2016年后的中国海军战舰动力：达5万马力的QC285间冷循环 ...

第29卷第4期 2007年8月 舰船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol. 29 , No. 4 Aug. . 2007 文章编号：1672-7649(2007)04-0017-05 对发展大功率船用燃气轮机的新思考 闻雪友，肖东明 （中国船舶重工集团公司第七O三研究所，黑龙江哈尔滨1 50036） 摘 要： 提出利用成熟的简单循环船用燃气轮机将其派生为一型间冷循环大功率船用燃气轮机的新构想，并且原发动机燃气发生器的通流部分和结构大部分保持不变，以继承原机的可靠性。 用1台实际发动机作为案例进行的分析研究表明，采用间冷循环，并精心匹配，在燃气轮机的功率显著增加(约28%)的同时，其效率也可略有提升（约3%），具有工程实施价值 根据大功率船用燃气轮机的发展趋势可以推断，40 000--50 000马力档次的船用燃气轮机可以满足未来10～15年内各国海军对于大中型水面舰艇大功率燃气轮机主动力的需求。 2 我国大功率船用燃气轮机发展目标的建议 鉴于研制高性能船用燃气轮机的难度大、周期长、费用高的现实，在确定发展目标时应考虑如下因素： 1)必须是在一个合适的国产母型机基础上改型、发展或派生； 2)应最大限度地保持高温部件不变，以继承其高可靠性； 3)不追求全面的性能先进，但应体现总体性能的跃升； 4)其性能指标应基本满足未来15～20年应用的需要； 5)军民两用。 基于上逑考虑，以及对国外大功率船用燃气轮机发展趋势的讨论，确定如下总体性能指标可能是合适的。 在15℃，标准大气压力，不计进气损失、排气损失，无对外引气的条件下： 功率：45 000～50 000马力； 效率：38%～40%。 这是一个比较现实而又能在一定时期内被接受的值。 3 我国大功率船用燃气轮机发展途径的探讨 船用燃气轮机性能的提高主要有两条途径：一是传统的简单循环，用提高燃气初温、压比（加级），增加空气流量，提高燃气发生器转子转速和改进部件效率 等措施实现新的目标，这方面LM2500+是一个代表；二是采用复杂循环，通过循环的改进实现更高的性能，这方面采用间冷回热(ICR)复杂循环的WR-21是代 表。 探讨了在国产母型机基础上派生新的大功率船用燃气轮机的各种技术途径，并以下列准则来判定方案的适用性： 1)功率：45 000～50 000马力； 2)效率：38%-40%； 3)最大程度地继承母型机燃气发生器的通流部分； 4)最大程度地继承母型机部件的可靠性，尤其是高温部件； 5)关键技术在国内能获解决； 6)较短的研制周期； 7)较少的研制经费 经过论证，提出采用间冷(IC)循环的新设想。 4 间冷循环燃气轮机 4.1 间冷循环分析 间冷循环的原理图见图2。间冷循环燃气轮机的低压压气机与高压压气机之间设有一个中间冷却器，使得空气在进入高压压气机前被冷却；空气经高、低压压气机压缩进入燃烧室，与燃料掺混燃烧后形成高温、高压的燃气，经高压涡轮、低压涡轮与动力涡轮膨胀作功，分别驱动高、低压压气机和负荷工作。与简单循环相比，间冷循环通过中间冷却器降低了高压压气机的入口温度进而减少了其压缩空气的耗功，从而提高了发动机的输出功率 选取一型发动机(MGT-33)作母型机进行发展为 IC循环的研究，以讨论该方案的技术可行性。 MGT-33简单循环燃气轮机的主要性能见表3。 案例分析结果表明，功率增加27. 8%，热效率提高3. 24%，发动机总体性能提高的效果是显著的。 3)所研究案例的主要优点是： ①母型机燃气发生器的核心部件结构变动最小，通流部分通用性最高，继承了高可靠性； ②与间冷回热循环(ICR)相比，规避了回热器及动力涡轮可调导叶两项关键技术，系统较简单，技术风险小，可明显缩短研发的周期，减少研发费用，又能在发动机总体性能上有所跃升。当然，也必须指出，其效率，尤其是部分负荷下的效率则明显低于ICR循环； ③在功率和效率方面，可以满足未来15～20年内对大功率船用燃气轮机主动力的需求； ④间冷循环燃气轮机在国外舰船上也无应用先例，因此可以称之为“有中国特色的大功率船用燃气轮机”； ⑤这是一个采用新循环的新机型，具有自主知识产权。 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JCKX200704006.htm

