船舶燃气轮机技术和应用的展望

船舶燃气轮机技术和应用的展望

冯世领 牟晟伯 林振豪

澳龙船艇科技有限公司 广东省 528400

摘要: 综述了燃气轮机技术和应用的发展情况, 并较为全面、系统地介绍了燃气轮机技术在各个领域中取得的进展, 对其技术发展和应用的趋势作了分析。各国海军公认燃气轮机已成为大 、中型水面战舰首选发动机。随着新一代战舰的服役, 越来越多的护卫舰 、 驱逐舰、 巡洋舰和航空母舰装备了燃气轮机主动力装置。

关键词： 船舶燃气 轮机技术 应用 展望

引言

作为高效、节能 、 低污染的新型发动机 , 半个世纪以来在动力工程中燃气轮机技术和应用得到了飞速的发展。过去十年燃气轮机技术又取得了长足的进步。先进的航空技术在工业 、船用燃气轮机中得到了进一步的应用 ,先进的航空技术在船用燃气轮机中得到了进一步的应用 ,并研制出多型新一代高性能燃气轮机 。

1.船舶燃气轮机技术和应用

因其效率高 、 功率大( 目前单机功率已高达50MW) 、 比功大( 重量尺寸小) 、可靠性和利用率高、 可维性良好、自动化控制程度高等诸多优点 ,船舶燃气轮机以其压倒多数的优势成为大中型水面战舰的主动力装置。近年来 ,高性能商船的快速发展 ,为船舶燃气轮机提供了更广阔的应用市场。

1.1军用舰船

英国于 1967 年率先提出实行水面战舰全燃推进的动力政策 。1969 年以后, 高性能第二代船舶燃气轮机 LM2500 研制成功, 美国海军动力装置迅速走上了全燃推进的道路, 并在装舰数量上远远超过了英国。原苏联一直是船舶燃气轮机的最大使用国, 其海军装用燃机的舰艇数、 燃机台数和装机总功率均占世界第一位 。80 年代初 , 日本海军步英国、美国和原苏联后尘也走上了全燃推进的道路 。最近十多年, 其燃机装舰的速度和规模均超过了英国 。表 1 列出了上述四国海军燃机( 在役舰艇主动力装置)装舰情况。目前的护卫舰, 尤其是装备现代武器的大型护卫舰 ,采用燃机( 含柴燃联合装置) 推进日益增多 ; 在驱逐舰和巡洋舰中,燃机将取代蒸汽机,成为两舰种的动力装置; 轻型航母也倾向于采用燃机驱动。表 2 列出了 1981 ～ 1990 年各种主动力装置装舰情况。从表 2 可见, 大中型水面舰船中约四分之三采用了燃气轮机( 包括柴燃联合) 主动力装置。该数据充分表明 , 为了提高军舰的战术性能和指标, 装用燃气轮机是当代战舰主动力装置的发展趋势。

表 1 截至 1991年底四国海军燃机装舰情况

表2 1981～ 1990年各种主动力装置装舰情况

1.2民用船舶

近十年来, 燃气轮机在高速渡船中得到大量应用。具有代表性的是瑞士斯坦纳航运公司营运的三艘HSS1500 大型高速渡船。该渡船总长126. 6m, 航速为 42kn, 可载客 1500 人和 375辆轿车。主动力装置采用 COGAG 形式 ,即由二台 LM2500 和二台 LM1600燃气轮机组成。最近 ,美国皇家加勒比航运公司正在建造6 艘“卓越”级和“黄金时代”级旅游船。这些320m 长、85000 载重吨、载客 2000 人的世界上最大的旅游船将由装有 LM2500 + 的 COGES 推进系统驱动。美国快船航运公司已向罗·罗公司订购 25台Trent 型燃气轮机, 用作 4 艘跨大西洋航行的集装箱船的动力装置 。每艘集装箱船将由 4 台Trent 发动机驱动 , 航速高达 40kn, 可装载 1400个集装箱。大型旅游船和高速集装箱船采用燃机推进是船用燃机在商船应用领域中的又一个重大突破。在商船推进领域中, 船舶燃气轮机正在向船用柴油机的世袭地位挑战。

2.燃气轮机的性能维护

　　2.1燃气轮机的定期水洗。燃气轮机在运行过程中，其压气机吸入的空气中很可能会含有昆虫、砂土、灰尘及碳氧化合物等杂质，这些杂质大部分可以由压气机入口处的进气滤网过滤掉，而那些未能被滤网过滤掉的杂质，如碳氢化合物等，便会粘附并且聚集在压气机的叶片等内部部件上，就会导致压气机的叶片坂腐烛或者游塞压气机的内部通道，从而影响到压气机的正常工作，导致燃气轮机出力性能下降，其运行效率降低，主要会表现在热耗的增加和有功的减少上。通过定期对燃机进行清洗可去除压气机的叶片等内部部件上的积垢，使燃机恢复出力，提高其效率。

　　2.2压气机的入口空气冷却技术。对压气机入口空气采用冷却技术进行冷却，可改善燃机的性能，这是目前解决该问题最主要的办法。根据制冷驱动源不同，入口空气的冷却方式可以分为吸收机制冷、电制冷机冷却、蒸发冷却以及蓄能冷却等。

　　2.3压气机的进气滤网反吹扫。为使燃机在运行时压气机的入口压力不会下降，需要对压气机的进气滤网表面进行在线清除，这个方式主要是通过一套脉冲的空气自动反吹扫系统去实现。实践证明，进气滤网在经过吹扫清洁后，压气机的入口压力将很快恢复正常，燃机的效率和出力都能相应的恢复到原来的水平。对燃机性能的维护，脉冲空气自动反吹扫是系统不可缺少的。

2.4燃机的排气背压控制。依照以往工程的经验，燃机的正常运行其排气背压值通常在3.0-4.0kpa之间，其排气背压每升高1kpa，则其功率就下降0.6-0.7%，其热耗率就增大0.6-0.7%，联合循环机组的总效率随之下降。因此，机组在运行中应该加强对燃气排气背压的监控，一旦该压力出现持续性的缓慢上涨现象，就需要分析燃机排气损失或者锅炉烟道积灰或者烟挡板是否关小等引起的，并且及时做出相应的处理，使燃机的性能和出力得到保证。

3.结束语

船用燃机技术无论是简单循环、复杂循环还是联合循环都已日臻完善 。燃机在大中型水面战舰中的应用已占主宰地位, 在商船中的应用也日益增多。开发并应用船舶燃气轮机是我国海军主动力装置现代化的必然趋势 ,当务之急是尽快开发并建立起本国的船用/工业用燃机工业论证了燃机在节能改造和运行方式优化后能够得到良好的效益。

参考文献

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