舰船燃气轮机发展现状、方向及关键技术
何亚男
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何亚男,. 舰船燃气轮机发展现状、方向及关键技术[J]. 中国海洋学报,2025.3. DOI:10.12721/ccn.2025.157022.
摘要:
在20世纪30年代研制成功之后,燃汽轮机有了非常广阔的发展空间。通过对燃气轮机应用的调查,燃气轮机主要应用在航空、发电、舰船动力等多个领域。应用范围越来越广,实现了规模化发展,也满足了产品谱系的健全。燃气轮机的技术应用水平与国家的经济和科技有着紧密联系,通过对燃气轮机的自主研发能够实现对能源结构的改善,满足可持续发展要求更是对国防安全的保障。我国的舰船燃气轮机在应用过程中与其他国家还存在着一定差距,以当前的先进燃气轮机研发为基础,需要加大对燃气轮机关键技术的探讨,以我国自主知识产权为基础满足舰船燃气轮机应用的科学性。
关键词: 舰船燃气轮机;技术指标;发展方向;结构;性能
DOI:10.12721/ccn.2025.157022
基金资助:

1 引言

舰船燃气轮机在使用过程中尺寸较小、重量较轻,而且功率非常大,能够发挥其良好的加速性和机动性,将其应用在舰船战术方面能够满足运行效率提升,为舰船的使用提供支持。通过相关调查发现,在世界各个国家的海军舰船方面均采用了全燃动力和柴燃动力的装置,其中包含航空母舰、护卫舰以及潜艇支援船等。在一些大型的舰船动力应用方面,燃气轮机发挥着关键作用,一直处于主导地位,是当前现代化舰船发展的关键。随着当前海上交通工具的快速发展,对于舰船燃气轮机应用的需求量不断上涨,以我国目前自主研发的燃气轮机应用为基础,满足对燃气轮机的批量化生产,促进燃气轮机有更大的发展空间。

2 燃气轮机的技术优点

第一,先进的设计。燃气轮机在应用过程中融合了航空发动机的多项技术优势,比如,在进行压气机系统的应用过程中,采用了最新的叶片冷却技术,能够在一些特殊环境内部保持对关键部位的保护,提高设备应用的可靠性。同时,结合新技术的搭载,能够实现燃气轮机使用寿命的延长。第二,箱装体构成。燃气轮机在应用过程中内部结构相对紧凑,重量较轻,满足了安装过程的简化,通过燃气轮机的使用,能够为舰船提供充足的动力支持,并且以燃料、水、电等相连接,能够更好的实现进排气的配置。采用箱装体结构,大幅度降低了燃气轮机在启动过程中出现的噪音,所有的附件均装配在箱装体内部,满足其运行的节能与环保。第三,维护量小。在进行燃气轮机的维修过程中,以可靠性为基础,结合燃气轮机维护设计理念,定期开展相应的维修不会超过两小时,对于精简船员以及满足海军现代化发展具备非常强的应用优势。另外,在燃气轮机的外壳上设置了相应的维护程序,船员可以结合燃气轮机设置的空间和通道在不进行发动机拆卸的情况下,也可以完成对燃气轮机的维护。

3 舰船燃气轮机的关键技术

3.1 材料及制造工艺技术

在舰船燃气轮机的制造过程中,进一步提升叶片的耐高温等级,改变以往传统型的制造工艺,逐步实现定向结晶以及单晶制备工艺的使用。在涡轮叶片的使用过程中满足叶片材料的科学选择,通过定向结晶、单晶高温合金的使用,满足目前舰船燃气轮机的制造标准。

3.2 增材制造技术

金属增材技术在当前的舰船燃气轮机应用方面有了更大的突破,我国目前的燃气轮机尚未进入到装机应用阶段。但是经过多年的发展,目前已经具备了非常良好的设备应用基础以及技术应用基础,目前初步将增材制造技术应用在军用燃气轮机方面。

3.3 双燃料技术

双燃料燃气轮机在使用过程中是油气开采的核心设备,目前一些国家在双燃料技术应用过程中逐步实现了污染物的控制,能够满足在线的稳定切换。然而我国在双燃料技术的应用方面,应用机理和切换策略等尚未进入较深层次的研究,为了达到燃气轮机运行的高效性和环保性,需要满足对污染物的合理控制,进一步加大对稳定燃烧方法的探究。

3.4 燃气轮机智能化

我国的燃气轮机智能化技术研发起步较晚,与其他国家相比有较大的落差,在未来实现燃气轮机的智能化控制,满足综合智能管理系统的建立是燃气轮机发展的重要方向。因此,在燃气轮机智能化方面,需要结合当前的运行要求,满足燃气轮机智能化系统运行中的节能、环保、寿命提升以及安全可靠,最终满足舰船燃气轮机运行的一体化控制要求。

4 燃气轮机的发展方向

4.1 进一步提高功率与热效率,降低耗油率

随着科学技术的进步,舰船燃气轮机在应用过程中已经实现了更新与换代,无论是运行功率还是燃油率都有了更进一步的发展。简单燃气轮机在使用过程中可以通过提升燃气初温以及零部件的运行效率,满足运行功率的提升。目前,简单循环的燃气轮机在使用过程中已经达到了超过40%以上的热效率,而燃油率也已经降到了0.200kg/(kW·h)级。在未来舰船燃气轮机的应用过程中,会逐步满足复杂循环使用,进一步提升燃气轮机运行的热效率。

4.2 产品向系列化、谱系化发展

在燃气轮机的应用过程中搭载了航空发电机,满足了不同类型和不同功率的燃气轮机运行,而且也逐步形成了燃气轮机一机为本、满足多用形成谱系的特点。在燃气轮机的运行过程中,充分利用了航空发电机的衍生技术,让产品有了更好的发展趋势,也进一步提升了燃气轮机的运行效率,降低了运行成本,减少运行中存在的风险。另外,以舰船燃气轮机运行为基础,进一步加大对技术和材料的更新换代,满足燃气轮机运行中污染物排放量的降低,实现产品的优化发展。

5 结束语

总而言之,燃气轮机是非常关键的动力设施,在舰船应用中能够发挥良好的作用,是推进海军现代化发展的基础。燃气轮机在发展过程中结合了航空发动机的应用优势,在运行节能环保高效等多方面有重要意义。但是,在舰船燃气轮机的应用方面与其他国家还有一定的差距,为此我们需要不断加大技术研究,通过实验落实理论认证,满足舰船燃气轮机有更大的发展空间。

参考文献:

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