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第29卷第4期 2007年8月 舰船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol. 29 , No. 4 Aug. . 2007 文章编号：1672-7649(2007)04-0017-05 对发展大功率船用燃气轮机的新思考 闻雪友，肖东明 （中国船舶重工集团公司第七O三研究所，黑龙江哈尔滨1 50036） 摘 要： 提出利用成熟的简单循环船用燃气轮机将其派生为一型间冷循环大功率船用燃气轮机的新构想，并且原发动机燃气发生器的通流部分和结构大部分保持不变，以继承原机的可靠性。 用1台实际发动机作为案例进行的分析研究表明，采用间冷循环，并精心匹配，在燃气轮机的功率显著增加(约28%)的同时，其效率也可略有提升（约3%），具有工程实施价值 根据大功率船用燃气轮机的发展趋势可以推断，40 000--50 000马力档次的船用燃气轮机可以满足未来10～15年内各国海军对于大中型水面舰艇大功率燃气轮机主动力的需求。 2 我国大功率船用燃气轮机发展目标的建议 鉴于研制高性能船用燃气轮机的难度大、周期长、费用高的现实，在确定发展目标时应考虑如下因素： 1)必须是在一个合适的国产母型机基础上改型、发展或派生； 2)应最大限度地保持高温部件不变，以继承其高可靠性； 3)不追求全面的性能先进，但应体现总体性能的跃升； 4)其性能指标应基本满足未来15～20年应用的需要； 5)军民两用。 基于上逑考虑，以及对国外大功率船用燃气轮机发展趋势的讨论，确定如下总体性能指标可能是合适的。 在15℃，标准大气压力，不计进气损失、排气损失，无对外引气的条件下： 功率：45 000～50 000马力； 效率：38%～40%。 这是一个比较现实而又能在一定时期内被接受的值。 3 我国大功率船用燃气轮机发展途径的探讨 船用燃气轮机性能的提高主要有两条途径：一是传统的简单循环，用提高燃气初温、压比（加级），增加空气流量，提高燃气发生器转子转速和改进部件效率 等措施实现新的目标，这方面LM2500+是一个代表；二是采用复杂循环，通过循环的改进实现更高的性能，这方面采用间冷回热(ICR)复杂循环的WR-21是代 表。 探讨了在国产母型机基础上派生新的大功率船用燃气轮机的各种技术途径，并以下列准则来判定方案的适用性： 1)功率：45 000～50 000马力； 2)效率：38%-40%； 3)最大程度地继承母型机燃气发生器的通流部分； 4)最大程度地继承母型机部件的可靠性，尤其是高温部件； 5)关键技术在国内能获解决； 6)较短的研制周期； 7)较少的研制经费 经过论证，提出采用间冷(IC)循环的新设想。 4 间冷循环燃气轮机 4.1 间冷循环分析 间冷循环的原理图见图2。间冷循环燃气轮机的低压压气机与高压压气机之间设有一个中间冷却器，使得空气在进入高压压气机前被冷却；空气经高、低压压气机压缩进入燃烧室，与燃料掺混燃烧后形成高温、高压的燃气，经高压涡轮、低压涡轮与动力涡轮膨胀作功，分别驱动高、低压压气机和负荷工作。与简单循环相比，间冷循环通过中间冷却器降低了高压压气机的入口温度进而减少了其压缩空气的耗功，从而提高了发动机的输出功率 选取一型发动机(MGT-33)作母型机进行发展为 IC循环的研究，以讨论该方案的技术可行性。 MGT-33简单循环燃气轮机的主要性能见表3。 案例分析结果表明，功率增加27. 8%，热效率提高3. 24%，发动机总体性能提高的效果是显著的。 3)所研究案例的主要优点是： ①母型机燃气发生器的核心部件结构变动最小，通流部分通用性最高，继承了高可靠性； ②与间冷回热循环(ICR)相比，规避了回热器及动力涡轮可调导叶两项关键技术，系统较简单，技术风险小，可明显缩短研发的周期，减少研发费用，又能在发动机总体性能上有所跃升。当然，也必须指出，其效率，尤其是部分负荷下的效率则明显低于ICR循环； ③在功率和效率方面，可以满足未来15～20年内对大功率船用燃气轮机主动力的需求； ④间冷循环燃气轮机在国外舰船上也无应用先例，因此可以称之为“有中国特色的大功率船用燃气轮机”； ⑤这是一个采用新循环的新机型，具有自主知识产权。 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JCKX200704006.htm

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