美国海军 LCAC 登陆艇。
LM2500系列燃气轮机。
MT30燃气轮机。
燃气轮机的发展代表了国家重大装备制造业的整体水平,是国家高新技术和科技实力的重要标志之一。目前,世界上只有美国、英国、俄罗斯、德国、法国、日本等少数几个国家具备自主研发燃气轮机的能力。船用燃气轮机具有体积小、重量轻、功率大、机动性好、效率高、运行稳定、操作简单、维修方便、工作可靠等优点,因此其发展速度快,安装的船舶数量为一天天增加。燃气轮机直接影响军舰的整体性能和战斗力。世界'
为什么要使用燃气轮机
1947年中国最大的舰用燃气轮机,英国研制的G1型燃气轮机在英国皇家海军MGB2009高速炮艇上试装成功中国最大的舰用燃气轮机,拉开了舰船燃气轮机研制的序幕。1960年代后期,英国、美国等国家相继作出“以燃气轮机作为船舶动力”的历史性决定。此后,英国、美国、俄罗斯等国开始大力发展船用燃气轮机,广泛应用于各种船舶。
虽然船用燃气轮机的发展起步较晚,但由于航空技术的飞速发展,迄今已研制出三代船用燃气轮机。目前,各大海军动力的舰船燃气轮机系列都发展得很好,效率已经超过40%,单机功率已经超过40000kW。
国内外对船用燃气轮机发展趋势的研究表明,对于用于飞机改装的船用燃气轮机的发展路径已达成共识。航改型燃气轮机在大中型水面舰艇动力装置中处于领先地位,已成为世界各国海军。装备现代化的重要标志之一。
随着船舶战术性能和船舶吨位等级要求的提高,船舶燃气轮机越来越向大功率、高效率、低排放的方向发展,如MT30、WR-21、LM2500+、 LM2500+G4等这些广泛使用的船用燃气轮机都是航改型。特别是随着船舶全电推进系统的发展,对燃气轮机的功率水平提出了更高的要求。
此外,3MW以下的小型燃气轮机在军用或船用两用电力系统中也有很大优势。MTU Aero Engine的TF40小型燃气轮机是3MW船用燃气轮机的典型代表。
哪些船舶使用燃气轮机?
航改燃气轮机广泛用作大中型水面舰艇的动力装置,已成为世界各国海军装备现代化的重要标志之一。
由于功率密度高、单位功率大、振动噪声小、机动性好等特点,燃气轮机在船舶上得到了广泛的应用。燃气轮机特别适用于以下三种舰船:常规排水量舰艇,包括轻型航母、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰、两栖攻击舰、高速导弹艇等;特种高性能船舶,包括水翼船、气垫船、小型船舶 线和水面双体船;快速军用辅助舰艇,包括快速运输舰、快速支援舰等。
目前,各国约3/4的航母、巡洋舰、驱逐舰和护卫舰使用燃气轮机发电厂。
近 20 年来,随着燃气轮机技术的发展、高性能航空发动机的改型以及燃气轮机热循环的开发和研究,船用燃气轮机的性能越来越先进,技术变得越来越完美。目前国外舰船燃气轮机技术的发展方向主要有三个:开发高压涡轮机叶片涂层新技术;减少有害排放并开发各种低排放技术;开发低油耗、高效率的中冷回热船用燃气轮机技术。
源自劳斯莱斯AE1107发动机的MT7燃气轮机的输出功率为4~5MW(6000~7000马力)。2012年,MT7被选为美国海军舰对岸连接器(SSC)未来气垫船的动力系统。这些气垫船将在未来 20 年内取代目前的美国海军登陆气垫船 (LCAC) 气垫船。新型气垫船将用于在美国海军舰艇和海岸之间快速部署人员和车辆。在每艘气垫船上,MT7 蒸汽轮机将与提供推进力和升力的先进齿轮系统相结合。劳斯莱斯还将设计和制造进气和排气系统。
船用燃气轮机市场预测
未来我国军舰下水速度更快,近两年增速超过30%。虽然在目前的军舰动力系统中,柴油机占据了库存优势,但未来我国驱逐舰、护卫舰将使用燃气轮机作为动力,燃气轮机的库存量将超过柴油机。
因此可以判断,在我国海军未来的作战体系中,驱逐舰和护卫舰将是使用燃气轮机的主要新型舰船。综合考虑发达国家厂商市场价格和国内成本等因素,预计2018-2021年我国船用燃气轮机市场空间总额将超过70亿美元,其中高-功率(约 30MW)燃气轮机将达到 50 亿美元。
(高端装备发展研究中心)