范文一:国产燃气轮机
燃气轮机的基本结构图,它主要是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成。
舰船动力装置主要有:蒸汽动力装置、柴油机动力装置、核动力装置、燃气动力装置和联合动力装置。前两种装置发展得比较早,广泛应用于各类舰船,后面三种,系近十多年来迅速发展起来的新型动力装置。舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为主机的全燃化动力装置。它自五十年代末期起,尤其是六十年代中期以来,已得到了极其广泛的应用。功率总数日益增长,装舰使用范围日益扩大,已由快艇发展到了护卫舰、导弹驱逐舰、巡洋舰和直升机航空母舰等,可谓是舍我其谁。
燃气轮机基本工作原理
燃气轮机是以空气为介质,靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率、高性能动力机械。它主要是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成,再配以进气、排气、控制、传动和其他辅助系统。当燃气轮机机组起动成功后,燃气轮机就会开始进入稳定的热力学循环过程。压气机连续不断地从外界大气中吸入空气并增压,这个过程可以认为是压气机动能向空气热能和势能的转换,被压缩后的空气温度升高有利于与燃料进行更猛烈的化学反应(化学反应速度和程度与温度成正比),更大的膨胀比也有利于压缩空气燃烧后释放更大的能量。压缩空气从压气机出来后即进入燃烧室,首先会在燃烧室进口被喷入燃料进行掺混,然后就会点火燃烧。这个过程可以认为是燃料化学能向空气热能和势能的转换,在短短几十厘米的距离内空气的温度上升数百甚至上千度,压力也会激增。高温高压的燃气从燃烧室出口喷出,就开始膨胀,在膨胀的同时推动涡轮叶片做功。这个过程就是燃气热能和势能向动能的转化。涡轮将燃气的能量转化为动能后,一方面用于压气机压缩空气持续进行热力学循环,另外一方面由主轴将转子的扭矩输出,经过减速器减速以后用于推动军舰。整个热力学循环完成使得燃气轮机实现了燃料化学能向机械能转换的最终目的。
在中国有着较大范围应用的德国MTU公司396系列军民两用高速柴油机(上图)和据说在167舰上使用的蒸气轮机(下图)。燃气轮机相比于它们更适合军舰使用。
燃气轮机作为军舰动力的优势
在军舰动力方案选择上,燃机轮机的主要竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机,但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系统性能要求更为吻合,燃气轮机成
为了各国军舰动力系统发展的唯一选择。老牌海军强国如美国海军、英国海军、日本海上自卫队的主力水面作战舰只早已完成动力燃气轮机化。
燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下,同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一,是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的,体积小、功率大,非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。
燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃机的转速是三种动力系统中最高
-2分钟就可以达到最高转的,但是由于整个转子十分轻巧,在启动机帮助下在1
速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复,加速较慢,蒸汽轮机更是“反应迟钝”,整个系统达到最高功率输出可能需要长达一小时的时间。而启动速度,对于军舰的战时出动和反潜作战时加减速性能有着直接的影响。
燃气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中,产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点,导致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适合给反潜军舰作动力系统。
美国海军伯克级驱逐舰上装配了4台LM2500燃气轮机。LM2500燃气轮机除装备美国海军外,还装备了24个国家海军的350艘军舰。
LM2500燃气轮机的基本情况
发达国家尤其是美国早就认识到舰用燃气轮机的巨大优势,研制大量燃气轮机型号为自己的海军提供充裕的动力,其中LM2500燃机基本统一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,号称“驱动半个地球的海军”。LM2500燃气轮机是美国GE公司于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,是第一型第二代船用燃气轮机。最初的 LM2500燃气轮机的输出动力为25500马力。
LM2500燃气轮机为双转子结构,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。
LM2500+燃气轮机的额定功率达到了29788kW。最新的LM2500,G4燃气轮
机的动力更是达到了惊人的47370马力。
LM2500燃机的跨越式发展
LM2500在不断发展改进,实现了功率级别的跨越式发展。LM2500+是给LM2500增加零级压气机的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70.3 kg/s增加到85.7 kg/s;额定连续功率29788kW;在上述功率下的热效率37.8%。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,从第8艘“马金岛”号(LHD8)起,已经改为使用两台LM2500,燃气轮机推进。
2005年GE公司开始对最新一代的LM2500,G4燃气轮机进行试验,LM2500+G4是具有增加压气机、压气机涡轮和动力涡轮流动能力的LM2500+,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%,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马力到G4的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。
由于没有合适的舰载燃气轮机,中国有6艘驱逐舰仍然装备国外产品。其中上图112舰上使用的LM2500燃气轮机由于受美国禁运影响到使用时限后也没有获得大修。
自研燃机尚未装备
中国舰用燃气轮机研发的起步并不算晚。根据“中国舰用燃气轮机总师访谈录”的介绍,1958年中国开始着手研发计划的具体组织实施,决定成立南、北方两个联合设计组,先开展大、中、小三型机组的可行性论证和方案设计。1959年底,前苏联向中国转让了M-1舰用燃气轮机技术,中国对该机组进行了以技术练兵为目的的仿制工作。仅用了11个月,上海轮机厂就完成了该型燃机的首台样机制造。不过由于各种原因,仿制样机经过3年才排除大量故障通过验收试验。后来该型燃机在一艘高速炮艇上进行了试验并且装备了部队。1964年完成设计的6000马力燃机组是中国第一次自行设计研制的舰用燃机,但是由于研制周期过长加之原装配对象计划调整未能装备部队。与世界上其他国家主要依靠航空发动机改燃机不同,中国由于航空发动机水平落后,采取的是改进和专用研制并举的道路。
1967年中国决定将轰六轰炸机上的涡喷8发动机改进为大功率舰载燃气轮机,这是中国首次进行“航改燃”实践,但是最终因为发达国家同意进口相应型号受到冲击无果而终。
后
来中国一直在舰用燃机方面不断尝试,但是一直没能拿出一款成熟可靠性能优良的舰载燃气轮机。这就是中国6艘装备燃气轮机的驱逐舰都采用外国产品的原因,其中112、113两艘驱逐舰因为受到美国禁运影响,其装备的LM2500燃气轮机到了使用时限也难以获得大修。这同时也使得052型驱逐舰在建造完成2
艘以后,就不得不停止建造。
2004年在珠海航展上首次展出的国产QC185燃机,该发动机以“太行”涡扇发动机核心机为基础改进而来,但其输出功率并不能满足中国大型水面舰艇的需要。 航空动力工业发展拖累舰用燃机
中国在舰载燃气轮机方面一直没能突破技术瓶颈的主要原因有很多,既有航空动力方面的问题也有舰用燃机工业本身的体制问题。其中最主要的一个原因是中国航空动力工业缺乏长期发展规划。中国航空动力工业像很多落后国家一样是从仿制和修理开始的。在老大哥的帮助下,中国迅速建立起一个能够和世界一流水平比肩的航空工业体系,但是中国并没有为航空工业以及航空动力工业制定一个从仿制到研制的长远发展规划,而是将航空工业本身的任务局限于仿制、生产和修理,确定了以生产为主的“遍地批量厂”发展方针。中国航空工业的运行状态就是,仿制生产再仿制再生产,长期处于这种发展状态下,中国航空动力工业对于现代航空动力系统的研究发展客观规律认识极为不足。
航空发动机研制没能突破相关技术瓶颈,与航空发动机技术相通的舰用燃机更是无从谈起。在2004年,中国一航开发研制的国产新型燃气轮机QC185在珠海航展上首次面世。而该机就是以太行核心机为基础改进的轻型燃机,不过输出功率17兆瓦的水平也不足于中国目前发展大型水面舰艇的需要。另外,中国舰用燃机轮机主要研制和生产单位存在于航空工业之外,在体制方面非常不利于航空发动机向燃气轮机的改进工程。
GE9一个核心机解决了F-15,F-16,F-18这些世界知名战斗机、以伯克级驱逐舰为代表的各类舰艇乃至民航客机所有动力问题,体现出了核心机预研的巨大效益。
美国经验:核心机预研是关键
航空强国的动力发展经验是进行核心机预研,然后在同一个核心机上再衍生出航空发动机和舰用燃气轮机。世界著名的舰用燃机LM2500就是核心机预研工程的衍生产品。LM2500燃气轮机衍生自美国GE公司的GE9核心机。GE9核心机衍生出F101大涵道比军用加力涡扇发动机用于B1B超音速战略轰炸机,将GE9的换算流量进一步减小发展出了GE15核心机。GE15核心机衍生出的涡喷型号YJ101参与竞争F-15和轻型战斗机计划(F-16研制计划)但是输给了普惠的F100发动机。后来竞争YF-17也就是今天的F/A-18舰载机项目时,GE将YJ101的低压压气机放大成为风扇研制出了F404中推涡扇发动机。而将F404的风扇放大并与F101的小涵道比型号结合,就是F-15和F-16的著名动力F110。
在GE9核心机基础上衍生的舰用燃气轮机LM2500是世界上最成功的舰用燃气轮机,装备了美国阿里伯克级等多个国家的军舰。而通用电气与法国斯奈克玛公司联合研制的CMF56大涵道比涡扇发动机也是以GE9核心机为基础的,CMF56发动机装备了空客A320
等多种民航发动机,也是第三带民用涡扇发动机的典型代表。这就是说,GE9一个核心机解决了F-15,F-16,F-18这些世界知名战斗机、以伯克级驱逐舰为代表的各类舰艇乃至民航客机所有动力问题,这不得不说是核心机预研的巨大效益。可以说,一型核心机的研制成功,意味着整个国家从天空到海洋的全面突破。美国从上世纪五十年代末就开始核心机预研计划,而我国晚了大概30年,由于
起步晚,经验和工业基础不足,至今未能拿出一款大规模实用的核心机型号。
根据国外媒体报道,中国从乌克兰进口了4台GT25000型25MW船舶燃气轮机,并与其签署了技术引进协议,引进技术自行生产。
在国产燃气轮机短时间难以成熟量产的情况下,中国不得不寻找新的舰艇动力系统,乌克兰在解体前是前苏联的燃气轮机研制、生产基地,当时其刚刚完成第四代GT-25000型燃气轮机的研制工作,该机功率为33000马力,除了重量和体积略大于LM-2500以外,在油耗、效率等方面都与LM-2500相当,是一型性能较好的舰用燃气轮机,中国除引进成品外用于建造052B/C两型驱舰外,还从舰用动力立足国内的角度考虑,与乌克兰签署了技术引进协议,引进技术自行生产。
根据国外媒体报道,中国船舶工业集团公司从乌克兰进口了4台GT25000型25MW船舶燃气轮机。这四台燃气轮机于2001年6月(第一对)和2001年12月(第二对)交付,用于装备中国新下水的052B型驱逐舰。除此之外,根据海军资深士官朱桂全在解放军报发表的文章,可以分析得出至少在169舰、170舰、171舰上都已安装了国产化的GT25000舰用燃气轮机。这说明该燃机已经被仿制成功并且已经在索马里进行实战检验,中国自此进入了舰用动力发展的新时代。
GT25000燃气轮机额定功率29000kW、效率36%,在额定功率上比LM2500基本型稍高。该机对应不同的结构方案具有不同的热效率,三轴GT25000效率可以达到37%,但是依然低于采用更简单的双轴结构的LM2500+燃气轮机,显示出该燃机与世界先进水平的差距。不过该机充足的功率保证了中国新型大中型舰艇的动力。
首批护航编队的169舰和171舰在亚丁湾执行护航任务。小图为其所配装的国产化的GT25000燃气轮机。该燃气轮机经受住了亚丁湾护航行动的考验,性能可靠。
GT25000仿制品已通过亚丁湾实战检验
目前中国区域防空驱逐舰依然处于一种小步快跑的状态,没有达到所谓最终“目标舰”的完整作战性能。其主要原因是动力不足和通用导弹垂直发射装置尚未研制成功。而GT25000
燃机完成仿制之后,中国则无需再受到进口燃机数量的限制,突破动力瓶颈,开
始新一轮的造舰热潮。GT25000舰用燃气轮机额定功率29兆瓦,实际输出功率在23兆瓦左右。四台GT25000燃机实际总功率可以达到90兆瓦左右。日本
爱宕级防空驱逐舰和韩国KDX3级驱逐舰虽然都是万吨的满排,但也不过是70兆瓦的总功率水平。
中国海军编队长期在非洲亚丁湾执行护航任务,每批舰艇都要在海外连续执行任务数月之久,从未听说过GT25000燃气轮机在护航过程中动力出现过问题。朱桂全在解放军报发表的文章中也这样写道“在五年里,作为海军新一代主力战舰的169舰、170舰、171舰,在亚丁湾护航任务中表现抢眼,115舰、116舰多次完成出访、出岛链远航任务。它们在远航、护航、联合军演中的出色表现,折射的正是人民海军装备建设的飞速发展。”这说明GT25000燃机仿制型号的可靠性和经济性适合中国国情,能够满足现阶段中国海军需要。但需要看到,中国主力舰只也仅仅是可以放心使用国外燃气轮机的仿制改进型号。
由于大型舰用燃气轮机顺利实现国产化,此后国产万吨大驱和多型舰艇动力需求就能够得到解决。图为外媒发布的正在建造中的中国新驱图片。
满足万吨大驱和多型舰艇动力需要
现阶段立足于GT25000的动力系统,可以通过对动力方案的调整做到中国将来各类主力舰只都有适合的动力可用。在驱逐舰方面,继续深挖GT25000燃机的功率潜力,采用两台GT25000和两台舰用柴油机交替工作的方式可以为满排在7000吨左右的驱逐舰使用。将GT25000功率降低从而增加寿命和经济性,然后采用四台方案为9000吨满排驱逐舰提供动力,这就可以突破以往军舰排水量限制达到和阿里伯克级驱逐舰相当的水平,意味着中国主力防空舰综合性能达到美国主力舰的水平。9000吨的防空驱逐舰和同级别反潜通用驱逐舰已经能够支撑起一个航母编队的防空反潜反舰等综合任务。
另外考虑到将来海军对陆远程精确打击和驱逐舰单舰独立执行任务的需求,直接采用四台GT25000燃机驱动满排在11000-13000吨的大型综合驱逐舰。该舰采用大容量垂直发射系统容纳独立作战自卫所需的远中近防空反导导弹和用于攻击的反舰导弹对陆巡航导弹,并在综合完善雷达电子设备支持下,在一定海域执行综合性任务具有相当高的效费比。该级别驱逐舰参与舰队作战时该舰可以作为火力加强性节点,负责舰队中需要强火力支援的作战任务。
目前根据朱桂全在解放军报发表的文章看来,军方内部已对国产化的GT25000燃气轮机予以了肯定。中国自研中等功率燃机项目也正在稳定推进,中等功率燃机QC185也完成了试制并且第一次点火开始试车工作,预计数年之内就能设计定型[详细新闻]。从此前国产驱逐舰已经开工的情况来看,由于国产燃气轮机已经基本解决问题,中国海军新一波的造舰高潮也业已展开。
但我们仍要看到中国虽然拥有了第一种国产大功率舰载燃气轮机,但它不仅是一款仿制型号,而且相比LM2500这些世界知名的舰用燃气轮机仍然差距明显。
而中国燃气轮机在
下一阶段要取得新的实质进展,就必须取决于中国航空动力业在核心机预研上能否获得关键性突破。由于中国航空动力工业是众所周知的“老大难”,目前看来相关研究机构的下一步工作可谓任重而道远。
范文二:国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
"Chinese Airlines" reported recently, the AVIC power developed by the two models of gas turbine have recently made progress, which shows that Chinese equipment in independent development and production of marine gas turbine on the road towards a key step. Moreover, judging from the situation that the new domestic Destroyers have been started, the domestic gas turbines have basically solved the problem and the Chinese navy will launch a new wave of ship building. [map]
Xinhuanet.com September 7th "Chinese forwarding Airlines" reported, AVIC engine developed two models of gas turbine have recently made progress, which is a mid-range power gas turbine, and a small power gas turbine. According to "public reports" Journal of aviation engine, AVIC power in recent years in the development of QD128, QC185, QC70, R010 four gas turbines, including R010 QD128 and QC185 heavy gas turbine and gas turbine is mid-range power, QC70 is a small power gas turbine. R010 is only suitable for onshore power generation because of its size and weight, and QC128 has passed the new product identification and has realized the sale of two sets of generator sets, which can be said to have been developed. So, the progress this time should be QC185 and QC70 two models.
According to the "China Airlines" reported, QC185 medium power gas turbine in August 29th for the first time the ignition, and to achieve stable operation in the idle state. The QC70 small power gas turbine completed its first phase reliability test in August 22nd, the 13 month long test run. In terms of size and power, both can be used for naval power, QC185 can be used in large destroyers, and QC70 can be used in hovercraft. This
indicates that China has made a crucial step on the road of marine gas turbine, which is independently developed and produced by equipment
Currently, only 6 destroyers of the Chinese Navy use gas turbines as power. According to foreign media reports, the type 052 destroyer 112, No. 113 equipped with American LM2500 gas turbine, 052B, 052C 168, 169, 170 destroyers, 171 equipment made in Ukraine GT25000 or the generic type. Why is gas turbines so important to naval construction? NetEase military for you to make an exclusive analysis.
Domestic gas turbine made progress, shipbuilding climax began
According to the "China Airlines" reported, this should be the medium power QC185 gas turbine in August 29th for the first time the ignition (above) to complete the first phase of the reliability test and small power QC70 gas turbine in August 22nd.
