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杂谈中国海军燃气轮机动力新发展

发布时间:2022/7/12 17:57:22   
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一直以来,中国海军水面舰艇的主动力采用的都是蒸汽轮机和柴油机,80年代开始,由于中国海军同西方各国海军的广泛接触,我们看到了舰用燃气轮机的巨大优势,此后燃气轮机就一直是国产驱逐舰的首选动力。目前,中国海军中广泛装备的燃气轮机主要有GT型燃气轮机和QC70燃气轮机这两种。与GT型的引进国产化并改进不同,QC70燃气轮机发展自WS10“太行”发动机,目前已批量装备国产A型气垫登陆艇。

作为中国海军现役唯一一款大功率燃气轮机,GT型燃气轮机的成功引进与国产化为中国海军近20年的驱逐舰现代化发展提供了可靠的动力来源,可以这么说,如果没有GT型燃气轮机,中国海军吨级驱逐舰的动力将有可能与印度海军P15系列护卫舰相同,中国海军万吨驱逐舰的发展将受到很大影响。

▲采用两台GT型燃气轮机的D型驱逐舰

自海军发展国产首型护卫舰——65型火炮护卫舰以来,中国海军的护卫舰一直将柴油机作为主动力,即使是排水量超过型驱逐舰的型护卫舰,也采用的是柴油机,但速度却远不及型驱逐舰(设计36节)。不过由于海军工程大学马伟明院士及其团队的不懈努力,我国已成功研制中压直流综合电力系统,并且这套系统将首先装备于B型护卫舰。该系统的核心是20MW、4MW级中压整流发电机,分别采用的是GT型燃气轮机和20VTB92柴油机为原动机。

作为一款满载排水量不足吨的护卫舰,B型护卫舰很可能采用的是一台20MW级中压整流发电机+4台4MW级中压整流发电机,总发电功率可达36MW,同时采用两台15MW级的推进电机,相较于A型护卫舰27节的设计航速,B的航速可达29节,与C/D型驱逐舰相当,得益于电力推进,舰船的整体噪音水平会降低到一个较低的水平,配合先进的搜攻潜设备和反潜武器以及国产10吨级直20反潜直升机,B型护卫舰的反潜效果将比A型护卫舰有着显著提升。

不仅仅是护卫舰,未来国产驱逐舰也将采用中压直流综合电力系统,如果海军对于E型驱逐舰的设计和性能非常重视,则其采用综合电力系统的可能性也是非常大的。当然,对于驱逐舰上综电,我们更关心的是驱逐舰的后续型,显而易见,即使在安装了电磁轨道炮这种高耗能武器的情况下,后续型驱逐舰的动力配置采用4台20MW级中压整流发电机+4台4MW级中压整流发电机也基本够用,所要做的只是发展更大功率的推进电机(大约36MW级)。

然而无论是中船还是中航,都一直致力于发展舰用40MW或5万马力复杂循环燃气轮机。虽然中船所和中航所采用的是两种不同的燃气轮机为母型,不过在复杂循环的选择上了都采用了间冷循环(IC),而且都借鉴了罗罗WR-21间冷回热(ICR)燃气轮机的间冷结构设计。

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。

▲IC燃气轮机原理图

中船所的GTIC燃气轮机的初始设计性能为:

相比之下,中航所的QC燃气轮机由于自身功率较小,所以采用了两步走的发展,首先需要将QC简单循环燃气轮机通过提高压比和空气流量的方法,使输出功率达到30MW左右,然后通过间冷循环技术将燃气轮机功率提高到40MW级别,按照所的设计指标,QCIC的功率为40MW左右,热效率达到了42.4%。目前该燃气轮机正在进行集团内部的整机考核试车。

至于海军最终会选择了哪一家,估计还得再等几年才能见分晓,当然如果从海军后勤保障的角度来看,中船的赢面更大。40MW级燃气轮机对于中国海军的作用是巨大的,以其为基础的综合电力系统将会产生大量的电能,就可以实现马院士的最终目的——以高能武器(不仅仅是电磁炮)和综合电力为基础的全能舰。

龙龑之



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