[科普中國]-燃汽輪機船

歷史：柴油機動力時期

柴油機的發(fā)明者魯?shù)婪颉さ屹悹柋鞠氚阉糜谄?，但直至他去世也沒有實現(xiàn)。不過，隨著石油的開發(fā)，柴油機卻率先在船舶動力推進中得到應用。最早將柴油機應用于船舶中的是1903年俄國建造的柴油機船“萬達爾”(Vandal)號，而第一艘柴油機動力軍艦是1904年法國建造的“埃及瑞特”(Aigrette)號潛艇，同型艇共兩艘。由于柴油機熱效率高、經(jīng)濟可靠，因而逐漸得到廣泛應用，20世紀40年代末柴油機船的噸位就已超過蒸汽機船。

早期的柴油機主要應用于內(nèi)河船舶和近岸潛艇，在經(jīng)歷了最初的發(fā)展階段后，柴油機的技術(shù)日趨成熟，單機功率和可靠性都有大幅提高，為柴油機動力船駛向大海和遠洋創(chuàng)造了基礎(chǔ)。如今，柴油機已成為海洋艦船的標準動力配置。2

簡介燃氣輪機船的主要驅(qū)動動力來自內(nèi)燃機，通常為柴油發(fā)電機。船用柴油機的熱效率高、經(jīng)濟性好、起動容易、對各類船舶有很大適應性，問世以后很快就被用作船舶推進動力。至20世紀50年代，在新建造的船舶中，柴油機幾乎完全取代了蒸汽機。船用柴油機已是民用船舶、中小型艦艇和常規(guī)潛艇的主要動力（見船舶動力裝置）。船用柴油機按其在船舶中的作用可分為主機和輔機。主機用作船舶的推進動力，輔機用來帶動發(fā)電機、空氣壓縮機或水泵等。

現(xiàn)代艦船燃氣輪機發(fā)展趨勢分析船用燃氣輪機的應用分布概況圖1給出了船用燃氣輪機的應用分類情況。按裝船燃氣輪機的臺數(shù)統(tǒng)計，前4位依次為驅(qū)逐艦、護衛(wèi)艦、氣墊船、巡洋艦；按裝船的燃氣輪機總功率計依次為護衛(wèi)艦、驅(qū)逐艦、氣墊船、快艇；按裝燃氣輪機的船數(shù)計依次為護衛(wèi)艦、驅(qū)逐艦、氣墊船、快艇。從統(tǒng)計結(jié)果可見,驅(qū)護艦、氣墊船、高速艇是船用燃氣輪機的主要市場。船用燃氣輪機在軍船上的應用數(shù)量明顯大于民船應用數(shù)量。3

大功率船用燃氣輪機性能發(fā)展趨勢表1列出了現(xiàn)代大功率船用燃氣輪機的主要性能(船用燃氣輪機性能均是大氣溫度15℃，不計進排氣損失條件下的值)，圖2給出了功率、效率的變化趨勢。很明顯，單機功率有逐漸增大的趨勢，目前最大功率為352.8MW。熱效率也正穩(wěn)步提高，簡單循環(huán)船用燃氣輪機已達40%，復雜循環(huán)船用燃氣輪機已達42%，相應地最高壓比達24，高壓渦輪動葉入口最高溫度達1 240℃。3

適應綜合電力推進的燃氣輪機試驗裝置為了研發(fā)和進行耐久試驗，使燃氣輪機試驗裝置既可用于發(fā)電模式運行又可用于機械驅(qū)動模式運行，國外新建了試驗站。試驗站有3個特點：

一是可以試驗燃氣輪機發(fā)電機組，包括發(fā)電機及控制系統(tǒng)，也可模擬機械驅(qū)動負荷(3次方規(guī)律)運行；

二是用一系列的電阻負載組來消耗發(fā)電機所產(chǎn)生的能量；

三是利用電阻負載組產(chǎn)生的熱空氣導入燃氣輪機進氣裝置，使發(fā)動機能在接近規(guī)定的進口空氣溫度下運行，這點對驗證試驗尤為重要。

鑒于美國船級社(ABS)規(guī)定耐久試驗在38℃下進行，試驗中如果不采用進口空氣加熱試驗裝置，在環(huán)境溫度低于38℃時就提高功率設(shè)定值，以產(chǎn)生當量(相當于38℃下)的渦輪熱部件溫度。

由于進行耐久性試驗，在試驗裝置的控制系統(tǒng)中設(shè)置了1個自動負荷控制臺，可以自動執(zhí)行試驗。3

結(jié)論通過對現(xiàn)代船用燃氣輪機發(fā)展趨勢的分析可見：

1)目前，船用燃氣輪機的發(fā)展重點是一大(大功率船用燃氣輪機)一小(小檔功率船用燃氣輪機)，尤其是大功率燃氣輪機，機型也更集中。

2)功率29.4～ 36.75MW，效率39%～ 42%的大功率船用燃氣輪機將是未來10～ 15年內(nèi)海軍艦艇采用的主力機型。

3)LM 2500系列燃氣輪機40年來持續(xù)不斷的改進、發(fā)展,無論在技術(shù)發(fā)展及市場應用方面均堪稱經(jīng)典。

4)盡管新研機型(WR-21,MT30,LM 2500+,RR 4500)各具特色，但均已與綜合電力推進系統(tǒng)結(jié)下不解之緣。相應地出現(xiàn)了可用于發(fā)電模式及機械驅(qū)動模式的新試驗裝置。3