The main marine power plants are steam power plants, diesel power plants, nuclear power plants, gas power plants and combined power plants. The first two devices developed earlier and were widely used in all kinds of ships, and the latter three are new power plants developed rapidly in the last more than 10 years. The marine gas turbine power plant is a full combustion power plant with a gas turbine as its main engine. It has been widely used since the late 50s, especially since the middle of the 60s. The total power is increasing, expanding the scope of use of the ship by speedboat to, frigates, missile destroyers, cruisers and helicopter carriers, it is now.
Basic working principle of gas turbine
Domestic gas turbine made progress, shipbuilding climax began
The basic structure of a gas turbine is mainly composed of three major parts, an air compressor, a combustion chamber and a turbine.
Gas turbine is a kind of high-power and high performance power machine with air as medium and high temperature gas to drive turbine to do continuous work. It is mainly composed of compressor, combustion chamber and turbine three major components, and then equipped with air intake, exhaust, control, transmission and other auxiliary systems. When the gas turbine starts successfully, the gas turbine starts to enter a stable thermodynamic cycle. The compressor continues to draw air from the outside atmosphere and to supercharge it. This process can be considered as a shift from heat to air energy and potential energy,
Increase of compressed air temperature is conducive to the chemical reaction more intense and fuel (chemical reaction rate and degree is proportional to the temperature), greater than the expansion is also conducive to the compressed air after combustion to release more energy. Compressed air comes out of the compressor and enters the combustion chamber. First, it is injected into the combustion chamber and sprayed into the fuel for mixing. Then, it is ignited and ignited. The process can be thought of as a shift from the chemical energy of fuel to the heat and potential energy of the atmosphere. In a few tens
of centimeters, the temperature of the air rises hundreds, or even thousands of degrees, and the pressure increases. High temperature and high pressure gas is ejected from the combustion chamber exit and begins to expand. At the same time, the turbine blade is forced to do work while expanding. This process is the transformation of gas, heat, and potential energy into kinetic energy. The gas turbine energy into kinetic energy, a compressed air compressor for continuous
thermodynamic cycle, on the other hand, the torque output by the spindle rotor, after the reducer for the promotion of warships. The complete thermodynamic cycle enables the gas turbine to achieve the ultimate goal of converting the chemical energy of fuel to mechanical energy.
Domestic gas turbine made progress, shipbuilding climax began
In China, the German MTU company, which has a wide range of applications, is the 396 family of dual-use high-speed diesel engines, and gas turbines, which are said to be used on the 167 ships. Gas turbines are more suitable for use by warships than they are.
The advantages of a gas turbine as a naval power
In the selection of warship power scheme, the main rival of gas turbine turbine is marine diesel engine and marine steam turbine, gas turbine, but due to congenital advantage and performance of warship power system is more consistent with the requirements of gas turbine, the only choice is the naval ships power system development. The old naval powers, such as the United States Navy, the British navy and the Japanese maritime
self defense force, have only completed the power gas turbines as warships.
The first advantage of a gas turbine is its power density. Under normal circumstances, the equivalent power of the gas engine is 1/3 to 1/5 of the diesel engine, about 1/5 to 1/10 of the steam turbine. This is because of the gas turbine itself exquisite continuous rotation, thermodynamic cycle structure caused by small volume, power, it is very suitable for small warships, high speed requirements of the characteristics.
The second advantage of the gas turbine is its fast start-up speed. Although the speed of the gas turbine is the highest in the three power systems, but because the whole rotor is very light, with the help of the starting machine, you can reach the maximum speed in 1-2 minutes. The diesel engine as a result of the rotor movement from the reciprocating piston to speed up the slower, steam turbine is more "unresponsive", the whole system to achieve maximum power output may take up to one hour. And the starting speed has a direct impact on the warship's wartime deployment and the performance of acceleration and deceleration in anti submarine warfare.
The third advantage of a gas turbine is noise, with low frequency components. Because the gas turbine itself in high speed and stable rotation, noise is more high. The reciprocating piston of the diesel engine generates a large number of low-frequency mechanical vibration noise, which meets the characteristics of the low frequency noise which is easy to spread in the ocean, which makes the warship easily detected by the enemy sonar. Therefore, diesel power is not
particularly suitable for anti submarine warships as power systems.
Self ignition machine has not been equipped
It is not too late to start the research and development of marine gas turbine in china. According to the "China naval gas turbine Engineer Interview", 1958 China began to implement the organization to begin development plan, decided to set up the South and north two joint design group, carried out the first large, mistress type unit feasibility study and design. At the end of 1959, the former Soviet Union transferred the M-1 ship gas turbine technology to our country, and our country carried on the imitation work for the technical training for this unit. In only 11 months, the Shanghai marine engine plant completed the first prototype of the gas turbine. However, for a variety of reasons, the prototype machine after 3 years before removing a large number of failures through the acceptance test. Later, this type of gas turbine in a high-speed gunboat was tested and armed forces.
In 1964, the design of the 6000 horsepower combustion unit is the first time designed and developed by ourselves. However, the development cycle is too long, and the original matching object plan has not been able to equip the troops. Unlike other countries in the world, which rely mainly on aircraft engines instead of diesel engines, China is taking the road of improvement and special development because of the backward level of aero-engine.
In 1967 our country decided to H-6 bombers on the 8 turbojet
engine for improved high power marine gas turbine, which is China's first "aeroderivative gas" practice, but in the end because the developed countries agreed to import the corresponding types of impact fruitless. Later, our country has been trying to use naval aircraft, but has not been able to come up with a mature, reliable, high-performance shipboard gas turbine. This is the China 6 vessels equipped with gas turbine destroyers are the causes of foreign products, of which 112, 113 two destroyers due to the US embargo, LM2500 gas turbine equipment to the use of time is also difficult to obtain overhaul.
Domestic gas turbine made progress, shipbuilding climax began
Since there is no suitable shipboard gas turbine, China has 6 destroyers still equipped with foreign products. The LM2500 gas turbine, pictured above, has not been overhauled since the use of the United States under the embargo imposed by the US embargo on the top 112.
Development of aviation power industry drag ship firing machine
In our country, there are many main reasons for the technical bottleneck in the shipboard gas turbine. There are both the problems of aviation power and the system problems of the naval gas turbine industry. One of the main reasons is the lack of long-term development plan for China's aviation power industry. China's aviation power industry, like many other backward countries, started with imitation and repair. In the big brother's help, quickly in our country to establish an and world-class level par system of the aviation industry, but
China is not for the aviation industry and aviation power industry to develop a long-term development plan from imitation to development, but the aviation industry itself the task is limited to imitation, production and repair. The production of "land mass factory" approach to development. The running state of China's aviation industry is a generic production and reproduction of imitation, long in this state of development, China's industrial air force for the study of modern aviation power system development objective law is lack of
understanding.
Aircraft engine development failed to break through the relevant technical bottlenecks, and the same with the aviation engine technology, ship gas turbine is out of the question. In 2004, Chinese AVIC developed new domestic gas turbine QC185 debut at the Zhuhai air show. The aircraft is based on the Taihang core machine to improve the light gas turbine, but the output power of 17 MW is also less than the current development of large surface ships in our country. In addition, the main development and production units of marine gas turbine in our country exist outside the aviation industry, and it is very unfavorable for the improvement of aero-engine to gas turbine in the aspect of system.
Domestic gas turbine made progress, shipbuilding climax began
For the first time in 2004 on display at the Zhuhai air show the domestic QC185 engine, the engine to Taihang turbofan engine core machine based and improved, but its output power and can not meet the needs of large surface ships China
United States experience: core machine research is the key
The power development experience of the aviation power is to carry out core research, and then derive an aero-engine and a marine gas turbine on the same core machine. LM2500, the world famous naval combustion engine, is a derivative of the core research program. The LM2500 gas turbine was derived from the GE9 core of the GE company in the United states. The GE9 core engine derived from the F101 high bypass ratio turbofan engine for military B1B supersonic strategic bomber, will further reduce the conversion flow GE9 developed GE15 core machine. The vortex jet model YJ101, derived from the GE15 core, participated in the competition for the F-15 and light Fighter Program (F-16 development program), but lost to Pratt & Whitney's F100 engine. Later, competition YF-17, that is, today's F/A-18 carrier aircraft project,
GE amplifies the YJ101 compressor into a fan, and develops a F404 turbofan engine. The F404 fan with F101 amplification and low bypass type combination, is the famous F110 F-15 power and F-16.
The marine gas turbine LM2500, derived from the GE9 core, is the world's most successful naval gas turbine, equipped with warships from countries such as the US, Ali, Burke, and so forth. Ge and SNECMA of France jointly developed CMF56 high bypass ratio turbofan engine is also based on GE9 core based CMF56 engine, equipped with Airbus A320 and other aviation engine, is a typical representative of the third band civil turbofan engine. That is to say, GE9 is a core machine solves the problem of F-15, F-16, F-18, the world famous fighter, Burke class
destroyer as the representative of all types of ships and aircraft of all power, have to say this is a huge benefit of core engine research. It can be said that the successful development of a core machine meant a complete breakthrough for the entire country from the sky to the sea. The United States from the last century began at the end of the 50s core engine research plan in China, about 30 years later, due to the late start, lack of experience and industrial base, has failed to come up with a large-scale practical core machine.
Domestic gas turbine made progress, shipbuilding climax began
GE9 is a core machine solves the problem of F-15, F-16, F-18, the world famous fighter, Burke class destroyer as the representative of all types of ships and aircraft all dynamic problems, reflecting the huge benefits of core engine research.
More recently, the Internet has begun to circulate pictures of the construction of the new destroyer segment in China, and the enthusiasm of netizens and military fans for the development of our destroyers has risen even further. Then came the imagination diagram and technical analysis of the destroyer many of our future, there are friends that our future will be built with a displacement of 9000 tons of air defense destroyer, and gave it a friendly name is "nine thousand years old".
GT25000 replicas have been tested in the Gulf of Aden
At present, the only domestic shipboard gas turbine that can be used immediately is a replica of the Ukraine GT25000 marine gas turbine, with a rated power of 29 MW, and the actual output
power is about 23 mw. The homemade gas turbine has been installed on the 052B destroyer, according to the Canadian magazine. Four GT25000 gas turbine total actual power at about 90 MW, while the Japanese air defense destroyer atago class and South Korea KDX3 class destroyers are million tons of full row, but that is only the total power level of 70 mw. Recently, China's naval fleet in the Gulf of Aden Africa long-term implementation of the escort mission, each batch of ships are in continuous overseas mission for several months, never heard of the type 052B destroyer appeared in the process of dynamic escort. This shows that the reliability and economy of domestic GT25000 gas turbine are suitable for China's national conditions. At present, the power system based on the GT25000's hand should continue to improve its technology and performance deficiencies, on the one hand can through the power scheme adjustment in China in the future do all kinds of main vessels are suitable for the power available. It can be considered that the bottleneck of medium-sized naval gas turbines restricting our surface vessels has broken through. But what we need to see is that the main vessels of our country can only rely on the improved model of foreign gas turbines.
Domestic gas turbine made progress, shipbuilding climax began
The 052B type 169 ship carries out escort missions in the Gulf of Aden, with its domestically produced GT25000 gas turbine. The gas turbine withstood the test of the Aden Gulf convoy and demonstrated reliable performance.
A megaton destroyer is not a dream
The destroyer, power to ferreting out potential of GT25000 gas turbine, using two sets of GT25000 and two ship diesel engine work alternately can be lined in about 7000 tons of destroyers, which is likely to be widely spread on the Internet recently 052C+ air defense destroyer, which is piecewise photos out of ship type. Reduce QC280 power to increase life and economy,
Then the four scheme for 9000 tons full row destroyers to provide power, which can break through the restrictions to the minds of users in the "nine thousand years" drive state, this level of Ali and Burke class destroyers, means that the basic level of comprehensive performance of China's main air defense ship reached us battleship. 9000 tons of air defense destroyers and the same class of anti submarine general Destroyers have been able to support a carrier formation air defense, anti submarine, anti-ship and other integrated tasks.
In addition, considering the future naval demand for Lu Yuancheng precision strike and destroyer single ship independent mission, the direct use of four GT25000 aircraft drives the large 11000-13000 ton integrated destroyer. The ship with large capacity vertical launch system for independent operations self-defense required far in the past for air defense missiles and anti-ship missile attack on land and in the comprehensive improvement of cruise missile, radar and electronic equipment support, implementation of comprehensive task in a certain area has a very high cost performance. When the destroyer is involved in the fleet operation, the ship can act as a reinforced node, which is responsible for the heavy firepower support task in the fleet.
According to the current situation, although China's navy during the period of time, the main naval vessels used imitation GT25000 gas turbine as a driving force, but this news shows that China's self-developed medium power gas turbine project is steadily advancing. In order to avoid the problems of reliability and durability of aircraft engines and engines in the past, China has increased the long-term test special projects especially in the small power gas turbine test. The medium power QC185 has also been completed, and the first ignition test has been started. It is expected that the design will be finalized within a few years. Judging from the situation that the domestic destroyer has already started, the domestic gas turbine has basically solved the problem, and the Chinese navy will launch a new wave of ship making climax.
