03.06 中国舰用燃气轮机是什么水平?

喜出望外18


世界第三水平,不过全世界总共也就五个国家还在发展舰用燃气轮机

不同于其他发动机领域,舰用燃气轮机是高度军事化的区域,基本没有民用市场空间。虽然其热效率非常高,但是油耗率、燃油单价以及安全性方面远不如柴油机,所以市场空间非常狭小,目前坚持发展的国家不多。也就只剩下英国、美国、中国、乌克兰和俄罗斯还有在继续。被称为“中华现代”的052B型169号武汉舰是我国首艘使用国产燃气轮机

这里面英国罗尔斯•罗伊斯公司显然是其中佼佼者。其在2013年推出的MT-30燃气轮机是目前世界上最先进的舰用燃气轮机,代表世界最先进水平。MT-30燃气轮机在功率、功重比、可靠性、易维护性以及燃料利用率方面都处于绝对的领先地位,他的最大功率达到40MW,在38℃外部大气环境下还可以34MW的功率持续工作;整机重量只有22吨,连同附属设备也只有27吨;整机大修间隔时间达到2.4万小时,热部件大修间隔达到1.25万小时;模块化设计,整机可分为四个模块,可以直接更换,平均维修时间只需4小时;油耗率仅207克/千瓦小时,比其他燃气轮机低10%左右。除了英国伊丽莎白女王级航母外,美国的DDG-1000朱姆沃尔特级驱逐舰和LCS的自由级濒海战斗舰也是使用MT-30燃气轮机作为动力,可见其先进性。

其次是美国通用动力,其经典的LM-2500系列燃气轮机是产量最大,工作时间最长的燃气轮机。自1969年问世以来,已经交付世界各国海军超过两千多台(包括我国两艘052驱逐舰),累计运行时间超过五千万小时。LM-2500系列燃气轮机在之后五十年里不断进行改进,功率从最初的18MW提升到现在LM-2500+的34MW,可以说接连升级了两代。

LM2500系列燃气轮机先后经历四次重大革新,当年我们曾跟美国谈好引进第二代LM2500燃气轮机生产技术作为我国舰用燃气轮机起步。

前苏联也是高度重视舰用燃气轮机的国家,1961年完工的卡辛级驱逐舰是世界上最早完全采用燃气轮机作为动力的战舰。但是很遗憾的事情就是,前苏联把自己舰用燃气轮机研发和生产基地放在乌克兰,由此导致在苏联解体之后出现非常尴尬的局面。那就是乌克兰养不起前苏联时期负责燃气轮机研发与制造的曙光机械设计局,而俄罗斯几乎完全失去了舰用燃气轮机研发制造能力。

乌克兰曙光设计局的历代作品

乌克兰曙光设计局在苏联解体时负责研发前苏联第四代燃气轮机GT25000型,解体后顶着巨大经济困难挤出资金完成研发工作,并试图主攻国际民用工业燃气轮机市场。然而并没有什么卵用,工业燃气轮机市场被通用、罗罗、西门子三巨头牢牢把控,法国阿尔斯通和意大利安萨尔多都破产,何况你乌克兰这个工业标准和体系并不一致的国家,所以真正买家就是我们。对于乌克兰曙光设计局来说,UGT-25000型燃气轮机已经是其绝唱,乌克兰政府已经没有可能出资帮助其推进下一代燃气轮机的研究,该设计局的未来注定不是破产就是被收购。

失之东隅,收之桑榆,我们错过了LM2500,但是乌克兰的DA-80/UGT-25000燃气轮机并不亚于当初第二代LM2500,而且基础和改进潜力更大。

俄罗斯原本是直接从乌克兰这边买燃气轮机作为自己战舰使用,反正苏联解体后,俄罗斯海军规模大幅度缩水。但是不想乌克兰危机爆发后,俄乌几乎决裂,导致俄罗斯新建的几艘战舰一度没有燃气轮机使用,俄罗斯不得不紧急由土星设计局(研发生产AL-31和117S航空发动机的)牵头,在原先小型M70舰用燃气轮机基础上推出M90FR燃气轮机,但该燃机轮机不仅功率只有20MW,而且效率也比较低。毛子的M90FR,其基础M70原本是前苏联大型巡洋舰上的作为发电和辅助动力的小型燃气轮机,幸运的是研发生产企业是在圣彼得堡而不是乌克兰。

最后说到我国,我国原本在90年代初跟美国谈妥技术引进生产LM2500型燃气轮机作为起步,但是受制于国际形势变化,LM2500只拿到4台就被终止。之后在1993年开始从乌克兰引进UGT-25000型燃气轮机,并不断消化吸收,最终完全可以自行生产CGT-25000型燃气轮机,并在其基础上改进升级出类似QC280IC这种40MW级燃气轮机,可以说已经超越乌克兰方面。CGT-25000系列和QC-280系列分别是中船重工和中航工业两大集团分别对UGT-25000发动机的改进和升级,有竞争才有动力,你说对不对?

