚名。这样巨大的成功虽部分得益于美国强大的全球政治影响力,更主要的还是其优异的表现。LM2500燃气轮机是美国通用电气公司(在此一题无奖竞猜:美国通用电气公司的缩写是GE还是GD还是GM?)于20世纪60年代末研制的高效大功率船用燃气轮机,由TF39航空涡轮风扇发动机(民用型为CF6)改装而成,该机型采用了双转子结构,由单转子燃气发生器和自由动力涡轮转子组成。燃气发生器由压气机、燃烧室和压气机涡轮组成;压气机共16级,进口导叶和1-6级静叶可调,压气机转子为鼓形结构;燃烧室为单环燃烧室,装有30个燃油喷嘴和2个点火器,内、外壁采用气膜冷却;压气机涡轮为二级轴流式,两级动叶和静叶均采用空气冷却,第一级和第二级静叶为冲击和气膜冷却,第二级动叶为冲击和对流冷却,由于采用了先进冷却技术,虽然燃烧室出口温度为1170℃,但涡轮叶片金属表面的温度仍不超过846℃;动力涡轮原为TF39中驱动风扇的涡轮,采用了低负荷设计,级数多达6级。
问世几十年来,LM2500在不断发展改进,实现了功率级别的跨越式发展。最初的LM2500燃气轮机的输出动力为25500马力,后续LM2500+是零级压气机功率加大的改进型机组,燃烧室出口温度从1170℃增加到1205℃,压比从18.8增加到23.3,空气流量从70.3kg/s增加到85.7 kg/s;额定连续功率已经达到了29788kW,增幅达16.8%美国海军的LHD1“黄蜂”级大型两栖攻击舰的动力装置本来采用的是两台共7万马力的蒸汽轮机,但从第8艘“马金岛”号起,已经改为使用两台LM2500+燃气轮机推进,要知道燃气轮机虽然比蒸汽轮机有着很多的优势,但是在两栖攻击舰、航母、大吨位军辅船这些“大家伙”上,燃气轮机还是暂时无法全面撼动蒸汽轮机的统治地位,能在同级的舰艇上实现由蒸汽轮机换装燃气轮机,可见美国海军对LM2500+的自信。
LM2500系列目前最新一代的产品是在LM2500+的基础上再进行改进的LM2500+G4燃气轮机,LM2500+G4通过在是LM2500+基础上优化了压气机、压气机涡轮和动力涡轮流动能力,升级改进基于适度的增加燃气初温和压比,空气质量流量增加5%,使其最大功率达到了47370马力,效率进一步提高到39.3%。从最初的25500马力47370马力,LM2500连续跨越了两个功率等级的台阶,充分显示美国在复杂工业产品研制上强大的预研和工程能力。
当然一个大家众所周知的事情是,LM2500也曾在中美蜜月期的军事交流合作中来到了我国,成为了052驱逐舰首舰“哈尔滨”号和2号舰“青岛”号的动力来源,但这个事情的前前后后真是一个复杂而又令人感慨的故事,楼主随后会花点篇幅好好介绍。
而另外一个具备制造大型船用燃气轮机的老牌工业强国(嗯,前面必须加上“老牌”二字,原因大家懂的)——英国自然不甘示弱,凭借着发动机产业的标杆性企业——罗尔斯罗伊斯公司,英国是世界上第一个将燃气轮机作为舰艇动力的国家,同时也是第一个将航空喷气发动机改为舰艇燃气轮机的国家。1947年,英国将由航空喷气发动机改型而来的G1型燃气轮机装到了100吨级的摩托炮艇MGB-2009上进行试验,该机功率为1839千瓦,发动机重1830公斤,耗油率较高,达到了639克/千瓦时。随后出现的同为航空改型的“海神”舰艇燃气轮机已经有了极大的改善,功率3310千瓦,发动机重1400公斤,耗油率大幅度下降到了347克/千瓦时,已经达到了与蒸汽轮机相当的水平。
在初尝燃气轮机甜头后,罗尔斯罗伊斯再接再厉,不久后就拿出了他们的一款标志性产品,就是著名的“奥林普斯”,它也是最早将航空用燃气轮机改为船用动力的成功常识。早在1947年,罗尔斯罗伊斯公司首先启动了“奥林普斯”型涡轮喷气发动机的研制计划。到1950年5月,“奥林普斯”涡轮喷气发动机的第一台原型机开始进行台架试验。按照研制计划,该型发动机将作为新型高速、远程轰炸机的动力装置,要求发动机推力大、工作稳定、耗油率低。因为研制中遇到的技术困难比较多,该型发动机直到1956年7月才正式定型交付使用,经过一段时间的实际应用之后,在基本型“奥林普斯”100系列的基础上发展出了新的200系列和300系列,成为了当时英国“3V”轰炸机计划中“火神”战略轰炸机的动力。值得注意的是,1973年定型为“奥林普斯”593型涡轮喷气发动机1976年1月推动白天鹅般优雅的“协和”式客机进行了人类历史上第一次超音速民航飞行,这一份荣誉无疑非常值得英国人骄傲和自豪。
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