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为适应舰船战术性能和舰船吨位级别提高的要求, 迫切需要研究大功率、高效率舰船燃气轮机。通过对国内外战舰主动力装置进行分析,认为中国开发 40000 kW的大功率燃气轮机是十分必要的, 利用现有航空发动机的技术资源优势, 采用先进的间冷技术是发展大功率、高效率舰船燃气轮机的 1 条现实可行的技术途径, 既可以提高燃气轮机在设计工况下的功率和热效率, 又能保持在低工况下的高效率。
0 引言
燃气轮机是继蒸气轮机和内燃机之后的新一代动力装置, 具有质量轻、 尺寸小、 功率大、 起动快、 污染小、 可靠性高、 寿命长等诸多优点。 经过半个多世纪的发展, 燃气轮机技术日臻完善。目前, 舰船动力装置使用方式已从早期的蒸汽轮机与燃气轮机共同使用装置 (COSAG) 发展到目前的柴油机与燃气轮机交替使用装置 (CODOG) 、 燃气轮机与燃气轮机交替使用装置(COGOG) 、 燃气轮机与燃气轮机共同使用装置(COGAG) 。过进行过燃-蒸联合和燃气轮机共同使用装置 (COGASAG) , 以及柴油机电力推进和燃气轮机共同使用装置 (CODLAG)研究。
各国舰船燃气轮机采用的方式不同,美国以LM2500 燃气轮机为基本型, 采用 COGAG 方式; 英国目前舰船用动力装置多采用 COGOG 方式,如以 2 台Olympus TM3B (或 Spey SM1C) 用作加速机组, 以Tyne RM1C 用作巡航机组; 德国、 法国、日本等国由于本国柴油机基础雄厚, 多采用 CODOG 形式。中国海军目前的水面舰船动力装置仍然以蒸汽轮机和柴油机为主, 只有很少数量的舰船上采用了燃气轮机。今后需要相当数量的反潜护卫舰、 护卫舰及各种用途的驱逐舰组成中国海军的主要水面舰队。 对于这些要求续航力大、 火力和武器装备较强、 机动性能较好的现代化水面舰船的动力装置而言, 燃气轮机将是重点发展方向之一。
本文进行了航改大功率、高效率舰船燃气轮机的技术研究, 探讨发展航改大功率、高效率舰船燃气轮机的技术途径。
1 大功率、 高效率燃气轮机军事需求分析
对国内外舰船燃气轮机发展趋势的研究表明, 舰船燃气轮机走航机改型的发展道路已经取得了共识, 航改燃气轮机在大、 中型水面舰船动力装置中已处于主导地位,成为世界各国海军装备现代化的重要标志之一。
随着对舰船战术性能和舰船吨位级别要求的提高, 舰船燃气轮机越来越朝着大功率、高效率、 低排放的方向发展,如 MT30、 WR-21、 LM2500+、 LM2500+G4等, 这些应用广泛的舰船燃气轮机均是航改型, 特别是随着舰船全电力推进系统的发展, 对燃气轮机的功率等级提出了更高要求。 典型的燃气轮机应用战舰情况见表 1。
表 1 典型的燃气轮机战舰
通过分析国内外战舰主动力装置, 认为中国开发40000 kW 级的大功率燃气轮机是十分必要的。护卫舰装用 1 台, 驱逐舰装用 1~2 台, 巡洋舰和轻型航母可装用 2 台,从而可使该型燃气轮机既可装用于护卫舰和驱逐舰又能装用于巡洋舰和航空母舰。
尽管舰船燃气轮机研制起步较晚,但由于航空技术发展很快, 至今舰船燃气轮机已发展了 3 代。 目前,主要海军国家的舰船燃气轮机系列均已发展得非常完善,效率已超过了 40%,单机功率超过了 40000kW。所以开展 40000 kW 大功率燃气轮机的研制工作可以完善中国海军舰船燃机动力型谱,配套先行,与世界先进国家海军建设同步。大功率、高效率舰船燃气轮机的主要性能指标见表 2。
表 2 大功率、 高效率舰船燃气轮机的主要性能指标
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