Domestic gas turbine made progress, shipbuilding climax began
范文三:燃气轮机装上国产坦克
在坦克装甲车辆上,发动机是动力之源,其重要性不仅在于提供驱动功率,决定车辆的机动性,而且在于它的外形尺寸、燃油经济性以及在车辆上的安装位置与战车的生存力有着密切的关系。自坦克诞生以来,各军事大国都集中力量优先发展战斗车辆的高性能发动机,战车的发动机基本上经过了汽油机、柴油机、燃气轮机的发展历程。中国坦克发动机的发展经历了修理、仿制、改进和自行设计研制阶段,从无到有逐步建立了比较完整的坦克发动机科研、生产、管理体系,不仅有了相当规模的军用发动机制造厂,而且还有了研究测试手段比较先进的专业研究所,其中尤其是中国燃气轮机的发展更为引人关注。
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-1047705.htm
燃气轮机装上国产坦克
对于国内车辆,特别是对坦克装甲车辆来说,燃气轮机是一种全新的动力装置。但是在国外,它与活塞式发动机一样,已被广泛应用干船舶、航空、机车、发电和坦克装甲车辆上。尽管燃气轮机到上世纪80年代初才首次装备在美国的M1坦克,但其研究工作很多年前就已开始。第二次世界大战结束后联邦德国就进行了坦克燃气轮机的研究,法国率先在坦克上安装燃气轮机进行了试验。英国在1954年举办的一个军事技术装备样品展览会上展出了一辆安装有帕森斯公司研制的735千瓦燃气轮机的试验型重型坦克。1948年,苏联已开始军用履带式车辆燃气轮机的研制工作。20世纪60年代,苏联进行了燃气轮机的装车试验,70年代初研制的燃气轮机坦克曾在乌克兰哈尔科夫野外试验中心试验。1984年装备的T-80坦克采用了约735千瓦的燃气轮机。1997年,俄罗斯又研制了功率为1103千瓦的燃气轮机,作为新型“黑鹰”主战坦克的动力。美国于1965年提出坦克和重型车辆用1103千瓦燃气轮机的发展计划,1979年底,莱卡明公司交付了第一台生产型AGT-1500燃气轮机,1983年该燃气轮机达到新发动机验收规范的要求,现已大量装备美国的M1主战坦克。继M1坦克用的AGT-1500燃气轮机以后,美国还研制了几种车用燃气轮机,如LV100燃气轮机推进系统是美国为研制第四代主战坦克动力装置的先进整体式推进系统(AIPS)规划的一部分。
我国从上世纪70年代起,对从国外引进的燃气轮机进行了装车试验,以研究燃气轮机在坦克上的应用前途及存在的问题。1974~1977年,科研人员开始研究燃气轮机装车的相关技术问题,并于1977~1978年进行了摸拟装车系统的台架试验。在这个基础上,1978年2月,确定了燃气轮机试验坦克的总体方案,即将ST6J-771燃气轮机横置于69式中型坦克上,作为该坦克的动力装置。为此,专门设计了传动箱、起动电机传动箱、超速离合器、起动控制装置、进气装置、燃油供给系统、润滑系统、排气系统等。同年9月底试制成了我国第一台燃气轮机试验坦克。
我国坦克燃气轮机的试验
燃气轮机首次作为我国坦克的动力装置,存在着一系列技术难题。为此,我国科研人员克服各种困难,突破了一个个技术难关。在ST6J-771燃气轮机装车之前,先进行了模拟装车系统的台架摸底试验,在此基础上,成功地设计出了燃气轮机坦克的总体方案。总结起来,科研人员的技术攻关主要包括以下方面:
发动机的长度 ST6J-771燃气轮机长1700毫米左右,圆体直径500毫米左右,为保持试验坦克总体方案的合理性,唯有采用发动机的横置方案。但是这样长的机型在坦克内很难布置,为了解决这一难题,科研人员重新设计了起动机的传动箱,使起动机移位并改变了安装方向,有效地压缩了整机的长度约100毫米左右,才满足了发动机横置的方案要求。
发动机的反力矩 坦克是进攻性的武器装备,经常爬山涉水,使用环境特别复杂,当坦克下坡时,由于运动阻力的突然减小,会使传动机件的转速高于发动机输出轴的转速,于是在发动机的输出轴上产生反力矩,对发动机会带来损害。为了解决这一问题,在传动箱与主离合器之间设计安装了超速离合器,在下坡行驶中或突然减油时,若出现主离合器的转速超过传动箱转速的情况,超速离合器就自行分离不反向传递动力,避免了反力矩的产生对发动机的损害。在试验过程中,经过1000千米左右的行驶试验,证明其工作是可靠的。
发动机的换档超速 ST6J-771为双轴式燃气轮机,与69式坦克带有同步器换档机构的机械式固定轴式变速箱相配,存在换档超速的问题。如能在换档过程中对发动机输出轴施加适当的制动负荷,则可减少或避免换档时的超速问题。为此,经过反复试验,科研人员选择了一种小直径风扇作为换档时发动机输出轴的负荷,解决了换档时发动机的超速问题。
进、排气 因为燃气轮机上没有往复运动件,都是旋转件,所以它的转速特别高(高达30000多转/分),工作时的用气量也很大,在额定工况时需要的气量为2.68千克/秒,为同功率活塞发动机的4~5倍。如此大的进气量,必然使空气滤清器及其管道非常庞大,科研人员经过精心的分析研究,终于设计出了两级滤清的空气滤清器,它的进气量和阻抗各项指标都保证了发动机的正常工作。
起动控制 燃气轮机对起动装置要求比较严格,为此专门设计了起动控制系统(停车―起动―点火―供油―供气―正常运转的起动程序),它可保证发动机正常、安全地工作,万一自动起动控制系统失灵时,还有手动应急按钮控制发动机熄火停车。此外,只要当发动机动力涡轮出现转速过高、润滑油的压力过小或润滑油的温度过高的三种情况出现一种时,控制系统即能命令发动机立即熄火。当发动机负荷过重和温度偏高时,控制系统还可以自动减小供油量,从而降低涡轮温度和扭矩,保证发动机正常工作而不受损害。
1978年10月至1980年11月,燃气轮机坦克与59式坦克进行了总体性能对比试验,试验的环境温度从北京夏季的34.5摄氏度至塔河地区的零下49摄氏度,试验的内容包括坦克的起步性、加速性、最大速度、转向性、越野性、爬坡和通过障碍的能力、砂石路面的平均速度和油耗、起伏土路的平均速度和油耗、低温起动性能等项目,试验200多个摩托小时,行驶1000千米左右,获得了比较系统的总体性能试验数据,科研人员了解到燃气轮机在坦克上应用需解决的技术问题与它对传动及辅助装置的要求,为下一步进行深入的专题试验研究打下了有力的基础。
燃气轮机坦克的驾驶体会
作为一名坦克驾驶员,我有幸参加了燃气轮机坦克的装车和在北京地区的试验工作,亲身体验了燃气轮机坦克的驾驶“乐趣”,也学到了很多的新知识。根据笔者初步的驾驶体会,感到装有同等功率柴油机的坦克相比,装有燃气轮机的坦克具有更好的地面适应性,坦克的
越野性能与转向性能也更好,燃气轮机的扭矩特性优于活塞式发动机。1978年冬季,燃气轮机坦克曾与59式中型坦克进行了通过各种障碍的对比试验,试验证明,燃气轮机坦克比59式坦克具有更好地通过障碍的能力。由于它具有良好的扭矩特性和地面适应性,在通过障碍的关键时刻可以把车速控制得非常低,因此通过时特别平稳,其撞击和颠簸的程度明显小于59式坦克。众所周知,坦克在通过断崖、崖壁、梯形壕、土岭、弹坑等各种障碍时,车辆受到的冲击负荷最大,通过时坦克的运动阻力和车体姿态也在不断变化,驾驶员要根据这些随机变化的因素适时适量地加、减油和进行制动等各种操作,稍有不慎就会发生严重颠振撞击或熄火,装有燃气轮机的坦克从未发生过上述现象,比装用活塞式发动机的坦克表现要好。
由于燃气轮机的扭矩特性好,地面适应能力强,使得燃气轮机具有良好的转向性能。燃气轮机比柴油机的转速范围大得多,它每分钟3万多转的转速经坦克传动装置减速后,转向时的转速仍有0~2200转/分的范围,而柴油机坦克维持转向时的转速仅为550~2000转/分,这就明显提高了燃气轮机坦克的转向性能,之所以如此,是因为燃气轮机为坦克提供了较宽的转向速度范围和较大的转向动力范围。在北京某试验场进行水泥地面实际360度的转向试验测试时,燃气轮机坦克能以220~2200转/分的转速(发动机扭矩170~309千克?米),完成一周的转向,而59式坦克仅能以550~2000转/分的转速(发动机扭矩187~230千克?米)范围完成一周的转向,否则油门控制不好容易造成发动机熄火。
燃气轮机坦克曾与59式坦克在京郊的水泥跑道上进行了加速性的对比试验,当时外界气温为25.4摄氏度,对比试验的结果为:燃气轮机坦克加速到44千米/小时的时间是26秒,加速距离是214米;而59式坦克加速到44千米/小时的时间是39秒,加速距离是344米。从试验结果可以明显看出,燃气轮机坦克的加速性能优于59式坦克。试验时,燃气轮机坦克可以直接用V档起步,而59式坦克必须用Ⅱ档起步,然后再经过三次换档才能逐级换上V档,这不仅增加了驾驶员的操作疲劳,更增大了各次换档的速度损失。另外,据有关资料介绍,装有燃气轮机的美国M1坦克从0加速到32千米/小时的时间仅为6秒,而装用活塞式发动机的M60坦克加速到同样的速度则为26秒,这都充分说明装有燃气轮机的坦克比装用活塞式发动机的坦克加速性能要好得多。
1979年12月~1980年1月,燃气轮机坦克在塔河高寒地区进行了低温起动性能试验,试验过程中,燃气轮机坦克在全天平均气温零下40摄氏度、最低气温为零下49摄氏度的环境条件下,不采用保温措施,起动前不预热加温,即可直接起动,并且一次起动成功。而装用活塞式发动机的59式坦克,当外界气温低于5摄氏度时,起动前就需用油水加温器进行加温预热,加温预热时间一般为30分钟左右。当外界气温低于零下20摄氏度时,活塞式发动机还需要预热两次,加温时间就更长了。这都增加了乘员的工作量和出车前的准备时间,对作战使用是很不利的。
由于燃气轮机结构简单、重量轻,因此便于在坦克内的安装布置,不像柴油机那样需要很大的安装支架,而是采用很轻便小巧的球形铰链结构,固定拆装方便。而且,燃气轮机具有转速高、马力大、体积小等优点,装车后使得该车动力传动部分的多余空间比较多,不像活塞式发动机坦克动力舱那样拥挤狭窄,为乘员对坦克的检查保养带来了很多方便。另外,燃气轮机没有水冷系统,没有水散热器和四通八达的水管及水泵等附件,这给发动机的布置、安装和平时的保养也带来很多方便。
坦克更理想的动力装置
如前所述,与活塞式发动机比较,燃气轮机具有许多独到的长处,所以很多人认为它是未来坦克理想的动力装置。但是,燃气轮机在国内首次试装到坦克上摸底试验时发现,有时它存在着“喘振”的问题。由于引进的ST6J-771燃气轮机不是专门为坦克设计的,加之69式坦克上更没有与燃气轮机配套的液力传动系统,利用现有的定轴式变速箱机械传动装置,在行驶过程中如果加油或减油过猛,燃气轮机就容易出现短时间的“喘振”现象。燃气轮机的“喘振”比T-34坦克发动机临界转速时的“共振”具有更大的危险性,容易造成燃气轮机的损坏,所以必须设法避免“喘振”现象的发生。
为什么会出现“喘振”现象?因为燃气轮机作为坦克的动力装置,不可能像它作为飞机、气垫船、扫雪车或发电设备等的动力装置那样,经常在较为稳定的工况条件下运转。坦克越野行驶的地面条件非常复杂,交变负荷变化幅度很大,坦克驾驶员要根据行驶路面的需要,经常做加、减油的动作,致使燃气轮机上的压气机的基本参数(如空气的流量、压比、机器的转速和效率等)也随之变化,当流进压气机的空气容积流量减少到某一数值时,流经压气机工作叶片的气流会产生严重分离现象,使压气机不能稳定地工作,这时在压气机中的空气流会强烈地脉动,空气流量忽大忽小,压比随之上下波动,压力时高时低,甚至有时会出现气流从压气机倒流到大气中的现象,于是就出现了“喘振”现象。每当喘振出现时,在排气管附近的人,有时会感到有一股交变脉冲波作用在脸上、耳膜上和帽子上(特别是戴单帽时更为明显),同时燃气轮机伴有一种低频的狂风股的吼叫声,使压气机的工作叶片和整机产生强烈的振动,严重时可能损坏压气机的叶片。我们相信,随着我国坦克用燃气轮机的问世和与之配套的坦克传动系统的发展,肯定会彻底解决“喘振”的问题。
笔者通过实际驾驶装有ST6J-771燃气轮机的试验坦克,觉得该车发生“喘振”现象的时机包括:燃气轮机由低速向中速加速时、由高速急剧减油时等。另外,在起动过程中人为加油时,也容易产生“喘振”现象。为防止“喘振”发生,我们采取了如下的做法:起动燃气轮机前,将手加油齿杆推到停止给油位置,起动时不要踏加油踏板,以保证燃气轮机用惰转起动;为防止从低速加速至中速过程中的“喘振”现象,待燃气轮机起动1分钟后,再将压气机的转速用手加油齿杆固定在65%~70%的位置上,在此基础上再加速提高发动机的转速;高转速运转时,不要急剧地大幅度减油;使用中按时清洗空气滤清器,并且检查压气机通流部分污染情况,必要时进行清除。
坦克下陡坡时完全松开加油踏板,活塞式发动机都能对坦克实施制动,即下陡坡时发动机不仅不产生动力,而是通过坦克行动部分和传动装置带动发动机曲轴旋转,发动机变成了一个纯粹的制动机器,而且档排越低制动力越大,这就是所谓的发动机制动。在下陡坡进行发动机制动,效果很好,因为这种制动方法特别平稳,不会引起履带横滑,安全实用,下陡坡时再适当地配合使用脚制动器对坦克进行制动,能很好地预防车辆事故。由于双轴式燃气轮机的牵引涡轮与压气机涡轮无机械联结,所以坦克下陡坡时,燃气轮机不能对坦克实施制动,这对坦克下陡坡时的操作非常不利,造成下陡坡时操作困难且易发生事故。如果用燃气轮机作为坦克的动力装置,这是必须解决的问题之一。随着坦克液力传动装置的上马,这个问题就迎刃而解了。例如,美国M48A3坦克的CD-850型综合液力机械传动装置,为提高下陡坡时发动机的制动力,坦克下陡坡时(27~31度),驾驶员可以用挂倒档的方法通过,而且油门越大制动力也越大,当油门大到一定程度时,坦克下陡坡的速度则明显减速,乃至能停在陡坡之上,如果再继续加大油门,坦克则开始用倒档向上爬坡了,通过笔者多次驾驶该型坦克,觉得它的这种下陡坡时的制动方法是可取的。
在我们对燃气轮机进行装车试验时,还发现燃气轮机的油耗高于活塞式柴油机,但是我们相信,随着回热器和可调喷嘴等技术的进一步发展,油耗偏大的问题会得到彻底解决。另外,燃气轮机工作时需要的空气量也很大,如ST6J-771燃气轮机在额定工况时需要的气量为2.68千克/秒,为同等功率活塞机的4~5倍,因此空气滤清器及其进气系统的尺寸比较大,但是气耗大比油耗大好解决得多,况且地球上的气源是取之不尽而且不用花钱的!
燃气轮机作为坦克的动力装置,也和宇宙与人世间的任何新生事物一样,在它破土而生逐渐“成长”的时候,必然存在这样那样的不足,但是经过初步的装车行驶试验,我们能明显体会出其光明的应用前途,因为它与活塞式发动机比较,有着某些独到的优点和长处,所以燃气轮机必然也会像活塞式发动机那样,在坦克和其它车辆上得到广泛应用。
由于T-80主战坦克的GDT-1250燃气轮机并不成功,所以苏联在T-64坦克所使用的5TDF发动机基础上发展了6TD,装备了后期的各型T-B0。据称最新的6TD-2的输出功率已经达到1500马力。
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范文四:国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
《中国航空报》近日报道,中航工业动力所研制的两款燃气轮机近日都取得阶段性进展,这说明中国在装备自主研制生产的舰用燃气轮机道路上迈进了关键一步。而且从新型国产 驱逐舰 已经开工的情况来判断,国产燃气轮机已经基本解决问题,中国海军将展开新一波的造舰高潮。[图]
据新华网9月7日转发《中国航空报》的报道,中航工业动力所研制的两款燃气轮机近日都取得阶段性进展,其中一款是中档功率燃气轮机、另外一款是小功率燃气轮机。而根据《航空发动机》杂志的公开报道,中航工业动力所近年来在发展QD128、QC185、QC70、R010四款燃气轮机,其中R010为重型燃气轮机、QD128和QC185是中档功率燃气轮机,QC70是小功率燃气轮机。R010因为体积、重量过大,只适合用于陆上发电用途;QC128则已经通过新品鉴定,并实现了两套发电机组销售,可以说已研制成功。所以,这次取得进展的,应该是QC185和QC70两个型号。
按照《中国航空报》的报道,QC185中等功率燃气轮机在8月29日实现了首次点火,并在慢车状态实现稳定运行。而QC70小功率燃气轮机则在8月22日完成第一阶段可靠性测试,即历时13个月的长期试车任务。从两者的体积、功率来看,两者都可以用于军舰动力,QC185可用于大型 驱逐舰 ,QC70则可用于气垫船。这标志着我国在装备自主研制生产的舰用燃气轮机道路上迈进了关键一步
目前,中国海军仅有6艘 驱逐舰 采用了燃气轮机作为动力。根据外媒报道,其中052型驱逐舰112、113号装备了美制LM2500燃气轮机,052B、 052C型驱逐舰 168、169、170、171号装备了乌克兰制的GT25000或国内仿制型号。为什么燃气轮机对于海军建设如此重要,网易 军事 为您作出独家分析。
国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
