舰用燃气轮机简介

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1、本文原载于《现代舰船》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，可谓是一统江湖。舰载燃机基本工作原理：燃气轮机是以空气为介质，靠高温燃气推

2、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，被压气机多级增压后的空气，一方面氧气密度较高有利于组织燃料燃烧，另外一方面空气受到压气机做功，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

3、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

4、燃气轮机实现了燃料化学能向机械能转换的最终目的。燃气轮机的工作原理与涡轮喷气发动机基本类似    舰载燃机优缺点：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。用于发电的蒸汽轮机的叶轮，可以看到整个转子异常庞大    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

5、动热力学循环结构造成的，而柴油机必须进行复杂的往返活塞运动并且要使用多个气缸实现能量转换，蒸汽轮机虽然在轮机部分类似于燃机，但是其需要将燃料化学能首先在锅炉里转化为水蒸气的机械能，这套庞大的锅炉结构使得蒸汽轮机在体积和重量方面基本被排除在高性能水面舰艇动力系统选择之外。这给空间本来就紧张的军舰很大的空间裕度。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

6、更是“反应迟钝”，由于整个能量转化链很长，从点火到加热水蒸气再到推动轮机转动是个非常漫长的过程，整个系统达到最高功率输出可能需要长达一小时的时间。对于军舰来讲，在执行作战任务时，时间就是战斗力，启动速度和加速性能都是非常关键的指标。因而选择燃机更符合任务特性的需要。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

7、潜军舰作动力系统。当然，燃气轮机也绝对不是十全十美的。由于其自身转速较高，非常不利于军舰低速航行时的工作状况，导致军舰低速航行耗油高、易停车。为了解决这个问题，各国采用了各种动力搭配方案。将各种动力系统有机的结合在一起。比如柴燃交替，就是低速使用柴油机，中高速使用燃机，柴燃联合就是高速时柴油机和燃机一起输出功率并且通过一个功率合成系统将功率分配到螺旋桨上。目前舰船动力的热点是全电动力，不管是柴油机还是燃机，他们的功率都用于发电，然后使用一个全舰电力分配网络为军舰提供动力和各种设备的电力。我国军舰上的美国

8、LM2500燃气轮机，从燃机与人的尺寸比例来看，燃机非常轻巧 工业王冠：根据前文舰载燃气轮机基本原理介绍我们可以发现燃机轮机的基本结构与航空发动机是相当类似的，主要的区别在于燃气轮机是将转子的扭矩输出作为动力，而航空发动机依靠的是向后高速喷出的燃气。不过航空发动机里也有大涵道比涡扇发动机和涡桨发动机，这两种发动机与燃气轮机就愈加相近了。大涵道比涡扇发动机的风扇已经成为主要动力来源，燃气本身产生的推力只有百分之十左右，而涡桨发动机就已经基本上