国外舰船动力技术发展现状和趋势.docVIP

国外舰船动力技术发展现状与趋势 一. 发展现状 舰船动力装置作为舰船的“心脏”，其技术的发展一直受到各国海军的普遍重视。近些年，无论是蒸汽动力装置、燃气轮机动力装置、柴油动力装置以及由上述动力装置组合的联合动力装置，还是核动力装置、喷水推进装置及电力推进系统等的科研与生产不断取得新的进展。舰船动力技术继续向多种形式特种动力装置领域拓展，并在深入研究基础上，开始逐步转入生产和使用阶段。其中，最值得关注的有两件事，一是功率为29000hp的中间冷却回热燃气轮机完成了3150小时的耐久试验，标志着WR-21舰用燃气轮机将很快装舰使用；二是综合电力推进系统已经计划在世界主要军事大国近期建造的多艘新一代舰艇上使用，这标志着舰用综合电力推进系统的研制已经进入成熟发展阶段，海军舰艇即将开始由长期采用机械动力推进装置向综合电力推进装置过渡。 （1）燃气轮机技术。燃气轮机是大中型水面舰艇的主动力装置，目前，世界已有近30个国家的海军舰船使用燃气轮机。其中美国、英国和前苏联使用的数量最多。随着燃气轮机使用范围的扩大，使用方式由一轴一机扩展到一轴多机；由汽轮机和燃气轮机联合动力装置（COSAG）发展到柴油机与燃气轮机联合使用动力装置（CODAG）、柴油机和燃气轮机交替使用动力装置（CODOG）、燃气轮机和燃气轮机联合使用动力装置（COGAG）、燃气轮机和燃气轮机交替使用动力装置（COGOG）。 目前世界主要海军国家的舰用燃气轮机的研制生产已经形成系列，14700kW（20000hp）左右或以上的大功率舰用燃气轮机已经发展得非常成熟，并在各类舰艇上广泛应用。按不同的使用方式，用同一种燃气轮机组合的功率范围几乎可以覆盖从快艇到轻型航空母舰等各类大中型水面舰艇，燃气轮机的装舰数量不断增加。在目前世界各国海军使用的舰用燃气轮机中，美国研制的LM-2500型、俄罗斯的ГТД15000型和英国的斯贝SMIC型发动机用的最多，性能最令人满意，特别是美国的LM-2500应用最为广泛，现总的装舰使用量已超过1000台，装备在27个国家的近400艘舰船上使用。在LM-2500的基础上研制的LM-2500＋燃气轮机从2001年开始已经用于舰艇，作为两栖战舰的主机。近年，舰用燃气轮机技术的发展主要体现在以下几个方面： 1 对老型号或成熟型号进行改进提高。老型号或成熟型号的改进和提高主要是在这些成熟燃气轮机基础上发展功率或结构更适合于其它舰种的机型，以及进一步提高成熟型号燃气轮机的性能，特别是可靠性、可利用性和可维修性。在成熟燃气轮机基础上发展适于其它舰种的机型方面，美国通用电气公司在LM-2500燃气轮机的基础上，研制了LM-2500-20燃气轮机。研制此机是为了满足一些舰艇对较小功率的要求，并具有比母型更好的部分负荷效率。LM－2500－20与LM－2500没有本质区别，结构都相同，只对第2级高压涡轮喷嘴和第1级、第2级高压涡轮叶片作了改变，调整并改进了涡轮间隙，以及在不增加金属温度的情况下减少了涡轮喷嘴导叶和转子动叶的冷却气量等。LM-2500－20舰用燃气轮机在国际标准条件下的持续功率达到 12936 kW（17600 hp）。 英国罗尔斯·罗伊斯公司在SMIA舰用燃气轮机基础上，研制了SMZ和SM3燃气轮机。SMIA、SMZ和SM3都是同一种燃气轮机，它们所有的热力性能均相同。SMZ与SMIA相比是没有箱装体，底架是轻型的，适用于快艇使用。SM3与前两型相比，结构上稍有不同。研制SM3是为了满足气垫艇、水翼艇、小水线面双体船的要求。 此外，罗尔斯·罗伊斯公司还在SM的基础上，研制了功率提高型SM舰用燃气轮机。SMIC燃气轮机功率为 17640 kW（23500 hp），性能、结构较SMIA有许多改进。SMIC燃气轮机已经在英国、荷兰等国海军舰船上使用。 美国舰用LM－2500燃气轮机，在生产型机提供使用之后，又以降低油耗、增加寿命为目标进行改进。先后将高压涡轮等 1级静叶、动叶、围带的寿命分别由 7000h、5000h和6500h提高到18000h和20000h；高压涡轮第2级动叶和燃烧室的寿命分别由 20世纪70年代中后期的6500h和 155h提高到18000h和 2100h；整台燃气发生器也如此，平均折修时间已由不足355h，提高到目前的 10000h。LM－2500舰用燃气轮机的功率也采取各种措施在不断提高。目前LM－2500的功率已达23520 kW（32000 hp）。 油耗也在不牺牲已取得的可靠性的前提下采取各种措施进一步地减少。美国通用电气公司曾经执行过一项计划，使早期的LM－2500燃气轮机的油耗大为降低：全功率油耗降低3％；巡航功率油耗降低 6％；3675 kW（5000 hp）