根据《中国航空报》的报道,这次应该是QC185中等功率燃气轮机在8月29日实现了首次点火(上图)和QC70小功率燃气轮机在8月22日完成第一阶段可靠性测试。 舰船动力装置主要有:蒸汽动力装置、柴油机动力装置、核动力装置、燃气动力装置和联合动力装置。前两种装置发展得比较早,广泛应用于各类舰船,后面三种,系近十多年来迅速发展起来的新型动力装置。舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为主机的全燃化动力装置。它自五十年代末期起,尤其是六十年代中期以来,已得到了极其广泛的应用。功率总数日益增长,装舰使用范围日益扩大,已由快艇发展到了护卫舰、 导弹 驱逐舰、巡洋舰和 直升机航空母舰 等,可谓是舍我其谁。
燃气轮机基本工作原理
国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
燃气轮机的基本结构图,它主要是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成。 燃气轮机是以空气为介质,靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率、高性能动力机械。它主要是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成,再配以进气、排气、控制、传动和其他辅助系统。当燃气轮机机组起动成功后,燃气轮机就会开始进入稳定的热力学循环过程。压气机连续不断地从外界大气中吸入空气并增压,这个过程可以认为是压气机动能向空气热能和势能的转换,被压缩后的空气温度升高有利于与燃料进行更猛烈的化学反应(化学反应速度和程度与温度成正比),更大的膨胀比也有利于压缩空气燃烧后释放更大的能量。压缩空气从压气机出来后即进入燃烧室,首先会在燃烧室进口被喷入燃料进行掺混,然后就会点火燃烧。这个过程可以认为是燃料化学能向空气热能和势能的转换,在短短几十厘米的距离内空气的温度上升数百甚至上千度,压力也会激增。高温高压的燃气从燃烧室出口喷出,就开始膨胀,在膨胀的同时推动涡轮叶片做功。这个过程就是燃气热能和势能向动能的转化。涡轮将燃气的能量转化为动能后,一方面用于压气机压缩空气持续进行热力学循环,另外一方面由主轴
将转子的扭矩输出,经过减速器减速以后用于推动军舰。整个热力学循环完成使得燃气轮机实现了燃料化学能向机械能转换的最终目的。
国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
在中国有着较大范围应用的德国MTU公司396系列军民两用高速柴油机和据说在167舰上使用的燃气轮机。燃气轮机相比于它们更适合军舰使用。
燃气轮机作为军舰动力的优势
在军舰动力方案选择上,燃机轮机的主要竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机,但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系统性能要求更为吻合,燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的唯一选择。老牌海军强国如 美国 海军、英国海军、 日本海上自卫队 的主力水面作战舰只早已完成动力燃气轮机化。
燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下,同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一,是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的,体积小、功率大,非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。 燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃机的转速是三种动力系统中最高的,但是由于整个转子十分轻巧,在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复,加速较慢,蒸汽轮机更是“反应迟钝”,整个系统达到最高功率输出可能需要长达一小时的时间。而启动速度,对于军舰的战时出动和反潜作战时加减速性能有着直接的影响。
燃气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中,产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点,导致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适合给反潜军舰作动力系统。
自研燃机尚未装备
我国舰用燃气轮机研发的起步并不算晚。根据“中国舰用燃气轮机总师访谈录”的介绍,1958年我国开始着手研发计划的具体组织实施,决定成立南、北方两个联合设计组,先开展大、中、小三型机组的可行性论证和方案设计。1959年底,前苏联向我国转让了M-1舰用燃气轮机技术,我国对该机组进行了以技术练兵为目的的仿制工作。仅用了11个月,上海轮机厂就完成了该型燃机的首台样机制造。不过由于各种原因,仿制样机经过3年才排除大量故障通过验收试验。后来该型燃机在一艘高速炮艇上进行了试验并且装备了部队。1964年完成设计的6000马力燃机组是我国第一次自行设计研制的舰用燃机,但是由于研制周期过长加之原装配对象计划调整未能装备部队。与世界上其他国家主要依靠航空发动机改燃机不同,我国由于航空发动机水平落后,采取的是改进和专用研制并举的道路。
1967年我国决定将轰六轰炸机上的涡喷8发动机改进为大功率舰载燃气轮机,这是我国首次进行“航改燃”实践,但是最终因为发达国家同意进口相应型号受到冲击无果而终。后来我国一直在舰用燃机方面不断尝试,但是一直没能拿出一款成熟可靠性能优良的舰载燃气轮机。这就是中国6艘装备燃气轮机的驱逐舰都采用外国产品的原因,其中112、113两艘驱逐舰因为受到 美国 禁运影响,其装备的LM2500燃气轮机到了使用时限也难以获得大修。 国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
由于没有合适的舰载燃气轮机,中国有6艘驱逐舰仍然装备国外产品。其中上图112舰上使用的LM2500燃气轮机由于受 美国 禁运影响到使用时限后也没有获得大修。 航空动力工业发展拖累舰用燃机
我国在舰载燃气轮机方面一直没能突破技术瓶颈的主要原因有很多,既有航空动力方面的问题也有舰用燃机工业本身的体制问题。其中最主要的一个原因是我国航空动力工业缺乏长期发展规划。我国航空动力工业像很多落后国家一样是从仿制和修理开始的。在老大哥的帮助
下,我国迅速建立起一个能够和世界一流水平比肩的航空工业体系,但是我国并没有为航空工业以及航空动力工业制定一个从仿制到研制的长远发展规划,而是将航空工业本身的任务局限于仿制、生产和修理,确定了以生产为主的“遍地批量厂”发展方针。我国航空工业的运行状态就是,仿制生产再仿制再生产,长期处于这种发展状态下,我国航空动力工业对于现代航空动力系统的研究发展客观规律认识极为不足。
航空发动机研制没能突破相关技术瓶颈,与航空发动机技术相通的舰用燃机更是无从谈起。在2004年,中国一航开发研制的国产新型燃气轮机QC185在珠海航展上首次面世。而该机就是以太行核心机为基础改进的轻型燃机,不过输出功率17兆瓦的水平也不足于我国目前发展 大型水面舰艇 的需要。另外,我国舰用燃机轮机主要研制和生产单位存在于航空工业之外,在体制方面非常不利于航空发动机向燃气轮机的改进工程。
国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
2004年在珠海航展上首次展出的国产QC185燃机,该发动机以“太行”涡扇发动机核心机为基础改进而来,但其输出功率并不能满足中国 大型水面舰艇 的需要
美国经验:核心机预研是关键
航空强国的动力发展经验是进行核心机预研,然后在同一个核心机上再衍生出航空发动机和舰用燃气轮机。世界著名的舰用燃机LM2500就是核心机预研工程的衍生产品。LM2500燃气轮机衍生自美国GE公司的GE9核心机。GE9核心机衍生出F101大涵道比军用加力涡扇发动机用于B1B超音速 战略轰炸机 ,将GE9的换算流量进一步减小发展出了GE15核心机。GE15核心机衍生出的涡喷型号YJ101参与竞争 F-15 和 轻型战斗机 计划(F-16研制计划)但是输给了普惠的F100发动机。后来竞争YF-17也就是今天的F/A-18舰载机项目时,GE将YJ101的低压压气机放大成为风扇研制出了F404中推涡扇发动机。而将F404的风扇放大并与F101的小涵道比型号结合,就是 F-15 和F-16的著名动力F110。
在GE9核心机基础上衍生的舰用燃气轮机LM2500是世界上最成功的舰用燃气轮机,装备了美国阿里伯克级等多个国家的军舰。而通用电气与法国斯奈克玛公司联合研制的CMF56大涵道比涡扇发动机也是以GE9核心机为基础的,CMF56发动机装备了空客A320等多种民航发动机,也是第三带民用涡扇发动机的典型代表。这就是说,GE9一个核心机解决了 F-15 ,F-16,F-18这些世界知名战斗机、以伯克级驱逐舰为代表的各类舰艇乃至民航客机所有动力问题,这不得不说是核心机预研的巨大效益。可以说,一型核心机的研制成功,意味着整个国家从天空到海洋的全面突破。美国从上世纪五十年代末就开始核心机预研计划,而我国晚了大概30年,由于起步晚,经验和工业基础不足,至今未能拿出一款大规模实用的核心机型号。 国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
GE9一个核心机解决了F-15,F-16,F-18这些世界知名战斗机、以伯克级驱逐舰为代表的各类舰艇乃至民航客机所有动力问题,体现出了核心机预研的巨大效益。
最近网络上开始流传所谓我国新驱逐舰分段开始建造的照片,网友和军迷们对于我国驱逐舰发展的热情随之更加高涨起来。后来出现了很多我国未来驱逐舰的想象图和技术分析,还有的朋友认为我国将来会建造满载排水量9000吨的 防空驱逐舰 ,并且给它起了一个亲切的名字叫“九千岁”。
GT25000仿制品已通过亚丁湾实战检验
目前本国唯一可以立刻使用的舰载燃机是乌克兰GT25000舰用燃气轮机的仿制品,额定功率29兆瓦,实际输出功率在23兆瓦左右。据加拿大《**》杂志介绍,该国产燃气轮机已装在 052B型驱逐舰 上。四台GT25000燃机实际总功率在90兆瓦左右,而日本爱宕级 防空驱逐舰 和韩国KDX3级驱逐舰虽然都是万吨的满排,但也不过是70兆瓦的总功率水平。最近,我国海军编队长期在非洲亚丁湾执行护航任务,每批舰艇都要在海外连续执行任务数月之久,从未听说过 052B型驱逐舰 在护航过程中出现过动力问题。这说明国产GT25000燃机的可靠性和
经济性都是适合我国国情的。现阶段,立足于GT25000的动力系统一方面应该继续改进其工艺和性能上不足之处,一方面完全可以通过对动力方案的调整做到我国将来各类主力舰只都有适合的动力可用。可以认为制约我国水面舰艇的中型舰用燃气轮机瓶颈已经突破。但是需要看到的是,我国主力舰只也仅仅是可以放心使用国外燃气轮机的仿制改进型号。 国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始
052B型的169舰在亚丁湾执行护航任务,小图为其所配装的国产化的GT25000燃气轮机。该燃气轮机经受住了亚丁湾护航行动的考验,表现出可靠的性能。
万吨级大型驱逐舰不是梦想
在驱逐舰方面,继续深挖GT25000燃机的功率潜力,采用两台GT25000和两台舰用柴油交替工作的方式可以为满排在7000吨左右的驱逐舰使用,这很可能就是最近网络盛传的052C+ 防空驱逐舰 ,也就是分段照片流出的舰型。将QC280功率降低从而增加寿命和经济性,然后采用四台方案为9000吨满排驱逐舰提供动力,这就可以突破以往限制达到网友心目中“九千岁”大驱的境界,这个水平也和阿里伯克级驱逐舰相当,意味着我国主力防空舰综合性能达到美国主力舰的基本水平。9000吨的防空驱逐舰和同级别反潜通用驱逐舰已经完全能够支撑起一个航母编队的防空反潜反舰等综合任务。
另外考虑将来海军对陆远程精确打击和驱逐舰单舰独立执行任务的需求,直接采用四台GT25000燃机驱动满排在11000-13000吨的大型综合驱逐舰。该舰采用大容量垂直发射系统容纳独立作战自卫所需的远中近防空 导弹 和用于攻击的反舰 导弹 对陆巡航导弹,并在综合完善雷达电子设备支持下,在一定海域执行综合性任务具有相当高效费比。该级别驱逐舰参与舰队作战时该舰可以作为火力加强性节点,负责舰队中需要强火力支援作战任务。 根据目前情况来看,虽然我国一定时期内海军主力舰只采用仿制GT25000燃机作为动力,但是这次新闻表明我国自研中等功率燃机项目正在稳定推进。为了避免以往航空发动机和燃机可靠性和持久性不足的问题,我国特别在小功率燃机试车中增加了长久试验特殊项目。而中等功率燃机QC185也完成了试制并且第一次点火开始试车工作,预计数年之内就能设计定型。从国产驱逐舰已经开工的情况来判断,国产燃气轮机已经基本解决问题,中国海军将展开新一波的造舰高潮。
国产燃气轮机取得进展 造舰高潮开始文 - 汉语汉字 编辑词条
文,wen,从玄从爻。天地万物的信息产生出来的现象、纹路、轨迹,描绘出了阴阳二气在事物中的运行轨迹和原理。
故文即为符。上古之时,符文一体。
古者伏羲氏之王天下也,始画八卦,造书契,以代结绳(爻)之政,由是文籍生焉。--《尚书序》
依类象形,故谓之文。其后形声相益,即谓之字。--《说文》序》
仓颉造书,形立谓之文,声具谓之字。--《古今通论》
(1) 象形。甲骨文此字象纹理纵横交错形。"文"是汉字的一个部首。本义:花纹;纹理。
(2) 同本义 [figure;veins]
文,英语念为:text、article等,从字面意思上就可以理解为文章、文字,与古今中外的各个文学著作中出现的各种文字字形密不可分。古有甲骨文、金文、小篆等,今有宋体、楷体等,
都在这一方面突出了"文"的重要性。古今中外,人们对于"文"都有自己不同的认知,从大的方面来讲,它可以用于表示一个民族的文化历史,从小的方面来说它可用于用于表示单独的一个"文"字,可用于表示一段话,也可用于人物的姓氏。
折叠编辑本段基本字义
1(事物错综所造成的纹理或形象:灿若,锦。
2.刺画花纹:,身。
3(记录语言的符号:,字。,盲。以,害辞。
4(用文字记下来以及与之有关的:,凭。,艺。,体。,典。,苑。,献(指有历史价值和参考价值的图书资料)。,采(a(文辞、文艺方面的才华;b(错杂艳丽的色彩)。
5(人类劳动成果的总结:,化。,物。
6(自然界的某些现象:天,。水,。
7(旧时指礼节仪式:虚,。繁,缛节(过多的礼节仪式)。
8(文华辞采,与“质”、“情”相对:,质彬彬。
9(温和:,火。,静。,雅。
10(指非军事的:,职。,治武功(指礼乐教化和军事功绩)。
11(指以古汉语为基础的书面语:552,言。,白间杂。
12(专指社会科学:,科。
13(掩饰:,过饰非。
14(量词,指旧时小铜钱:一,不名。
15(姓。
16( 皇帝谥号,经纬天地曰文;道德博闻曰文;慈惠爱民曰文;愍民惠礼曰文;赐民爵位曰文;勤学好问曰文;博闻多见曰文;忠信接礼曰文;能定典礼曰文;经邦定誉曰文;敏而好学曰文;施而中礼曰文;修德来远曰文;刚柔相济曰文;修治班制曰文;德美才秀曰文;万邦为宪、帝德运广曰文;坚强不暴曰文;徽柔懿恭曰文;圣谟丕显曰文;化成天下曰文;纯穆不已曰文;克嗣徽音曰文;敬直慈惠曰文;与贤同升曰文;绍修圣绪曰文;声教四讫曰文。如汉文帝。
折叠编辑本段字源字形
字源演变与字形比较
折叠编辑本段详细字义
〈名〉
1(右图是
“文”字的甲骨文图片,资料来源:徐无闻主编:《甲金篆隶大字典》,四川辞书出版社。1991年7月第一版。
“文”字的甲骨文字绘画的像一个正面的“大人”,寓意“大象有形”、“象形”;特别放大了胸部,并在胸部画了“心”,含义是“外界客体在心里面的整体影像、整体写真、整体素描、整体速写”。
许慎《说文解字》把“文”解释为“错画也”,意思是“对事物形象进行整体素描,笔画交错,相联相络,不可解构”,这与他说的独体为文、合体为字的话的意思是一致的。“说文解字”这个书名就表示了“文”只能“说”,而“字”则可“解”的意思。“文”是客观事物外在形象的速写,是人类进一步了解事物内在性质的基础,所以它是“字”的父母,“字”是“文”的孩子。“文”生“字”举例(以“哲”为例):先对人手摩画,其文为“手”;又对斧子摩画,其文为“斤”。以手、斤为父母,结合、生子,其子就是“折”(手和斤各代表父母的基因)。这个“折”就是许慎所谓的“字”。“字”从宀从子,“宀”表示“独立的房子”,子在其中,有“自立门户”的意思。故“字”还能与“文”或其他“字”结合,生出新“字”来。在本例,作为字的“折”与作为文的“口”结合,就生出了新的字“哲”。
2(
同本义 [figure;veins]
文,错画也。象交文。今字作纹。——东汉?许慎《说文》
