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介绍
船用燃气轮机是继蒸汽机、内燃机之后的船用动力装置。 具有重量轻、体积小、功率大、启动快等诸多优点。 航空发动机技术的进步带动了舰载航改燃气轮机的快速发展，已广泛应用于航空母舰、驱逐舰、护卫舰、两栖攻击舰、气垫登陆艇等水面舰艇，成为主力舰艇。船舶动力装置。
航空发动机和工业燃气轮机在20世纪40年代在同一起跑线上独立并行发展。 由于政治、军事和经济等原因，航空发动机技术率先得到快速发展。 利用航空发动机技术改进和改造的燃气轮机具有投资少、周期短、见效快、效率高、经济性好、可靠性高、可长期使用的特点。 维护方便等特点。 20世纪90年代以来，基于CF6-80C2/E1、RB211、遄达800等大型涡扇发动机开发的第四代航改燃气轮机，实现了“可靠性更高、维护性更好、污染更低、功率范围更宽、应用前景更广阔，其中航改简单循环燃气轮机全压比最高已达到40:1以上，热效率达到40%以上，燃油消耗率降低至0.2kg ./(kW·h)水平。
舰用航改型燃气轮机技术特点
船用航改型燃气轮机主要具有以下技术特点。
一是采用成熟的航空发动机作为母机进行改装设计。 大多数航改型燃气轮机是在成熟的航空发动机（特别是民用航空发动机）基础上进行改造和发展的，尽可能继承了航空发动机母机的技术和硬件（特别是核心发动机部分，基本保持不变）。 在满足燃气轮机使用环境和任务要求的前提下，达到高性能、高可靠性、长寿命、低成本的目标。
二是进行适航性等改进设计。 船用航改燃气轮机要求能够在高温、高湿、高盐雾的恶劣海洋环境下长期安全可靠工作。 因此，需要采用防腐/疲劳材料、耐腐蚀防护涂层等先进材料和工艺来提高零件抵抗高温腐蚀和氧化腐蚀的能力，以确保避免性能过早下降或显着降低等问题。效率不会发生。
三是进行了长寿命、高可靠性、可维护性等改进设计。 船用燃气轮机作为水面舰艇的核心动力，要求其寿命与船舶相同，一般为30年，其中更新周期为30年。 因此，与航空发动机相比，船舶燃气轮机具有更高的寿命和可靠性要求。 为此，航改燃气发动机改进设计时，除了降低涡轮前温度和母机运行转速外，还需要优化冷却设计、改进动力传动设计路线和主要承重框架，同时采用简化结构和减少零件数量，采用易维护设计（单元本体、分体接收器、孔探头），采用情景维护、通用化设计，大大提高了整机的可靠性和可维护性。 为了保证整机的可靠性，所有改进的设计都需要通过整机/部件的严格、全面的合格测试来验证。 同时，船用燃气轮机在实际使用过程中必须进行寿命管理。
第四，采用紧凑的箱体设计。 为了保证船用燃气轮机及其附属系统在船舶航行条件下的运行可靠性和可维护性，以及减振、隔音、通风、防火等要求，一般需要开发新型紧凑的箱体以满足船舶的要求。 安装要求包括进排风与船舶进排风装置的连接、底座与船舶承重结构的连接、舱室空间限制等。 箱体包装体强调空间的整体概念，需要人体工程学设计，保证箱体尺寸最小，同时为现场维护留出足够的空间。
船用航改型燃气轮机发展趋势
随着先进航空发动机和燃气轮机技术的不断发展，航改燃气轮机的性能、环保性、可靠性、可维护性和经济性不断提高。 在行业中，他们已经实现了谱系化、系列化发展。 在船舶动力领域，得到了广泛的应用，整体具有以下发展特点。
一机多用
目前各国海军使用的燃气轮机主要集中在TF40B、MT30等少数型号，这些燃气轮机既可用于机械推进，又可用于发电。 通过不同的组合，适合不同船舶的动力需求，见表1。
水面舰艇燃气轮机设备
业绩持续提升
从近20年来世界新研制的舰用燃气轮机分析可以看出，船用燃气轮机的发展主要集中在大功率级（20MW及以上）和小功率级（10MW及以下） ）机组，其中船舶装机最多、应用最多的是大功率舰用燃气轮机。 由此可以预测，功率10～50MW、效率39%～42%（标准工况）的舰船燃气轮机将成为未来15～20年世界各国海军舰艇使用的主流动力。
