四海一心——美国LM2500舰船燃气轮机.doc

四海一心——美国LM2500舰船燃气轮机 楔子 1990年5月29日　江南造船厂为海军建造的第一艘导弹驱逐舰举行上船台仪式，海军副司令员张序三、船舶总公司副总经理黄平涛出席。? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ——《上海工业志?船舶工业》1993年4月下旬，我和总政治部主任于永波、总后勤部政委刘安元等考察了正在建造中的第二代导弹驱逐舰。 第二代导弹驱逐舰是军委确定的“八五”计划重点工程之一，是海军更新换代的重大装备，也是我担任海军司令员时倡导研制的。与第一代相比，在机动性、防空、反潜、作战指挥与控制等方面都有较大的提高，达到了国际80年代先进水平。……1995年5月8日，我参加了第二代导弹驱逐舰首舰交船仪式。——《刘华清回忆录》? ? 这艘从建造伊始就受到众多高层领导重视的军舰，就是052型导弹驱逐舰的首舰——号称“中华第一舰”的“哈尔滨”号（图01）。她不但第一次在设计时配置了防空导弹，第一次在设计时配置了直升机系统，第一次在设计时配置了拖曳声呐和反潜鱼雷，还有另外一个支持她乘风破浪、征服大洋的最重要的第一次——第一次在设计时配置了先进的燃气轮机动力装置。而这种先进的燃气轮机，就是来自于大洋彼岸的杰作——通用电气LM2500舰船燃气轮机（图02）。 燃气轮机的原理、历史和舰用燃气轮机发展 燃气轮机是一种连续回转的内部燃烧、叶轮机械式的新型热机（图03）。其构造主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部分组成。在正常工作时，燃气轮机的压气机从外界吸入新鲜空气，并对空气进行压缩，空气压力增加的同时，温度也提高。经过压缩的空气进入燃烧室，与燃油喷嘴喷入的雾化燃油混合，在点火器的作用下发火燃烧（正常工作时靠火焰维持燃烧），形成高温、高压的燃气。燃气被导入涡轮，在涡轮中膨胀做功，同时推动涡轮旋转，使得与涡轮直接相连的压气机和外负荷转子也一起高速旋转。这样，燃气轮机就把燃油的化学能转变成热能，又把部分热能转化为机械功。由此可见，燃气轮机与常见的往复式活塞内燃机的最大区别，就是能够利用连续流动的工质进行持续做功。通常情况下，涡轮发出的机械功率有2/3左右用来驱动压气机，以维持燃气轮机的持续工作，其余约1/3左右的功率则可以通过输出轴和传动装置驱动外负荷。与现代舰船上常用的蒸汽轮机动力装置和柴油机动力装置相比，燃气轮机的热效率要明显优于蒸汽轮机动力装置，比柴油机动力装置则稍为逊色。人类对燃气轮机原理的认识可以追溯到上千年前的古代。中国北宋年间出现的走马灯，就是利用燃烧产生的高温气体，来驱动叶轮转动的，这可以说是燃气轮机原理的雏形；1550年左右，著名的画家列奥纳多?达?芬奇也曾经设计了一个自动烤炉（图04），利用烤炉烟道的高温烟气，驱动一个叶轮旋转，然后通过轴、圆锥齿轮和皮带轮带动烤叉旋转，这个装置在机构设计上比走马灯更加接近实用化，但是烤炉烟气的功率能否转动达?芬奇设想中的烤猪，也是比较值得怀疑的。 大约在18世纪末，欧洲有人提出了现代燃气轮机的热力循环原理，但由于当时的冶金工业不能提供适应高温、高速工作条件的涡轮叶片材料，对空气动力学的认识也接近空白，无法设计效率较高的压气机，高速工作机械要求的较高制造精度，当时的工艺水平也不能满足，最重要的是，在石油工业大发展之前，缺乏合适的燃料。这些不利因素综合起来，使得在20世纪之前，不存在设计、制造实用的燃气轮机的可能性。 进入20世纪之后，随着科学技术和工业水平的大幅发展和提高，燃气轮机才逐步从绘图板走向了现实。1939年，瑞士的BBC公司制成了功率为4000kW、装置效率为18％的发电用工业燃气轮机；同年，德国亨克尔公司制造出了第一台涡轮喷气发动机——亨克尔S3B（图05）。1940年，BBC公司又制成了燃气轮机机车，功率达2200kW，效率为16％。由于第二次世界大战的影响，各大国在燃气涡轮发动机研究方面，优先保障了航空涡轮喷气发动机的研制，虽然只有德国、英国的喷气式飞机（例如著名的Me－262战斗机）在战争中投入了实际应用，但是，新型发动机的结构紧凑、重量轻、功率大的优点已经引起了广泛的关注。 1947年，英国海军在一艘只有100吨的摩托炮艇MGB－2009号上安装了一台燃气轮机（图06），这也是有史以来第一台舰船用燃气轮机。试验取得了极大的成功，英国海军随即决定大力发展燃气轮机作为舰船动力，以美国、苏联为首的其他工业大国也紧随其后，纷纷推出了自己的新型舰船燃气轮机。1958年，鉴于常规蒸汽动力装置已经不能满足现代舰船对动力的要求，苏联提出大力发展舰用燃气轮机和核动力装置的计划，1962年，世界上第一型全燃气轮机动力主战舰艇——苏联的“卡辛”级驱逐舰投入了使用（图07）；19