五章以奉五色。——春秋?左丘明《左传?昭公二十五年》。注:“青与赤谓之文,赤与白谓之章,白与黑谓之黼,黑与青谓之黻。”
美于黼黼文章。——《荀子?非相》
茵席雕文。——《韩非子?十过》
织文鸟章,白旆央央。——《诗?小雅?六月》
斑文小鱼。——明? 刘基《诚意伯刘文成公文集》
3(又如:文驾(彩车);文斑(杂色的斑纹);文旆(有文彩的旗帜);文绣(绣有彩色花纹的丝织品;刺花图案);文织(有彩色花纹的丝织品);文鳞(鱼鳞形花纹)。
4(字,文字(“文”,在先秦时期就有文字的意思,“字”,到了秦朝才有此意。分别讲,“文”指独体字;“字”指合体字。笼统地说,都泛指文字。) [character]
饰以篆文。——南朝宋?范晔《后汉书?张衡传》
分文析字。——东汉?班固《汉书?刘歆传》
夫文,止戈为武。——《左传?宣公十二年》
距洞数百步,有碑仆道,其文漫灭。——王安石《游褒禅山记》
文曰“天启壬戌秋日”。——明? 魏学洢《核舟记》
文曰“初平山尺”。
5(又如:甲骨文;金文;汉文;英文;文迹(文字所记载的事迹);文书爻(有关文字、文凭之类的卦象);文异(文字相异);文轨(文字和车轨);文狱(文字狱);文钱(钱。因钱有文字,故称);文状(字据,军令状);文引(通行证;路凭);文定(定婚)。
6(文章(遣造的词句叫做“文”,结构段落叫做 “章”。) [literary composition]
故说诗者不以文害辞。——《孟子?万章上》
好古文。——唐? 韩愈《师说》
属予作文以记之。——宋? 范仲淹《岳阳楼记》
能述以文。——宋? 欧阳修《醉翁亭记》
摘其诗文。——清? 纪昀《阅微草堂笔记》
7(又如:文价(文章的声誉);文魔(书呆子);文会(旧时读书人为了准备应试,在一起写文章、互相观摩的集会);文移(旧时官府文书的代称);文雄(擅长写文章的大作家);文意(文章的旨趣);文义(文章的义理);文情(文章的词句和情思);本文(所指的这篇文章);作文(写文章;学习练习所写的文章);文魁(文章魁首);文价(文章的声价);文什(文章与诗篇)。
8(美德;文德 [virtue]
圣云继之神,神乃用文治。——杜牧《感怀诗一首》
9(又如:文丈(对才高德韶的老者的敬称);文母(文德之母);文武(文德与武功);文命(文德教命);文惠(文德恩惠);文德(写文章的道德);文薄(谓文德浅薄);文昭(文德昭著)。
10.文才;才华。亦谓有文才,有才华 [literary talent]
而文采不表于后世也。——汉? 司马迁《报任安书》
11(又如:文业(才学);文英(文才出众的人);文采风流(横溢的才华与潇洒的风度);文郎(有才华的青少年);文彦(有文才德行的人);文通残锦(比喻剩下不多的才华)。
12(文献,经典;韵文 [document;classics;verse]
儒以文乱法。——《韩非子?五蠹》
言必遵修旧文而不穿凿。——《说文解字?叙》
13(辞词句。亦指文字记载 [writings;record]。如:文几(旧时书信中开头常用的套语。意为将书信呈献于几前);文倒(文句颠倒);文过其实(文辞浮夸,不切实际);文义(文辞);文辞(言词动听的辞令);文绣(辞藻华丽)。
14(自然界的某些现象 [natural phenomenon]
经纬天地曰文。——《左传?昭公二十八年》
15(又如:天文;地文;水文;文象(日月星辰变化的迹象);文曜(指日月星辰;文星);文昌(星座名)。
16(文治;文事;文职。与“武”相对。 [achievements in culture and education;civilian post]
文能取胜。——《史记?平原君虞卿列传》
文不能取胜。
文武并用。——唐? 魏征《谏太宗十思疏》
精神折冲于千里,文武为宪于万邦。――明《袁可立晋秩兵部右侍郎诰》
17(又如:文臣,文吏(文职官吏);文席(教书先生的几席);文品(文官的品阶);文帅(文职官员出任或兼领统帅);文烈(文治显赫);文员(文职吏员);文阶(文职官阶);文道(文治之道);文业(文事);文僚(文职官吏)。
18(法令条文 [articles of decree]
而刀笔吏专深文巧诋,陷人于罪。——《史记?汲黯列传》
19(又如:文劾(根据律令弹劾);文法吏(通晓法令、执法严峻的官吏);文丈(规矩;制度);文移(官府文书);文牓(布告;文告);文宪(礼法;法制)。
20(文言。古代散文文体之一;别于白话的古汉语书面语 [literary language]。如:半文半白;文语;文白(文言文和白话文)。
21(文教;礼节仪式 [rites]
则修文德。——《论语?季氏》
22(又如:文丈(崇尚礼文仪节);文俗(拘守礼法而安于习俗);文致(指礼乐);文貌(礼文仪节);文绪(文教礼乐之事);文仪(礼节仪式)
23(指表现形式;外表 [form;appearance]。如:文服(表面服从);文榜(告示、布告之类);文诰(诰令)
24(指鼓乐,泛指曲调 [music;tune]。如:文曲(指乐曲);文始(舞乐名)
25(谥号,谥法:勤学好问叫文 [study deligently]
何以谓之文。——《论语》
是以谓之文。
26(姓
〈动〉
1(在肌肤上刺画花纹或图案 [tatto (the skin)]
被发文身。——《礼记?王制》。注:“谓其肌,以丹青涅之。”
文绣有恒。——《礼记?月令》
2(又如:文笔匠(在人身上刺花的艺人);文身断发(古代荆楚、南越一带的习俗。身刺花纹,截短头发,以为可避水中蛟龙的伤害。后常以指落后地区的民俗);文木(刻镂以文采之木)
3(修饰;文饰 [cover up]
身将隐,焉用文之?——《左传?僖公二十三年》
饰邪说,文奸言,以枭乱天下。——《荀子?非十二子》
4(又如:文过饰非;文致(粉饰;掩饰);文冢(埋葬文稿之处)
5(装饰 [decorate]
舍其文轩。——《墨子?公输》
此犹文奸。
文车二驷。——明? 归有光《项脊轩志》
文马四百匹。——《史记?宋世家》
若将比予文木邪。——《庄子?人间世》
6(又如:文巧(文饰巧辩);文竿(以翠羽为饰之竿);文舫(装饰华丽的游艇);文饰(彩饰);文榭(饰以彩画的台榭);文舟,文艘(装饰华丽的船);文剑(装饰华丽的剑);文舆(饰以彩绘的车)
7(撰写文章 [write]。如:文匠(写文章的大家);文祸(因写文章而招来的灾祸);文雄,文杰(指文豪)
〈形〉
1(有文采,华丽。与“质”或“野”相对 [magnificent;gorgeous]
其旨远,其辞文。——《易?系辞下》
晋公子广而俭,文而有礼。——《左传?僖公二十三年》
2(又如:文巧(华丽奇巧);文朴(文华与质朴);文服(华美的衣服);文砌(华美的石阶);文背(不文雅,粗俗);文轩(华美的车子);文质(文华与质朴)
3.柔和,不猛烈 [mild;gentle]。如:文烈(指火候温猛)
4(美,善 [fine;good]。如:文徽(华美);文鸳(即鸳鸯。以其羽毛华美,故称);文衣(华美的服装)
5(通“紊”。紊乱的 [disordered]
惇宗将礼,称秩元祀,咸秩无文。——《书?洛诰》
天子祭天下名山大川,怀柔百神,咸秩无文。——《汉书?郊祀志上》
王者报功,以次秩之,无有文也。——庆劭《风俗通义?山泽》
〈量〉
1(用于旧时的铜钱。如:一文钱
2(用于计算纺织物
五扶为一首,五首成一文。——《后汉书》
范文五:国产燃气轮机的新进展
中国舰用燃气轮机逐渐脱离仿制
进入成熟阶段
以下文章摘抄自网络。发此文非商业目的,请支持网络军事。
国产QC-185燃气轮机
2004年11月1日,中国航空工业第一集团公司在珠海召开国产新型QC185燃气轮机首次面世新闻发布会。
燃气轮机是清洁能源的新一代动力装置,广泛应用于发电。石油化工机械驱动坦克舰船用动力等领域,目前世界上只有少数几个发达国家具备独力研制燃气轮机的能力,其核心技术一直封锁。
我国至今尚无一型舰船用燃气轮机完成全部研制工作并投入使用,此领域仍未摆脱动力受制于人的被动局面。因此,开发有自主知识产权的动力设备,发展我国的燃气轮机产业,是解决我国经济建设国防建设的战略决策。
中国一航充分利用几十年航空发动机的研发基础进经验,以及人才和物质资源,全面开展航空发动机改燃气轮机的研究(,,,,,燃气轮机是中国一航沈阳发动机研究所以及中国一航发动机公司在,型航空发动机的基础上研制的新型燃气轮机,其输出功率为,,,,,千瓦(,,,,,马力),热效率为,,,(达到国际同等功率燃气轮机先进水平),重量,,,,千克,动力涡轮转数为,,,,转,分(与其他燃气轮机相比,,,,,,的功率档次适当,热效率高,重量轻,体积小,加速性好,可靠性高,综合性能指标处于同档功率世界先进水平之列。
我们完全有理由相信新舰会装上国产的燃气轮机,中国海军再也不会被掐脖子了,海军将更加强胜,祖国将更加安宁~~~解决我国经济建设、国防建设动力设备受制于人的局面
我国的第一个由航空发动机改装而成的用于发电的燃气轮机诞生于1984年,是由涡喷6G发动机改装而成。迄今为止,黎明一共提供了仅仅10台该型燃气轮机,数量少得可怜。
目前我国燃气轮机产业分散在机械、航空、兵器、船舶、航天等工业部门,均为低水平重复。总的说来,还处在初级发展阶段。在美国的LM2500燃气轮机早在70年代就大量装舰的的时候,我们还缺少合适的国产燃气轮机,以至于不得不用柴油机或其他发动机。但是燃气轮机具有其他发动机无与伦比的优势:那就是只需占用较小的体积就可以发出巨大的动力~绝大多数航空发动机改装的轻型燃气轮机每发出1KW的功率,所需的重量不到200克,对于每一公斤重量都很宝贵的军舰等来说无疑具有巨大的吸引力。这也就是为什么上世纪70年代以来燃气轮机大量取代蒸汽轮机和柴油机上舰的主要原因。在80年代曾经获得过几台LM2500,后来因为美国的制裁没有能够继续得到该型燃机,所以只有和两艘舰装有LM2500。但是海军还是感受到了燃气轮机巨大的优势。在后续舰只里即便只能使用性能稍差的乌克兰DA-80也在所不惜。
无论如何,使用国外的“心脏”对我国来说总是容易受制于人的。这对于一个有几千年强大历史的国家来说也是一种羞辱。有鉴于此,国家决定:一定要下大力气解决国产舰船没有中国心的问题。所以我们才有机会看到近年来黎明在燃气轮机项目上的巨大发展。
R0110重型燃气轮机,中国航空报图片,
本文仅仅谈谈黎明的轻型燃机项目,重型燃机如R0110,或微型燃机不在本文的讨论范围之内。所有这些轻型燃机都是由航空发动机改装的,与现役的发动机有很高的通用性,因此可以节约大量的费用。
(1)QD70: 以某A型发动机为主,是“具有90年代世界先进水平的燃机”,动力涡轮输出功率7060 kW(峰值可达8000KW),热效率31.2%,燃气发生器总增压比 13.2,空气流量29 kg/s,其工作负荷比在航机上有“大幅度降低”(黎明称比国内外所有的航改燃机下降的幅度都大),这有助于提高机组的工作可靠性和寿命。该机2003年7月在中原油田与下面提到的QD128共同并网发电,投入市场运作。其后发现了一些问题并进行了改进。
(2)QD128: 以“昆仑”发动机为主。燃气发生器来源于昆仑(去掉加力部件),动力涡轮是以斯贝SK15HE型为原准机修改而成。输出功率11500KW(峰值功率为13200KW),热效率28%,燃气发生器总增压比12,空气流量60kg/s。动力涡轮温度1028摄氏度。其技术性能据称处于世界中等偏上水平。“昆仑”发动机于2002年5月20日通过设计定型,但QD-128燃气轮机的首台机组于2000年就已完成制造。可见“昆仑”发动机产业化的思路早就制定下来了。
(3)QD168和168A: 按照黎明的说法,这两型燃机均为“在俄罗斯最先进战斗机发动机的基础上改型研制而成”。QD168A的研制工作,从1999年10月份开始设计方案前期研究; 2000年,2001年底进行了该项目的总体方案设计, 2001年7月份开始结构设计。2002年6月完成了验证机的全部结构设计工作并开始研制,首台验证机研制于2003年底完成验证机的调试、试车工作,2004年初将首台配SPEY动力涡轮的燃气发生器运抵试验电厂进行试验。空气流量: 64.8kg/s,涡轮前温度: 1142?(比航机降了250?),输出功率16800KW,热效率35%。
(4)QC185: 以某A型发动机为主。额定功率可达17780KW,热效率高达37.2%,即使在世界范围内,这个数字也是非常高的。其涡轮进口温度是1265?。而空气流量只有
58.6kg/s,这个数字甚至小于QD128,足以说明其原型机的水平之高。QC185燃气轮机验证机燃气发生器已经于2004年2月8日正式点火成功。其综合性能指标应当位于同档功率世界先进水平之列。
(5)QC70: 也以某A型发动机为主。性能不详。功率也应在7000KW左右,跟QD70相比做了一定的改进以满足进一步的要求。
(6)QC260: 以“昆仑”发动机为主,是采用先进的间冷回热技术发展的新一代舰用燃机。目前所知不详。但是按照命名法,估计可达26000KW,已经达到了著名的美国LM2500燃气轮机的功率。其用途,想必大家都能想象得到,肯定是为上舰研制的。
看到这里,我想很多人都会好奇:除了昆仑发动机外的其他发动机原型机到底是什么型号,实际上这也是我当初追踪燃气轮机发展的初衷:那就是看看到底我们用了什么发动机,
根据我所掌握的资料,实际上所谓的“俄罗斯最先进战斗机发动机”就是SU27上所用的AL-31F。黎明在介绍该发动机时提到“涡轮结构基本沿用31Ф航空发动机涡轮”,这里31Ф实际上就是该发动机的俄国名称。另外黎明又提到改制QD168A 燃机采用的某型航空发动机属国际第4代发动机、其涡轮前温度1392?更进一步证实了这就是AL-31F,因为现役发动机中只有AL-31F是1392?。这证明,我们的黎明已经具有了完全的生产和维修该发动机的能力。联想到2000年有一则新闻中提到,黎明成功的完成了某型发动机可收扩喷口的国产化,很有可能就是这种发动机。这就意味着,一旦我天朝空军的苏27心脏出了问题,根本无需请俄国专家,我们自己就可以修理,这为战时飞机的高出勤率打下了坚实的基础,同时又节省了大量外汇。
另一型所谓的“A”型发动机,实际上就是我们最为关注的WS10~有一篇在概括我国燃气轮机现状的文章提到QD70和QC185都是由WS10发展而来的。加上其他的证据,说明该“A”型发动机就是我们的大推力级涡扇发动机WS10。由该机同时改型成三款燃气轮机足以说明国家对它的厚爱~
值得关注的是,QC185和 QD168A都是由现役第三代战斗机的心脏改装而来的。QC185
的涡轮前温度比QD168A高了123?,空气流量却小了6.2 kg/s,而额定推力却大了6%~这足以说明我们的涡扇10有着比AL―31F更为强劲的发动机,更高的涡轮前温度。假设QC185涡轮前温度的下降幅度跟AL-31F相同,则WS10的涡轮前温度可以高达1515度~与目前世界主要国家现役战斗机的主力发动机的该参数近似。
更为可喜的是,我们对燃气轮机的研究已经不限于纸面上。例如海军在2020年前的舰用动力规划会上已将QC70和QC185燃气轮机这两型燃机确定为未来我军舰用动力的主要产品之一,同时,QC185燃机也可用于未来我军舰载综合电力系统的主要装备装配部队。目前QC70的上舰立项工作已经完成。可以预见,在不远的将来,装载有我国自行研制的燃气轮机的海军舰船就将驰骋在祖国的领海上保卫自己的领土。我们的祖国也会越来越强大~
个人觉得,在过去5年里在燃气轮机项目上的发展,比过去40年来发展的总和还要多4-5倍。如果用“迅猛”来比喻的话也毫不为过。所以,国家成立中航一集团和二集团并不仅仅是换换名称而已,而是实实在在的一种大战略包涵其中。市场化、战略化、信息化的发展战略使得我国的军工企业越来越强大
QC185的新消息:
2008年4月28日,国内第一型自主研制的某船用燃气轮机,在中国沈阳通过技术鉴定。该项目在3年时间里,完成了科研样机试制和陆上耐久性考核试验,综合性能指标达到世界先进水平,中国海军舰船动力国产化发展史从此掀开了新的一页,对海军舰船动力现代化建设具有重要意义。
由31名专家、院士组成的技术鉴定委员会认为:该燃机研制资料齐全,内容正确;燃机主要技术指标满足研制总要求;作为国内第一型具有完全自主知识产权的航改舰船用燃气轮机,整机综合指标达到国际先进水平;此外,依托太行发动机的研制试验技术,为今后的发展提供了有力保障。鉴定委员会一致同意该舰船用燃机通过技术鉴定,并提出了关于后续工作的建议。作为总承研和总设计师单位,中国一航沈阳发动机设计研究所强调对太行发动机技术的合理继承、合理修改以及合理创新的平衡兼顾原则,特别注意风险控制,创造了重点型号研制按节点完成、性能满足指标要求的辉煌纪录。
燃气轮机专家组全程参与了型号的研制工作,起到了“过程参与、阶段评审、技术把关,的作用。
中国舰用燃气轮机获进展
——中国新型驱逐舰开工
《中国航空报》近日报道,中航工业动力所研制的两款燃气轮机近日都取得阶段性进展,这说明中国在装备自主研制生产的舰用燃气轮机道路上迈进了关键一步。而且从新型国产驱逐舰已经开工的情况来判断,国产燃气轮机已经基本解决问题,中国海军将展开新一波的造舰高潮。
