[科普中国]-船用燃气轮机-

基本概念

船用燃气轮机亦称“舰船用燃气轮机”。用来驱动船舶推进装置(螺旋桨)的燃气轮机。与船用的柴油机或汽轮机机组相比，具有可节省机舱面积，起动快，从而可提高舰船机动性，维护简单，所需运行人员较少等许多优点。船用燃气轮机基本上采用航空燃气轮机改型，其基本型式为双轴或三轴简单循环燃气轮机，并且还在研制*蒸汽-燃气联合循环船用燃气轮机。目前使用的船用燃气轮机参数如下：有效功率3000～20000kW (约合4000～27000马力)，油耗率 235～260 g/(kW·h)[约合176～ 195克/(马力·时)]，较先进机组的大修间隔期一般可达8000小时以上。当今，船用燃气轮机普遍采用 “箱装体”结构，它是将船用燃气轮机的进气系统、辅助设备以及灭火设备连同其钢底座等都组装于一箱体之中。在箱体上装有许多燃油、润滑油、水、空气、电气和控制系统的标准接头。采用箱装体的目的是为了隔音，隔热，便于单独通风，抗核污染，抗生物和化学污染，可降低机舱内的噪声和温度，并便于调换机组。

1.进气室 2.空气进入口 3. 冷却通风口 4.天窗 5.涡轮排气口 6.箱体外壳 7.燃气轮机 8.检修孔 9.减震器 10.压缩机进气口

燃气轮机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。1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。1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1。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。1

燃气轮机类型我国的重工业起步较晚，1962年上海汽轮机厂试制船用燃气轮机，1964年与上海船厂合作制成550KW燃气轮机，1965年制成6000KW列车电站燃气轮机，1971年制成3000KW卡车电站。在这期间还与703研究所合作制造了3295KW、4410KW、18380KW等几种船用燃气轮机。2 1969年哈尔滨汽轮机厂制成2200KW机车燃气轮机和1000KW自由活塞式燃气轮机，1973年与703研究所合作制成4410KW船用燃气轮机，与长春机车车辆厂合作制成3295KW机车燃气轮机。 2 1964年南京汽轮电机厂制成1500KW电站燃气轮机；1970年制成37KW泵用燃气轮机；1972年制成1000KW电站燃气轮机；1977年制成21700KW快装式电站燃气轮机；1984年与GE公司合作生产了PG6541B型36000KW燃气轮机；从1984年至2004年已生产了PG6541B型、PG6551B型、PG6561B型、PG6581B型四种型号燃气轮机，功率由36000KW上升到43660KW。2003年国家发改委决定南京汽轮电机集团有限责任公司与GE公司进一步扩大合作生产范围，在南京汽轮电机集团有限责任公司生产S209E型燃气－蒸汽联合循环发电装置中的燃气轮机、汽轮机和发电机。 2 1978年东方汽轮机厂制成6000KW燃气轮机；1972年杭州汽轮机厂制成200KW燃气轮机；1972年青岛汽轮机厂制成1500KW卡车电站燃气轮机。 2 2003国家发改委决定在秦皇岛建一座燃气轮机生产基地，与美国GE公司合作生产MS9001FA型燃气轮机。该生产基地隶属于哈电集团，与哈尔滨汽轮机厂、哈尔滨电机厂共同生产S109FA-SS型燃气－蒸汽联合循环发电设备。2004年8月在秦皇岛组装的第一台MS9001FA型燃气轮机已发运到杭州半山电厂。2

发展我国从乌克兰引进了某型大功率船用燃气轮机，已经国产化研制成功，提高了我国船用燃气轮机自主研制的起点，为我国船用燃气轮机的系列发展提供了良好的基础机型。以该型燃气轮机为基础机型，通过压气机模化设计、压气机加级等方式，形成覆盖一定功率范围的系列燃气轮机，可满足我国舰船发展的需求。此外，该型燃气轮机为三转子结构，从结构上适合利用先进的复杂循环提高其性能，通过问冷回热循环或燃蒸联合循环等方式研制更大功率的船用燃气轮机。船用燃气轮机功率通常不超过40 MW，属于轻型燃机，为了更好的开发研制和扩大应用，应该宏观考虑到轻型燃气轮机的应用，统筹考虑。同时，利用引进的先进机组作用母型机，采用通用性设计 (比例放彤比例缩小、压气机模化设计、压气机加级/减级等)开发出功率加大型和功率减小型机组，形成所需功率范围的系列燃气轮机是一条现实可行的发展途径。我国正在大力发展航空发动机，随着性能先进的航空发动机逐步成熟、可靠，将为船用燃气轮机的发展提供可改型的母型机，形成我国船用燃气轮机的另一条发展途径。