MT30海军航改型燃气轮机的母型号是遄达800
目前的MT30舰用燃气轮机单机功率为40MW，效率超过40%，功率密度为1.2kW/kg。 该机源自英国劳斯莱斯公司20世纪90年代末开发的遄达800发动机作为母机。 于2008年开发并进行部分优化。MT30之所以被广泛应用，除了效率高之外，很重要的一点是，在标准天气下，发电型可保持36MW的输出功率，推进力强。型可保持40MW的输出功率，与系列中的功率等级分开。
常用船用燃气轮机参数
系列开发
由于舰用燃气轮机的研发和生产技术门槛高、难度大，国际上能够真正设计和制造舰用燃气轮机的厂家寥寥无几。 逐步形成了TF40系列、斯佩系列、系列、UGT系列等舰用燃气轮机。
船用燃气轮机发展图
这些燃气轮机基本上都是在原型发动机的基础上，依靠航空发动机材料、冷却和涂层等基础技术的发展，以及压气机和涡轮部件性能的提高，进一步提高发动机的初始温度。涡轮机，提高整机性能，向高度集中化、系列化方向发展。 其中以美国GE公司的燃气轮机最为典型，已发展成为三个型号系列，广泛应用于船舶和工业领域。
船用燃气轮机系列化开发
航改型燃气轮机发展思路
21世纪以来，随着我国工业技术体系的大幅完善，航空发动机技术和产品快速发展，为航改燃气轮机的发展奠定了良好的技术和产业基础。 我国立足需求和国情，拓展航空发动机技术，坚持燃气轮机产品自主创新和研发，走出了一条系列化自主开发道路。 结合航改燃气轮机的技术特点和发展路径，未来应在以下方面继续加强投入。
核心机是基础
航改燃气轮机的技术和硬件继承自航空发动机母机，特别是核心发动机部分，应尽可能保持不变。 因此，选择一款在一定时间内具有竞争力的高性能航空发动机核心发动机非常重要。 高性能核心发动机具有更低的油耗、更低的比空气流量、更长的寿命和合适的功率水平等优点，可以确保航改燃气轮机在研制成功后10年甚至更长时间内保持竞争力。 ; 同时燃气轮机 用途船舶自动化设备维修，高性能核心机的高温耐久性强度储备和耐腐蚀性能可以减少改装过程中关键部件的变化，保持高通用性。
可靠性是关键
船用燃气轮机的可靠性是电力系统可靠性和易用性的关键，近年来已成为船用燃气轮机的关键指标。 目前燃气轮机 用途，我国舰载燃气轮机已基本满足海军对燃气动力的迫切需求船舶配件，但在可靠性和长期运行能力方面与世界领先舰载燃气轮机仍有差距。 提高可靠性将是未来一段时期我国海军燃气轮机发展的重点。
系列化是趋势
由于燃气轮机研发生产难度大，在成功燃气轮机的基础上，通过升级改进，可以实现舰用航改型燃气轮机产品的系列化开发，可以降低舰用航改型燃气轮机的研制成本，缩短研制周期。 。 这是船用航改燃气轮机发展的重要一步。 的趋势.
智能化是方向
随着信息技术的不断发展，数字化逐渐运用到航改燃气轮机的研发中，创造出越来越多的价值。 因此，有必要加快舰船燃气轮机研发数字化转型。 借助信息技术，“智能发动机”的概念应运而生。 在发动机领域，以智能故障诊断、智能制造、智能控制、虚拟现实训练、机器人维护等为代表的智能化正在重塑设计、测试、生产和服务等各项任务。 国际先进航空发动机和燃气轮机制造商“智能发动机”的研发已经开始，并在一些重点项目上取得了一定成果。 我国在这一领域还处于起步阶段，必须加快人工智能在船舶燃气轮机的工程化应用，力争赶超。
结论
目前，我国正在大力发展LEAP-1C、GEnx等先进高涵道比航空发动机，其推力、油耗等性能指标可与世界先进的LEAP-1C、GEnx发动机相媲美。 随着这些先进航空发动机技术成熟度的提高和广泛应用，可以以航空发动机为母机开发多种类型先进可靠的舰用航改燃气轮机，提高现有船用燃气轮机产品的性能，提高现有船用航改燃气轮机的性能。燃气轮机。 燃气轮机的适应性使其达到了世界先进水平，从而满足了我国未来船舶发展的动力需求。
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