根据《中国航空报》的报道,这次应该是QC185中等功率燃气轮机在8月29日实现了首次点火(上图)和QC70小功率燃气轮机在8月22日完成第一阶段可靠性测试。
目前,中国海军仅有6艘驱逐舰采用了燃气轮机作为动力。根据外媒报道,其中052型驱逐舰112、113号装备了美制LM2500燃气轮机,052B、052C型驱逐舰168、169、170、171号装备了乌克兰制的GT25000或国内仿制型号。
据新华网9月7日转发《中国航空报》的报道,中航工业动力所研制的两款燃气轮机近日都取得阶段性进展,其中一款是中档功率燃气轮机、另外一款是小功率燃气轮机。而根据《航空发动机》杂志的公开报道,中航工业动力所近年来在发展QD128、QC185、QC70、R010四款燃气轮机,其中R010为重型燃气轮机、QD128和QC185是中档功率燃气轮机,QC70是小功率燃气轮机。R010因为体积、重量过大,只适合用于陆上发电用途;QC128则已经通过新品鉴定,并实现了两套发电机组销售,可以说已研制成功。所以,这次取得进展的,应该是QC185和QC70两个型号。
按照《中国航空报》的报道,QC185中等功率燃气轮机在8月29日实现了首次点火,并在慢车状态实现稳定运行。而QC70小功率燃气轮机则在8月22日完成第一阶段可靠性测试,即历时13个月的长期试车任务。从两者的体积、功率来看,两者都可以用于军舰动力,QC185可用于大型驱逐舰,QC70则可用于气垫船。这标志着我国在装备自主研制生产的舰用燃气轮机道路上迈进了关键一步。
舰用燃气轮机:舍我其谁
燃气轮机的基本结构图,它主要是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成。
舰船动力装置主要有:蒸汽动力装置、柴油机动力装置、核动力装置、燃气动力装置和联合动力装置。前两种装置发展得比较早,广泛应用于各类舰船,后面三种,系近十多年来迅速发展起来的新型动力装置。舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为主机的全燃化动力装置。它自五十年代末期起,尤其是六十年代中期以来,已得到了极其广泛的应用。功率总数日益增长,装舰使用范围日益扩大,已由快艇发展到了护卫舰、导弹驱逐舰、巡洋舰和直升机航空母舰等,可谓是舍我其谁。
燃气轮机基本工作原理
燃气轮机是以空气为介质,靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率、高性能动力机械。它主要是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成,再配以进气、排气、控制、传动和其他辅助系统。当燃气轮机机组起动成功后,燃气轮机就会开始进入稳定的热力学循环过程。压气机连续不断地从外界大气中吸入空气并增压,这个过程可以认为是压气机动能向空气热能和势能的转换,被压缩后的空气温度升高有利于与燃料进行更猛烈的化学反应(化学反应速度和程度与温度成正比),更大的膨胀比也有利于压缩空气燃烧后释放更大的能量。压缩空气从压气机出来后即进入燃烧室,首先会在燃烧室进口被喷入燃料进行掺混,然后就会点火燃烧。这个过程可以认为是燃料化学能向空气热能和势能的转换,在短短几十厘米的距离内空气的温度上升数百甚至上千度,压力也会激增。高温高压的燃气从燃烧室出口喷出,就开始膨胀,在膨胀的同时推动涡轮叶片做功。这个过程就是燃气热能和势能向动能的转化。涡轮将燃气的能量转化为动能后,一方面用于压气机压缩空气持续进行热力学循环,另外一方面由主轴将转子的扭矩输出,经过减速器减速以后用于推动军舰。整个热力学循环完成使得燃气轮机实现了燃料化学能向机械能转换的最终目的。
在中国有着较大范围应用的德国MTU公司396系列军民两用高速柴油机(上图)和据说在167舰上使用的燃气轮机(下图)。燃气轮机相比于它们更适合军舰使用。
燃气轮机作为军舰动力的优势
在军舰动力方案选择上,燃机轮机的主要竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机,但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系统性能要求更为吻合,燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的唯一选择。老牌海军强国如美国海军、英国海军、日本海上自卫队的主力水面作战舰只早已完成动力燃气轮机化。
燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下,同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一,是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的,体积小、功率大,非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。
燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃机的转速是三种动力系统中最高的,但是由于整个转子十分轻巧,在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复,加速较慢,蒸汽轮机更是“反应迟钝”,整个系统达到最高功率
输出可能需要长达一小时的时间。而启动速度,对于军舰的战时出动和反潜作战时加减速性能有着直接的影响。
燃气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中,产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点,导致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适合给反潜军舰作动力系统。
“心脏病”困扰中国海军
由于没有合适的舰载燃气轮机,中国有6艘驱逐舰仍然装备国外产品。其中上图112舰上使用的LM2500燃气轮机由于受美国禁运影响到使用时限后也没有获得大修。
自研燃机尚未装备
我国舰用燃气轮机研发的起步并不算晚。根据“中国舰用燃气轮机总师访谈录”的介绍,1958年我国开始着手研发计划的具体组织实施,决定成立南、北方两个联合设计组,先开展大、中、小三型机组的可行性论证和方案设计。1959年底,前苏联向我国转让了M-1舰用燃气轮机技术,我国对该机组进行了以技术练兵为目的的仿制工作。仅用了11个月,上海轮机厂就完成了该型燃机的首台样机制造。不过由于各种原因,仿制样机经过3年才排
除大量故障通过验收试验。后来该型燃机在一艘高速炮艇上进行了试验并且装备了部队。1964年完成设计的6000马力燃机组是我国第一次自行设计研制的舰用燃机,但是由于研制周期过长加之原装配对象计划调整未能装备部队。与世界上其他国家主要依靠航空发动机改燃机不同,我国由于航空发动机水平落后,采取的是改进和专用研制并举的道路。
1967年我国决定将轰六轰炸机上的涡喷8发动机改进为大功率舰载燃气轮机,这是我国首次进行“航改燃”实践,但是最终因为发达国家同意进口相应型号受到冲击无果而终。后来我国一直在舰用燃机方面不断尝试,但是一直没能拿出一款成熟可靠性能优良的舰载燃气轮机。这就是中国6艘装备燃气轮机的驱逐舰都采用外国产品的原因,其中112、113两艘驱逐舰因为受到美国禁运影响,其装备的LM2500燃气轮机到了使用时限也难以获得大修。
2004年在珠海航展上首次展出的国产QC185燃机,该发动机以“太行”涡扇发动机核心机为基础改进而来,但其输出功率并不能满足中国大型水面舰艇的需要。
航空动力工业发展拖累舰用燃机
我国在舰载燃气轮机方面一直没能突破技术瓶颈的主要原因有很多,既有航空动力方面的问题也有舰用燃机工业本身的体制问题。其中最主要的一个原因是我国航空动力工业缺乏长期发展规划。我国航空动力工业像很多落后国家一样是从仿制和修理开始的。在老大哥的帮助下,我国迅速建立起一个能够和世界一流水平比肩的航空工业体系,但是我国并没有
为航空工业以及航空动力工业制定一个从仿制到研制的长远发展规划,而是将航空工业本身的任务局限于仿制、生产和修理,确定了以生产为主的“遍地批量厂”发展方针。我国航空工业的运行状态就是,仿制生产再仿制再生产,长期处于这种发展状态下,我国航空动力工业对于现代航空动力系统的研究发展客观规律认识极为不足。
航空发动机研制没能突破相关技术瓶颈,与航空发动机技术相通的舰用燃机更是无从谈起。在2004年,中国一航开发研制的国产新型燃气轮机QC185在珠海航展上首次面世。而该机就是以太行核心机为基础改进的轻型燃机,不过输出功率17兆瓦的水平也不足于我国目前发展大型水面舰艇的需要。另外,我国舰用燃机轮机主要研制和生产单位存在于航空工业之外,在体制方面非常不利于航空发动机向燃气轮机的改进工程。
GE9一个核心机解决了F-15,F-16,F-18这些世界知名战斗机、以伯克级驱逐舰为代表的各类舰艇乃至民航客机所有动力问题,体现出了核心机预研的巨大效益。
美国经验:核心机预研是关键
航空强国的动力发展经验是进行核心机预研,然后在同一个核心机上再衍生出航空发动机和舰用燃气轮机。世界著名的舰用燃机LM2500就是核心机预研工程的衍生产品。LM2500燃气轮机衍生自美国GE公司的GE9核心机。GE9核心机衍生出F101大涵道比军用加力涡扇发动机用于B1B超音速战略轰炸机,将GE9的换算流量进一步减小发展出了GE15核心机。
GE15核心机衍生出的涡喷型号YJ101参与竞争F-15和轻型战斗机计划(F-16研制计划)但是输给了普惠的F100发动机。后来竞争YF-17也就是今天的F/A-18舰载机项目时,GE将YJ101的低压压气机放大成为风扇研制出了F404中推涡扇发动机。而将F404的风扇放大并与F101的小涵道比型号结合,就是F-15和F-16的著名动力F110。
在GE9核心机基础上衍生的舰用燃气轮机LM2500是世界上最成功的舰用燃气轮机,装备了美国阿里伯克级等多个国家的军舰。而通用电气与法国斯奈克玛公司联合研制的CMF56大涵道比涡扇发动机也是以GE9核心机为基础的,CMF56发动机装备了空客A320等多种民航发动机,也是第三带民用涡扇发动机的典型代表。这就是说,GE9一个核心机解决了F-15,F-16,F-18这些世界知名战斗机、以伯克级驱逐舰为代表的各类舰艇乃至民航客机所有动力问题,这不得不说是核心机预研的巨大效益。可以说,一型核心机的研制成功,意味着整个国家从天空到海洋的全面突破。美国从上世纪五十年代末就开始核心机预研计划,而我国晚了大概30年,由于起步晚,经验和工业基础不足,至今未能拿出一款大规模实用的核心机型号。
新型驱逐舰可能仍采用仿制动力
052B型的169舰在亚丁湾执行护航任务,小图为其所配装的国产化的GT25000燃气轮机。该燃气轮机经受住了亚丁湾护航行动的考验,表现出可靠的性能
最近网络上开始流传所谓我国新驱逐舰分段开始建造的照片,网友和军迷们对于我国驱逐舰发展的热情随之更加高涨起来。后来出现了很多我国未来驱逐舰的想象图和技术分析,还有的朋友认为我国将来会建造满载排水量9000吨的防空驱逐舰,并且给它起了一个亲切的名字叫“九千岁”。
GT25000仿制品已通过亚丁湾实战检验
目前本国唯一可以立刻使用的舰载燃机是乌克兰GT25000舰用燃气轮机的仿制品,额定功率29兆瓦,实际输出功率在23兆瓦左右。据加拿大《汉和》杂志介绍,该国产燃气轮机已装在052B型驱逐舰上。四台GT25000燃机实际总功率在90兆瓦左右,而日本爱宕级防空驱逐舰和韩国KDX3级驱逐舰虽然都是万吨的满排,但也不过是70兆瓦的总功率水平。最近,我国海军编队长期在非洲亚丁湾执行护航任务,每批舰艇都要在海外连续执行任务数月之久,从未听说过052B型驱逐舰在护航过程中出现过动力问题。这说明国产GT25000燃机的可靠性和经济性都是适合我国国情的。现阶段,立足于GT25000的动力系统一方面应该继续改进其工艺和性能上不足之处,一方面完全可以通过对动力方案的调整做到我国将来各类主力舰只都有适合的动力可用。可以认为制约我国水面舰艇的中型舰用燃气轮机瓶颈已经突破。但是需要看到的是,我国主力舰只也仅仅是可以放心使用国外燃气轮机的仿制改进型号。
网友制作的中国万吨级驱逐舰想像图,近期来说中国海军新型驱逐舰仍将是使用仿制动力。
万吨级大型驱逐舰不是梦想
在驱逐舰方面,继续深挖GT25000燃机的功率潜力,采用两台GT25000和两台舰用柴油交替工作的方式可以为满排在7000吨左右的驱逐舰使用,这很可能就是最近网络盛传的052C+防空驱逐舰,也就是分段照片流出的舰型。将QC280功率降低从而增加寿命和经济性,然后采用四台方案为9000吨满排驱逐舰提供动力,这就可以突破以往限制达到网友心目中“九千岁”大驱的境界,这个水平也和阿里伯克级驱逐舰相当,意味着我国主力防空舰综合性能达到美国主力舰的基本水平。9000吨的防空驱逐舰和同级别反潜通用驱逐舰已经完全能够支撑起一个航母编队的防空反潜反舰等综合任务。
另外考虑将来海军对陆远程精确打击和驱逐舰单舰独立执行任务的需求,直接采用四台GT25000燃机驱动满排在11000-13000吨的大型综合驱逐舰。该舰采用大容量垂直发射系统容纳独立作战自卫所需的远中近防空导弹和用于攻击的反舰导弹对陆巡航导弹,并在综合完善雷达电子设备支持下,在一定海域执行综合性任务具有相当高效费比。该级别驱逐舰参与舰队作战时该舰可以作为火力加强性节点,负责舰队中需要强火力支援作战任务。 结语:
根据目前情况来看,虽然我国一定时期内海军主力舰只采用仿制GT25000燃机作为动力,但是这次新闻表明我国自研中等功率燃机项目正在稳定推进。为了避免以往航空发动机和燃机可靠性和持久性不足的问题,我国特别在小功率燃机试车中增加了长久试验特殊项目。而中等功率燃机QC185也完成了试制并且第一次点火开始试车工作,预计数年之内就能设计定型。从国产驱逐舰已经开工的情况来判断,国产燃气轮机已经基本解决问题,中国海军将展开新一波的造舰高潮。
LM2500重新回到中国~
----多么慷慨的美国政府啊
LM2500+燃气轮机的额定功率达到了29788kW。最新的LM2500,G4燃气轮机的动力更是达到了惊人的47370马力。
上海市莘庄工业区官网8月23日发布消息,中国华电集团公司与美国通用电气公司航改型燃机合资项目落户上海市莘庄工业区签约仪式在兴国宾馆举行。国家有关部委,上海市副市长艾宝俊,华电集团公司总经理云公民,GE公司全球副总裁、中国区总裁Hutchinson,闵行区区委书记孙潮、区长莫负春、副区长程向民,莘庄工业区党工委书记王备军、管委会常务副主任陈建平等领导和嘉宾参加了签约仪式。
在签约仪式上,上海市闵行区人民政府、华电分布式能源工程技术有限公司、通用电气(中国)有限公司、上海市莘庄工业区经济技术发展有限公司签署了《关于华电GE航改型燃气轮机项目合作协议》。华电GE合资的华电通用轻型燃机设备有限公司将首期投资1亿美元,主要生产航改型燃气轮机;GE将转移部分部件生产的核心技术,并逐步提高产品的国产化率。除组装与测试外,新的合资公司还将负责引进通用公司LM2500+G4、LM6000PD两款机型的销售、售后/现场等一系列服务。
“华电通用合资项目落户上海闵行后,将与闵行现有的C919大飞机发动机和研发中心项目形成两翼,进一步增强闵行区先进重大装备制造业的产业集聚度,有力推动上海地区分布式能源的发展。”闵行区委书记孙潮在谈到该项目对闵行和上海发展意义时说。同时注册在闵行的华电闵行新能源有限公司目前正与莘庄工业区合作开展燃气分布式“热、电、冷”三联供项目,将会使用华电GE合资公司的燃气机型进行分布式能源供应,预计将替代闵行区现有燃煤锅炉120台,受益企业81家,替代燃煤量39.6万吨标煤;由于能源利用率提高,将为闵行区节约标煤7.75万吨,节能效益明显;减少排放CO2 126.7万吨,NO2 87吨,SO2 695吨,烟尘368吨。
LM2500燃气轮机
简介
LM2500系列燃气轮机是美国通用动力公司于上世纪六十年代以TF39涡轮风扇发动机为蓝本研制的航改式燃气轮机。该系列燃气轮机有着非常广泛的用途,可应用于船舶动力,发电,石油开采等多种目的。最为主要的用途是作为军用舰艇的动力装置。由于该型燃气轮机性能优秀,所以美国与其他海军均采购LM2500燃气轮机作为作战舰艇的动力装置。从上世纪70年代初正式投入使用以来,LM2500系列燃气轮机已经销售了2000多台(包括工业和舰船),占据了世界舰船燃气轮机的绝大部分份额。目前,用于舰船推进的LM2500和LM2500+燃气轮机的总运行时数已经超过惊人的5千万小时,这是其他任何一种舰船燃气轮机都难以企及的高度。 这一切都得益于LM2500的高性能、高可靠性和高利用率,也得益于其不断的升级改进。从最初的25500马力(18755千瓦)到G4的 47370马力(34841千瓦),LM2500连续跨越了两个功率等级的台阶,从而充分满足了客户的需求。可以说,LM2500是最优秀、最成功的燃气轮机。从目前世界燃气轮机发展的趋势来看,很再难出现一种可以挑战甚至超越这座丰碑的新型燃气轮机了。而且燃气轮机属于高技术产品,研发必须具备雄厚的工业基础和长期不断的投入,目前世界上真正能设计、制造船用大功率燃气轮机的厂商数量也很少。
研制背景
1960年,应美国海军的要求,通用电气公司开始为海军沿岸炮艇开发新型燃气轮机动力装置。为了提高新型发动机的研制速度,在空、海军战斗机上已经获得大量采用的J79涡轮喷气发动机被选中为改装的原型机。第一台LM1500——这是赋予新发动机的编号,意味着它可以提供15000马力(约11 兆瓦)等级的功率——从1961年10月开始装艇进行海试,这是美国海军舰艇第一次采用燃气轮机作为动力装置。
根据试验中暴露出来的问题(主要是海水、盐雾对发动机部件的腐蚀问题,以及使用含硫量更高、密度更大、杂质也更多的船用柴油导致的腐蚀和磨损问题),通用电气公司在1963年获得了进一步的开发合同,小批量试生产LM1500燃气轮机来装备后续建造的炮艇,以扩大试验规模。到1966年,该型燃气轮机已经装备了17艘“阿沙维拉”级炮艇,采用两台柴油机(巡航)加一台燃气轮机(高速)的CODOG驱动方式。经过连续几年的装备试验后,LM1500终于在1969年正式定型,除用于海军舰艇之外,还广泛用作工业发电、油气泵站以及其他专用设备的动力。
鉴于LM1500燃气轮机的研制、试用成功,舰船燃气轮机动力装置得到了美国海军的认可,特别是在进行反潜作战时,装备燃气轮机动力装置的舰船加速性远高于装备蒸汽轮机动力装置的舰船,动力性、自噪音特性又远胜于装备柴油机动力装置的舰船(当时还缺少现代的浮筏减震技术)。这对于当时正困扰于红色狼群威胁的美国海军来说,的确是一种理想的解决方案。于是,美国海军也决定将燃气轮机化作为海军舰船动力发展的方向。不过与英国海军分别采用专门的小功率巡航燃气轮机和大功率加速燃气轮机的COGOG组合不同,美国海军走得更远,直接要求获得一种全工况燃气轮机,采用COGAG的推进组合方式。这样可以在主战舰船上装备同一个型号的燃气轮机,不仅能通过提高采购量来压低采购成本,还简化了对后勤支援的要求。
为了满足新一代大型驱逐舰超过30节的航速要求,其动力装置的总推进功率必须达到约10万马力(73550千瓦);而为了保障动力装置的生命力,至少应设置两组独立的主机。这样,新舰应该设置4台同样的全工况燃气轮机作为动力,单机功率应该达到约2.5万马力(18387.54千瓦)。与之相比,苏联海军“卡辛”级驱逐舰的动力装置由8台1.1万马力(8090.5千瓦)燃气轮机组成,高下立见。 由于开发LM1500燃气轮机的过程中已积累
了足够的研制经验,新型燃气轮机的发展合同毫无悬念地落到了通用电气公司手中。鉴于新型燃气轮机的功率等级比LM1500上了一个台阶,一般班的航空喷气发动机已经难以满足要求。当时美国空军最大、最重的飞机是研制中的C-5“银河”重型运输机,其上将要装备的通用电气TF39涡轮风扇发动机是当时推力最大的发动机,该机当仁不让地成为改装新型燃气轮机的最优选择。
TF39涡轮风扇发动机的源头来自于1959年,当时美国空军提出“轻重量燃气发生器”计划,后改称“先进涡轮燃气发生器计划”。这是一个由美国军方牵头、军工界共同参与的先进航空技术预研计划。由于燃气发生器属于涡轮发动机的核心部分,其性能高低决定了发动机的总体水平,技术难度也最大。通过开展“先进涡轮燃气发生器计划”,可以对关键技术进行先期研究,同时对燃气发生器(核心机)进行装机环境下的试验验证,从而降低型号研制的技术风险、缩短周期、减少成本。 1963年,在“先进涡轮燃气发生器计划”的支持下,通用电气公司开发出第一台“先进技术核心机”——GEI。GEI核心机由14级轴流式高压压气机、环形燃烧室与2级冷却式高压涡轮组成,主要参数为:空气流量32公斤/秒,压比11,推力2272公斤,压气机前五级静子可调,直径0.61米,长度1.78米。在GEI的基础上,衍生出了三型值得注意的验证机——GEI/6、GE9和GE1/10。
1964年5月,美国空军针对新型远程重型运输机的需求,提出发动机和飞机机体招标,其中要求发动机达到18000公斤级的推力。1965年4月,通用电气公司以GE1/6验证机参与投标,战胜了竞争对手普拉特?惠特尼公司。1965年12月,新型TF39发动机首次试车,1967年6月开始试飞,到了1968年10月,TF39发动机便开始了生产型交付。在获得美国海军的新型燃气轮机开发合同之后,1968年4月(这时TF39还未正式投产),通用电气公司以TF39涡轮风扇发动机的核心机为基础,开始了新型LM25OO燃气轮机的研制。
广泛应用
1969年,通用电气公司生产出第一台LM2500样机,次年,样机被安装到一艘滚装船上进行了海上试验。试验证明,LM2500的输出功率达到了25500只力(18755千瓦),效率达到了35.5%,完全满足海军的要求。随后,通用电气公司开始新型燃气轮机的量产,第一艘装备LM2500燃气轮机的是DDG963“斯普鲁恩斯”号导弹驱逐舰。该舰采用两组燃气轮机、每一组均由2台LM2500组合而成的COGAG推进方案,最大航速达到33节。美国海军共建造了31艘8040吨的“斯普鲁恩斯”级导弹驱逐舰。该级舰现已从美国海军中退役,
其中至少19艘已经被作为靶舰击沉。
采用LM2500燃气轮机的第二个大用户是FFG7“佩里”级护卫舰。为了降低设计成本,该级舰直接采用了“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的一组2台LM2500燃气轮机动力装置,驱动一具可调距螺旋桨。美国海军共建造了51艘“佩里”级护卫舰,澳大利亚、西班牙也引进和仿制此型舰,该级舰现已有一部分从美国海军中退役。
1970年代后期,伊朗海军订购了6艘对空型“斯普鲁恩斯”级导弹驱逐舰,后来因为资金问题减为4艘。巴列维王朝被推翻后,伊朗最后撤销了这些舰的订货。当时建造工程已经基本完成,为了减小船厂损失,美国海军接过了这4艘舰的合同,即DDG993“基德”级导弹驱逐舰,动力装置同样为两组共4台LM2500燃气轮机。由于战斗力偏低,该级舰已从美国海军中退役。
为了满足美国/北约近海防御的要求,波音公司为美国海军建造了6艘“飞马座”级导弹水翼艇,CODOG方式驱动,排水航行时使用两台柴油机,水翼航行时的动力为1台LM2500燃气轮机。
1970年代后期,美海军原计划设计—型装备“宙斯盾”系统的核动力巡洋舰,但因为成本问题最终撤销。取而代之的是设计一型“斯普鲁恩斯”级的派生舰,即9466吨的CG47“提康德罗加”级导弹巡洋舰。“提康特罗加”级巡洋舰的建造总数为27艘,也使用了两组共4台LM2500燃气轮机。之后装备MK41多用途导弹垂直发射系统和“宙斯盾”系统的新型驱逐舰的大量服役,该级舰第一批建造的5艘由于装备的是Mk26 Mod5型双臂式导弹发射装置,“宙斯盾”系统的威力难以完全发挥,已经提前退役,其中,CG50“福吉谷”号已经于2006年11月2日作为靶舰被击沉。
为了对抗未来的新威胁以及满足美国海军当时计划拥有60帅雯舰的要求,1981年,美国海军开始投资发展新一代的驱逐舰,即现在的DDG51“阿利?伯克”级导弹驱逐舰。该舰装备“宙斯盾”系统和MK41多用途导弹垂直发射系统,成本较“提康特罗加”巡洋舰要低,用于弥补后者不能大量建造而造成的防空火力空白。“阿利?伯克”级导弹驱逐舰建造数达到了52艘,同样使用4台LM2500燃气轮机。得益于新型材料、工艺的发展,以及长期运行的经验,LM2500的功率提高到了每台30600马力(22506千瓦),效率达到了36.2%。
由于LM2500燃气轮机的优异性能,其他国家海军的舰艇也大量采用LM2500作为推进动力。到上世纪末,LM2500燃气轮机的总装机数已经超过1800台,近30个国家的海军共350多艘各类舰艇装备了870多台舰用LM2500,累计海上运行时间超过600万小时,
总运行时间超过了1800万小时。
结构与系统
压气机
压气机是燃气轮机的主要部件之一,它的作用是提高流经空气的压力,向燃烧室供给符合要求的压缩空气。压气机性能的优劣直接影响燃气轮机的功率、油耗、工作稳定性和可靠性等主要性能。LM2500的压气机为16级、高压比、轴流单转子设计,主要由压气机前承力机匣、压气机转子、压气机静子(中机匣)和压气机后承力机匣等组成。压气机静子的前端由前承力机匣壳体支撑,后部由压气机后承力机匣支撑。而压气机转子的前端由滚柱轴承支撑,后端由滚珠轴承支撑。
前承力机匣形成了压气机进口空气的流通通道,毂部与外壳之间用导流支板联接,支板为空心结构,内有回油池的滑油供油和回油管路。该机匣同时还支承着压气机前轴承、进气管、整流罩、压气机壳体的前端、进气导叶内支承、输入齿轮箱和回油池端盖。在机匣中还有密封压力和通风等的空气通道,以及监测压气机进口空气压力、温度等参数的传感器
压气机转子是一个高速旋转、对吸入空气做功使其压力上升的部件,核心是一个带有圆周分布的燕尾榫槽的短鼓-轮盘混合结构,压气机叶片通过燕尾榫槽固定在其上。所有的法兰联接都采用过盈配合,以保证零件良好的定心和联接刚性。转子的短鼓-轮盘材料分别为:第1到10级为钦合金,其余部分使用Inconel718合金制造。第l到14级工作叶片的材料为钦合金,第15和16级工作叶片的材料为A286合金钢。由于第1级工作叶片相对比较狭长、刚性较差,为了减少振动,在叶片的中部有减振阻尼凸台,当所有的第1级叶片安装好之后,凸台共同组成了一个阻尼圈。
压气机静子是气流减速扩压的部件,也是燃气轮机的主要承力壳体构件之一,它与前承力机匣和后承力机匣构成了一个整体。各级整流器(静子叶片环)固定在静子机匣内,形成气流通道的静子部分。静子机匣由4部分组成,并用螺栓固定在一起。前两段对分式机匣用钦合金制造,而后两段对分式机匣用Inconel718合金制造。该压气机静子由一级进口导叶和16级静叶组成,进口导叶和第1到6级的静叶为可调叶片。进口导叶和第1、2级静叶的材料为钦合金,第3到16级静叶的材料为A289合金钢。
为了保证压气机工作的效率,要求工作叶片、静叶片与静子、转子之间的间隙尽可能小,
以减少气流从叶尖逸漏的损失,但叶片又必须跟壁面保持足够的间隙,以方便安装,并防止工作时叶片受热膨胀与壁面碰撞,造成发动机损伤。为了解决这个矛盾,在工作叶片、静叶片项部相对的静子、转子壁面上喷涂有可磨损的材料,叶片的叶尖也作成可以磨损的形式,这样,当发动机投入正常运行后,通过涂料跟叶尖之间的磨合,就能使间隙维持在一个合适的较小值,从而保证了压气机的高效运行。
压气机后承力机匣用Inconel718合金制造,由外壳体导流支板、毂以及回油池壳体组成,其外壳支撑着燃烧室、燃油总管、燃油喷嘴(30个)、点火器(2个)以及第1级涡轮导向器支承。轴承的轴向和径向负荷以及第1级涡轮导向器负荷的一部分由毅承受,并通过10个径向导流支板穿至机匣外壳。毅与导流支板以及外壳体通过焊接连成一体。机匣外壳既是燃烧室外壳,又是压气机机匣与涡轮中机匣之间结构负荷的传递通路。 燃烧室
燃烧室是保证燃气轮机在各种工况下,顺利将燃料的化学能转换为热能、并用来加热工质的装置。来自压气机的高压空气进入燃烧室后,与喷油嘴喷入的燃料混合燃烧,变成具有较大作功能力的高温高压燃气,然后驱动涡轮作功。燃烧室是燃气轮机的重要部件,燃气轮机的性能和可靠性与其有着密切的关系。例如,燃烧室出口局部温度过高,会引起涡轮叶片的过热和烧毁;烧过程的不稳定会导致意外的熄火甚停机;燃烧组织不好,会使燃烧过程流动损失增加,降低燃烧效率、黔增大燃油消耗等等。因此,一个合适的燃烧室,是燃气轮机工作良好的关键。 LM2500的燃烧室为单环形燃烧室,由燃烧室外套、火焰筒内环、火焰筒外环、火焰筒头部、燃烧室内套、进口导流器、旋流器、双油路压力喷射式喷油嘴(30个)和半导体高能点火电嘴(2个)等零件构成。燃烧室内、外壁均采用气膜冷却,使得壁面温度不至于过高,从而保证燃烧室的工作可靠性和寿命。燃烧室外套通过位于燃烧室进口处的10个肋板,与燃烧室内套在前端联成一体,同时作为承力结构,支承压气机后轴承座。
燃气涡轮
燃气涡轮是燃气轮机的另一种要部件,其主要作用是将来自燃烧室高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功,用以带动压气机、附件和船舶推进装置。涡轮的工作条件十分恶劣,要承受高温、高转速、频繁的热循环、热冲击、不均匀加热、由于转子不平衡和燃气压力脉动造成的不均衡负荷的作用,是燃气轮机中热负荷和动力负荷最大的部件。舰船燃气轮机多采用轴流式涡轮,其主要特点是功率大、转速高、燃气温度高、效率高,能有效
满足船舶推进的动力要求。
在舰船燃气轮机中,用来带动压气机和附件的涡轮称为燃气发生器涡轮,用来带动减速器、螺旋桨等外负荷、进行功率输出的称为动力涡轮,二者在结构上大同小异,都是由转子跟静子两大部分组成。燃气发生器涡轮与动力涡轮间通常只存在气动上的联系,它们通常由中间扩压器(也称为中间机匣)联通起来。一般而言,动力涡轮的直径比燃气发生器涡轮大得多,所以中间机匣具有一定的扩散锥角,以利于将燃气发生器涡轮出口的燃气以最小的流动损失引入动力涡轮作功。
LM2500燃气轮机的燃气发生器涡轮是典型的单转子、2级轴流式涡轮,由涡轮转子、第1和第2级涡轮导向器以及涡轮中间机匣等组成。涡轮导向器负责将从燃烧室出来的高温、高压燃气以要求的角度和速度直接导向涡轮转子的叶片,装在压气机后机匣里,并由后者支承。燃气发生器涡轮与压气机转子是机-械联接的,从燃气中获取能量后可以直接驱动压气机旋转。涡轮转子的前支承在压气机转子后轴上,由径向止推球轴承承力,转子后端由涡轮中间机匣内的径向轴承支承。涡轮中间机匣除了支承燃气发生器涡轮转子之外,也支承动力涡轮转子。中间机匣包括过渡段,燃气流从燃气发生器涡轮经过过渡段进入动力涡轮。
燃气发生器涡轮转子由一个锥形前轴、两个带叶片和护圈的涡轮盘、一个圆锥形转子隔板、一个热屏蔽和一个后轴组成,两级涡轮叶片均为长叶柄、内冷却式结构,叶根为机树形。长叶柄叶片不但为冷却空气提供了通路,而且因为较高的阻尼作用减小了振动,轮盘外缘的温度也降低了。叶片成对地钎焊在一起,材料为Rene80钴基合金,表面渗有抗腐蚀、抗氧化的钴铬铝钇保护层。
涡轮转子和两级涡轮叶片均由压气机排出的空气进行冷却。气流通过第1级导向器支承和涡轮轴前的孔引入。空气首先冷却转子内部和两个盘端,然后经过成对叶樵间的通路进入叶片。第1级涡轮转子叶片由内部对流和外部冷却气膜进行冷却,第2级叶片只使用对流方式进行冷却,所有冷却空气最后都由叶尖排出。燃气发生器涡轮转子的前轴、隔板、热屏蔽、后轴、轮盘等部件通过短螺栓联接,形成刚性很好的可拆卸转子结构。
LM2500燃气轮机的动力涡轮来自于TF39涡轮风扇发动机带动风扇的低压涡轮,在进行舰用化改装时,动力涡轮的进口温度明显下降,是一种典型的低负荷设计,级数达到了6级,以获得较高的效率(设计工况效率达92.5%)和良好的变工况特性。为适应高效率要求,在结构上使用了带冠工作叶片。静子机匣内壁采用了具有蜂窝结构可容损材料制成的衬里,减小了泄漏。因为级数多,采用了两端支承结构,设置了两个专门的承力支承部件―前
支架和后支架。
前支架又称为涡轮中机匣,前安装边与燃气发生器的后安装边联接,后安装边则与动力涡轮的静子机匣相连接。前支架主要由内座圈、外壳体和联接二者的整流支板组成,是一个整体传力元件。涡轮第1级导向器叶片环固定于其内,内座圈处安装前轴承组合体。后支架又称为涡轮后机匣,前安装边与动力涡轮静子机匣相联接,后安装边与排气涡壳联接。后支架也是整体传力元件,主要由内座圈、外壳体和联接二者的整流支板组成,内座圈处安装后轴承组合件。
动力涡轮静子为水平剖分式结构,第2到第6级导向器叶片环固定在静子机匣的环槽中。在各级静子叶片环之前,机匣的内壁面处以及叶片环内环壁面处,均嵌装蜂窝结构可容损材料制成的密封装置,以减少动力涡轮工作叶片与机匣之间的径向减小,以及减小叶片环内环壁面与转子之间的级间密封间隙,从而提高了动力涡轮的效率。
动力涡轮转子为短螺栓联接、盘鼓混合式结构。锥形前鼓轴固定在第3级轮盘之前,锥形后鼓轴固定在第6级轮盘之前,使得转子支点间距大大缩短,结构紧凑,增强了转子的抗弯刚性。这种由短螺栓联接的多级盘鼓式结构的优点是简单、重量轻、联接刚性好,而且布局灵活,拆装、(更换损坏的元件也比较方便。动力涡轮的6级工作叶片全部为带冠结构,抗振性能好,效率高,用耐腐蚀材料Rene77合金制造,前3级工作叶片表面还涂有防腐蚀涂层。导向器叶片的前3级也是用Rene77合金制造,后3级则改为用Rene41合金制造。
附件传动装置
附件传动装置在舰船燃气轮机上有许多需要由燃气发生器转子带动的附属系统以及设备的附件,如滑油泵、燃油泵、燃油自动调节器等。而另外一些附属系统以及设备的附件,又用来带动燃气轮机转子转动,如起动机、盘车装置等。为了实现燃气轮机转子和这些附件间的传动,需要设置专门的传动装置,即附件传动装置。
附属系统和设备中的附件一般都装在附件传动机构的机匣上,其中装有若干组齿轮组以及离合器等。只要燃气轮机转动这个附件的传动机构,被带动的附件即可投入运转,燃气轮机的各个附属系统和设备就能进入正常工作。同样,起动机、盘车装置等附件工作时,也可以拖动燃气轮机转子转动。附属系统、设备的工作可靠性直接影响燃气轮机的性能和工作可靠性,因此,一方面要求附属系统和设备具有较高的性能,另一方面也要求附件传动装置结构可靠,能在各种工况下保证所有附件的转速、转向、功率传递等方面的技术要求。同时,
还要求附件传动装置尺寸、重量小,使用、维护和更换都要比较方便。
LM2500燃气轮机的附件传动装置位于压气机前机匣处,主要由输入齿轮箱、径向传动轴和传动齿轮箱等部件组成。输入齿轮箱装置由铸铝壳体、轴、一对圆锥齿轮、轴承以及滑油喷嘴等构成。径向传动轴是空心轴,轴的两端用花键分别与输入齿轮箱以及转换齿轮箱内的圆锥齿轮相联接,其作用是将功率由输入齿轮箱传至转换齿轮箱的前部。
转换齿轮箱则由两个铝制壳体、一个油气分离器、齿轮、轴承、密封件、滑油喷嘴以及附件联系器等部分组成。壳体底部有个入口盖,为径向传动轴的安装提供了方便。在后面部分的所有附件联接器和惰轮,均采用“插入式”齿轮的设计思想,这样在进行齿轮、轴承、密封件、联接器组件等进行拆卸或更换时,就不用对齿轮箱进行分解。安装在转换齿轮箱上的附件有:燃气轮机起动机、滑油供油泵和回油泵、燃油泵以及主燃油控制器。油气分离器安装在转换齿轮箱前部,并作为齿轮箱的一部分而存在。
起动系统
燃气轮机不能依靠自身投入工作,需要外界能源来帮助起动,经过一个预先设定的起动过程,才能使主机进入稳定的工作状态。通常把提供能量、拖动燃气轮机旋转的辅助机械称为起动机,使燃气轮机从静止状态起动加速到慢车工况的过程称为起动过程,而用于完成燃气轮机起动过程的各个工作部分,如起动机、起动燃油供给系统、点火系统、自动控制装置等在内的一整套装置、系统称为燃气轮机起动系统。在燃气轮机起动系统中,起动机用于拖动燃气发生器转子转动,使之加速到一定转速,从而使进入燃烧室的空气具有足够压力,保证燃烧室内混合气可靠点火燃烧,使燃气轮机进入自主运行状态,是起动系统中的核心部件。现代燃气轮机常用的起动机有电起动机、燃气涡轮起动机和空气涡轮起动机等三类,不管哪种,都要求有足够的功率来拖动主机转动。 LM2500燃气轮机采用了同时具有液压油马达起动机和空气涡轮起动机的双重动力源起动系统,但由于舰船上的高压空气获取比较方便,一般以空气涡轮起动机为主用起动机。该机由进气装置、涡轮装置、减速齿轮、切断开关、超速离合器以及花键输出轴组成。其中涡轮为单级轴流式涡轮,减速齿轮为带有一个转动齿环的复合式行星齿轮系统,超速离合器为棘爪-棘轮式,在起动期间可以保证可靠接合,而主机起动后,能保证起动机的顺利脱开。
燃油系统
这是燃气轮机各系统中最复杂的部分,其功用是保证向燃气轮机的燃烧室可靠地供给一
定压力和流量的燃油,依靠燃油系统中自动调节器的调节作用,按照一定规律控制、调节燃气轮机的供油量,使燃气轮机在任何运行工况下,都能够高效、安全可靠地工作。燃油系统可以分为供油和调节两大部分,通常由燃油箱、燃油过滤器、低压燃油泵、燃油加温器(有时兼作滑油冷却器)、高压燃油泵、燃油自动调节器、燃油分配器、燃油总管、燃油喷嘴等组成。在管理中,也经常以高压油泵为界,将燃油系统划分为低压燃油部分和高压燃油部分。
在LM2500燃气轮机的燃油系统中,通过调节和分配喷射到燃烧室中的燃油数量,可以控制燃气发生器的转速。动力涡轮的转速是无法直接控制的,但可以根据燃气发生器产生的燃气流能量大小来确定。为了防止动力涡轮超速,由安装在电子控制箱里的电子超速开关来保护,当动力涡轮转速偏高时,自动减小燃烧室供油量,以保证动力涡轮的安全。
来自舰船油舱的燃油,流经燃气轮机底座处的燃油进口接头,进入主燃油泵增压部分进行初步加压,然后再进入燃油泵的高压部分。高压燃油流经燃油过滤器,然后进入燃油控制器。如果燃油过滤器堵塞,可以使用过滤器旁通阀使燃油绕过过滤器。舰船燃气轮机通常只使用高质量的轻柴油,燃油中细小杂质的含量相对较少,只用过滤器就可以满足燃油清洁的要求。为了保障燃气轮机的正常运行,必须保证供给充足的燃油,所有燃油泵的流量要高于燃气轮机的最大燃油消耗率,燃油在燃油控制器里被分为计量(供油)流量和旁通(回油)流量,超出需要的部分燃油通过旁通阀回流到燃油泵高压部分的进口。
安装在燃油控制器出口处的增压阀可以保持一定的背压,保证有足够的燃油压力,使燃油控制器可以正常工作。串联布置的两个电控燃油停车阀,保证了燃油供应的可靠切断。当停车阀开启时,燃油从燃油控制器流出,经过增压阀、燃油停车阀、燃油总管输送到燃油喷嘴,30个燃油喷嘴经压气机后机匣伸进燃烧室,将燃油雾化喷出,维持正常的燃烧。当停车阀关闭时,燃油停止向燃油总管供应,旁通回流到燃油泵进口。此时,停车阀的残油泄放口开启,将燃油总管、支管和喷嘴中的残油泄出,防止因为刚停机时部件的高温导致残余燃油结焦,堵塞油路。
燃油和转速调节系统可以控制可转叶片(进口导叶和前6级静叶可以转动),以保证在整个运行工况的范围内,使压气机保持良好的工作性能,防止燃气轮机出现喘振。 滑油系统
滑油系统是保证燃气轮机各支承和传动元件润滑、冷却的滑油储存、供油和回油系统。其功用是向轴承、齿轮等摩擦部件的工作表面供应滑油,起到液体润滑的作用,减少这些工作表面的磨损和摩擦损失,同时带走摩擦表面的热量,维持轴承、齿轮等工作温度的正常。
由此可见,燃气轮机的工作可靠性,很大程度上取决于滑油系统的工作可靠性。
舰船燃气轮机的滑油系统通常设计为两个独立的系统:燃气发生器部分的前滑油系统,以及动力涡轮、推进系统主传动装置部分的后滑油系统。但也可以将前、后滑油系统合并为一个系统,特别是在燃气发生器和动力涡轮都使用滚动轴承支承的情况下,这种统一的滑油系统比较简单、可靠,实用性强。
LM2500燃气轮机的滑油系统,就是燃气发生器和动力涡轮一体化的润滑、冷却系统。该系统包括了滑油供油、滑油回油以及回油池通风等三个分系统。滑油从储油箱里靠重力供给安装在主机上的滑油供油一回油泵,滑油泵的供油部分将流入的滑油加压,输送到要求润滑、冷却的部件和区域。滑油供油的过滤是由安装在箱装体内的双联式滑油过滤器来保证的。供油管路末端的滑油喷嘴直接将滑油喷进轴承、齿轮和花键等部位进行润滑、冷却。经过使用的滑油流到4个回油池和转换齿轮箱底部,分别被回油泵抽出,返回滑油储存、调节油箱,并进行冷却。回油的过滤是由安装在滑油箱上的双联式滑油过滤器来保证的。
滑油系统中的滑油在运行过程中会发生损耗,主要包括了滑油自身的分解、滑油蒸汽经密封装置渗漏到气流中以及经通气管逸出到外界大气中。燃气轮机的滑油消耗量普遍不大,LM2500燃气轮机的最大滑油消耗率约0.9公斤/时,平均滑油消耗率仅有约0.09公斤/时,与柴油机相比要小一个数量级。但由于燃气轮机工作转速高,对滑油的质量要求要远远高于柴油机。
箱装体
早期的舰船燃气轮机跟蒸汽轮机、柴油机一样,也是呈“裸机”状态布置于机舱内,虽然便于监测和接近、维护,但是燃气轮机运行时的高温和噪音等问题,对机舱环境影响很大,特别是高频噪音的强度过大,严重影响机舱人员的正常工作。也许是受已经坍塌的“红色帝国”长久以来片面拔高人的主观能动性、忽视人员舒适性的习惯思维影响,乌克兰在上世纪90年代设计的l)A80燃气轮机依然采用“裸机”状态,仅燃烧室及其后部分包裹了隔热、隔音效果很差的简单金属罩。
为了避免这些不利影响,同时利于实现自动化和远距离控制、充分发挥燃气轮机的技术性能,出现了将燃气轮机整体组件化的解决方案,即将燃气发生器、动力涡轮、进气室、排气涡壳以及燃气轮机附件、相关电气设备等组装在一个带有防震底座的箱体里,构成一个完整的箱装体(也称为燃气轮机模件)。燃气轮机模件可以在工厂中装配、调试好,而后装舰
使用,这样可以大大减少在舰上的装配工作量、降低装配难度,同时保证模件工作的可靠性。箱装体结构有利于隔热、隔音和防震,内部布置有照明、加热、灭火、通风等设备,极大改善了机舱工作条件。通常,燃气轮机箱装体为钢制的密封罩壳,外观一般为长方体。整台燃气轮机安装在底座上之后,用箱体罩起,然后和单独装箱的其他设备组成一个有机的整体,方便进行操纵、监测和维护。
LM2500燃气轮机是最早采用箱装体结构的舰船燃气轮机之一,其箱装体长约8米,宽约2.7米,高约3.1米。其中,底座是燃气轮机和箱装体的支承基础,通过32个抗冲击支承安装到舰体机座结构上,底座上设置有燃气轮机支承、涡壳支承、箱体以及间壁。底座上还设置有密封的贯穿孔,用以安装抽气管、燃油管、滑油管、控制电缆、仪表电缆、清洗水管、动力电缆、起动空气管、灭火剂输送管,以及残油、残水的泄放管。此外,还有燃油溢流阀、滑油过滤器及各种接头、插座等附件。
箱装体顶部布置由空气进口、通风冷却空气口以及排气口,各通过一个挠性接头与船体结构相连。在空气进口处有一组永久性的导轨,通过另外一组临时安装的导轨,可以将从底座脱开的燃气轮机移动到进气口的导轨处,此时移动到进气口处的起吊装置将协助把发动机从导轨拉出,从而吊出船外。箱体上有检修门、天窗等开口。箱体本身为带夹层和填料的多层隔音结构,从箱体内传出的气动和机械噪音都很低,当燃气轮机工作时,在箱体外可进行正常交谈。
改进改型
上世纪90年代初,通用电气公司虽然将LM2500燃气轮机的功率提高到3万马力(22065千瓦)级别,但是随着各国海军对于水面舰只主动力装置的功率要求不断提高,已不能满足日益增长的对于大功率舰船燃气轮机的要求。如今,LM2500的功率再次提升到33600马力(24713千瓦,此时效率37.2%),但一些新研制的舰船燃气轮机已经达到甚至超过4万马力(29420千瓦)的功率级别。为此,通用电气公司决定在LM2500的基础上开发一型功率增强型LM2500,以满足4万马力级别市场的需求。新的LM2500+型燃气轮机在1998年进行试车,功率达到了40500马力(29788千瓦),效率达到39.1%,成功捍卫了通用电气公司在船舶推进燃气轮机市场中的地位。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两台共7万马力(51485千瓦)的蒸汽轮机,从第8艘“马金岛”号(LHDS)起,已经改为使用两台LM25OO+燃气轮机推进。
新型LM2500+燃气轮机的升级策略,是保留并利用原有的先进设计、结构、高性能的
材料和涂层,基于可靠性和高利用率,尽可能使用现有技术,采用保守、低风险的设计途径来提高功率。事实证明,通用电气公司用最小的代价达成了目标。之后,通用电气公司并没有满足于在LM2500+上获得的成功,为了最大限度的榨取LM2500这个“年近四旬老翁”的潜力,在2005年开始对新一代LM2500+G4进行试验,最大功率达到了47370马力(34841千瓦),效率进一步提高到39.3%。LM2500+G4燃气轮机现已正式投放市场,为通用电气公司逐鹿世界燃气轮机市场尽最后一份努力。
为了实现输出功率的大幅度提高,与LM2500燃气轮机相比,新型的LM2500+主要作了以下的一些改进:
增加零级压气机
在原压气机前加上装有新型宽弦叶片的零级压气机,形成新的17级轴流压气机。零级采用不锈钢整体轮盘,结实可靠,由于取消了机树型叶根,消除了一个主要的磨损区域,从而增加了使用寿命。采用了新设计的可调进口导叶,与随后的7级可调静叶相配合,能保证良好的部分负荷性能,并降低了压气机喘振的可能。
修改压气机
第1级动叶被重新设计成基于CF6-80C2叶型的更高效、更结实的宽弦叶片,去除了常规LM2500第l级动叶中部的阻尼突肩。第2、3级压气机动叶也采用了CF6-80C2/LM6000的叶型设计。新设计了零级静叶,从零到第6级静叶都是可调的,零到第11级静叶还采用了CF6-80C2/LM6000的叶型设计。
新增加的零级和修改的压气机设计,使空气流量增加了23%,达到85.8公斤/秒,压比从19.3增加到22.2,效率提高了0.5%。
修改燃气发生器涡轮
修改二级涡轮的动叶叶型以适应更大的流量,第1级动叶和静叶都采用单晶叶片。除第2级动叶外,其他叶片都升级为性能更好的的材料。修改了热力密封设计,使用CF6-SOE的密封装置。
修改动力涡轮
修改动力涡轮 加强动力涡轮机匣,增加输出传动轴的抗扭能力。进入动力涡轮的流通面积加大约11%,以适应更大的流量;加强了6级动力涡轮,以输出更大的扭矩;修改了第1级动叶和静叶的叶型,以适应流量的增大;修改了第6级叶片的叶型,以便更顺畅地导出废气。
发展趋势
从上世纪70年代初正式投入使用以来,LM2500系列燃气轮机已经销售了2000多台(包括工业和舰船),占据了世界舰船燃气轮机的绝大部分份额。目前,用于舰船推进的LM2500和LM2500+燃气轮机的总运行时数已经超过惊人的5千万小时,这是其他任何一种舰船燃气轮机都难以企及的高度。
这一切都得益于LM2500的高性能、高可靠性和高利用率,也得益于其不断的升级改进。从最初的25500马力(18755千瓦)到G4的47370马力(34841千瓦),LM2500连续跨越了两个功率等级的台阶,从而充分满足了客户的需求。可以说,LM2500是最优秀、最成功的燃气轮机。从目前世界燃气轮机发展的趋势来看,很再难出现一种可以挑战甚至超越这座丰碑的新型燃气轮机了。而且燃气轮机属于高技术产品,研发必须具备雄厚的工业基础和长期不断的投入,目前世界上真正能设计、制造船用大功率燃气轮机的厂商数量也很少。
由于日益复杂、昂贵的作战系统推动了舰船大型化,从1990年代以来,大功率燃气轮机已经成为各国海军舰船动力需求的主流。新一代大功率燃气轮机的输出功率普遍超过了3万马力(22065千瓦),最大功率已经达到约5万马力(22065千瓦),效率也大大提高了,简单循环效率达到约40%,复杂循环效率达到42%,如果引入废气锅炉组成燃-蒸循环,效率可以达到50%甚至更高。根据大功率船用燃气轮机的发展趋势可以推断,未来10,15年内,4万到5万马力(29420千瓦,22065千瓦)功率等级的燃气轮机足以满足各国海军对于大中型水面舰艇主动力装置的要求。
根据国外媒体报道,中国从乌克兰进口了4台GT25000型25MW船舶燃气轮机,并与其签署了技术引进协议,引进技术自行生产。
外刊:中国燃气轮机大进步 新军舰告别心脏病
在中国海军迈向远洋的征程中,缺乏优秀的舰艇用燃气轮机一度是最大的“拦路虎”,制约了大型战舰的开发。不过,据最新一期加拿大《汉和防务评论》等媒体报道,中国已在乌克兰协助下逐步克服了这个老大难问题,未来舰艇设计正进入“自由王国”。
说乌克兰协助中国“造心”
燃气轮机是现代化大型战舰的“心脏”,目前能制造此类设备的企业除了美国通用电气公司和英国罗尔斯?罗伊斯公司,就剩下乌克兰“曙光”机械设计科研生产联合体(MD)。在苏联时期,MD为半数以上的苏联主力舰艇提供了UGT-15000燃气轮机。乌克兰独立后,MD又研制出达到世界先进水平的UGT-25000(又称DA-80)大功率燃气轮机,该机重16吨,额定功率2.9万千瓦,是6000吨以上大型舰艇的理想动力源。
《汉和防务评论》称,中国在上世纪90年代就引进了UGT-25000燃气轮机,并试图将其国产化。但由于乌方不愿意转让技术,中方只能先以进口零部件组装。
进入21世纪后,乌克兰因经济窘迫,终于同意向中国提供UGT-25000燃气轮机的全部技术。据称,中国国内有多家单位联合推动该机的国产化工作,其中燃气发生器部分由某航空发动机集团负责,动力涡轮由一家汽轮机厂制造,中船重工某研究所进行系统配套。有传闻说,中国国产化的UGT-25000燃气轮机又被称作QC-280,已于近期实现批量生产。
在掌握UGT-25000燃气轮机后,困扰中国海军多年的舰艇动力问题将得到有效解决。今后,中国海军将能建造更大吨位的主战舰艇(包括万吨级的驱逐舰和航空母舰),作战实力将获得飞跃性提升。
在掌握UGT,25000燃气轮机后~困扰中国海军多年的舰艇动力问题将得到有效解决。今后~中国海军将能建造更大吨位的主战舰艇(包括万吨级的驱逐舰和航空母舰)~作战实力将获得飞跃性提升。
资料图:中国R0110重型燃气轮机剖析模型
国产装备比原装货更精良
据英国《简氏防务周刊》分析,中国在UGT-25000国产化过程中,并非全盘照搬乌克兰设计,还进行了大量技术改进,包括提高隔热隔音指标,改善操作人员工作环境,优化设计以延缓零件老化速度等。此外,中国军工单位还在国产化过程中按欧美军用标准进行质量和工艺控制。《汉和》援引消息人士的话称,中国产品的质量和寿命都超过原装货。
分析指出,经过中国改良后的UGT-25000燃气轮机,在可靠性、可维护性、大修周期、使用寿命等方面都“青出于蓝”,质量达到西方同类产品的水平。美国智库“詹姆斯敦基金会”军事专家沃克?马伦斯基评论道:“中国的做法类似以色列,总能够根据自己的需要,利用自己的技术进行高水平改进,从而生产出更精良的产品。”
《汉和》声称,迄今为止,乌克兰向中国出口了约30类军事技术,涉及舰艇动力系统、大型运输机设计、无源雷达等关键装备。中乌军事合作令俄罗斯和美国感到不快。按照该刊的说法,俄罗斯时而抱怨乌克兰抢占自己在中国的军品市场,美国则担心中国在乌克兰的帮助下提高军事实力,对美国部署在亚太的军力构成威胁。尽管美俄不断渲染乌克兰军事技术对中国何等重要,但也有不少有识之士指出,中国整体军工实力已非吴下阿蒙,在绝大多数关键装备上拥有核心技术,足以独立完成国防现代化的重任。
在169舰中,安装有中国仿制乌克兰的一台燃气轮机。经长期使用,质量过关。