此外,舰用燃气轮机与民用工业燃气轮机有很大互通性,这方面我国在国际民用市场合作方面也获益匪浅。例如我国当初引进的4台LM2500燃气轮机可是一台备用都没用全装在两艘052驱逐舰上,二十多年来可以一直用下来主要原因是,我们还引进了相当多LM2500型的工业型号,利用同一型号工业级与军用级一定零部件互通性来完成零部件更换。这方面我们从欧洲那边也收获颇多,上海电气收购了意大利安萨尔多(吃我一记安萨尔多嗑药炮= =),西门子在我国建立燃气轮机合资工厂等。

意大利安萨尔多公司最著名的作品恐怕是二战维内托级战列舰的“嗑药炮”,工业用H级重燃气轮机在发电领域应用较广阔,欧洲主要集中在这方面市场。


五岳掩赤城


我国的舰用燃气轮机算是比较先进的了,毕竟世界上能够生产这种动力设备的国家本来也就不多。我国的舰用燃气轮机包括33MW功率的GT25000(前QC280),QC185和QC70三种,其中GT25000和QC70都已经服役,QC185虽然研发成功,但是还没有军舰可用,可能会等到新一代护卫舰才会上舰了。


GT25000是我国主力的舰用燃气轮机,技术来源于乌克兰的UGT25000燃气轮机,属于一种航改燃燃气轮机,由于其在乌克兰设计,因此原本对于热带环境温度非常不适应,在南海和印度洋使用的时候功率会下降很多,这种情况在燃气轮机领域非常普遍,美国的LM2500也是如此,G4型甚至更加严重。


但是在我国,由于军舰必须要经常在炎热的海域使用,因此必须让燃气轮机具备强大的耐高温能力,因此对UGT25000进行了许多改进后得到了现在的GT25000燃气轮机,过去叫做QC280,在前2艘052B驱逐舰和2艘052C驱逐舰上使用,此后使用的就是叫做GT25000的新星号了,新的燃气轮机给我国海军第三代驱逐舰带来了大量生产的机会,没有他们就没有052D和055。


QC185属于我国功率中等的一款中等燃气轮机,其工业型号已经投入了发电等领域使用,叫做QD185,这款燃气轮机的功率大约在18MW左右,这一功率级别可以让他适应中型军舰,尤其是新一代导弹护卫舰上大有作为,但是由于我国在054A护卫舰上已经大量使用了柴油机,因此QC185的发挥空间就不大了。也许下一代护卫舰服役的时候,他的用处就大了。


QC70燃气轮机则不同,他属于小功率燃气轮机,大量使用在我国海军的726型气垫登陆艇上,一艘这样的气垫艇使用两台QC70燃气轮机,可以运载两辆中型主战坦克,或者是一辆99A2这样的重型主战坦克,又或者是4辆军用卡车和数百名士兵,因此可以在两栖登陆作战中发挥很大的作用,QC70也正随着726艇的大量量产进入海军服役。


因此,我国的舰用燃气轮机型号非常完整,今后还会有更加先进的型号出现,在世界上也算是先进水平了。


海事先锋


动力兴则国兴。

我们航空发动机正在快速追赶,舰用燃气轮机亦然。若问水平如何,特举两例说明。

今年9月27日,东方电气用时十年,首台完全自主知识产权的F级60兆瓦燃气轮机点火成功,燃烧温度达到了1200摄氏度,单循环热效率达到了38%,(R0110热效率达到了36%),意味着300MW的燃气轮机行将成功。

若问四大家如何级别,G级1300摄氏度,H级1400摄氏度,联合循环热功率在57%以上。

这则新闻的意义在于,我们完成了压气机、燃烧室和高温透平三大部件的技术突破,为未来追赶踏平了道路和基础。

前面还有两个级别,如果以十年为单位来实现一个级别的跨越,那么我们的差距当在20年以上,还得说要少走弯路,四大家进步不要太快,四大家是GE,三菱,西门子和安萨尔多。这里要正式说明一句,安萨尔多已被我国正式收购。跨国收购,有利促进技术进步,实现更快发展,这一点也要说清楚。

还要一则新闻有关舰用燃气轮机。

今年3月28日,中船重工703所与日本三菱日立签署H-25技术转让协议,这是一款1989年的燃气轮机,也属于F级别,热效率32%,燃烧室温度1260摄氏度。

然而这只是性能指标,重要的是,它属于单转子设计,可以对压气机和燃烧室进行放大,也是GE的M9000重型燃气机的发展基础,这款燃气轮机正在哈汽轮生产,当然并不掌握技术。

GE早就把话撂明了,要想购买燃气轮机整套技术,除非买下整个GE。嘿嘿,我们没钱。

我们此前购买的乌克兰GT-25000是个双转子,轻则轻矣,但不利扩大,目前我们将其提高到30MW,就达到技术顶点。若想继续向前,只要单转子的这一种,所以现在的合作,有助于我们的发展。

2014年中国重燃成立,整合了哈电气,东方电气和上海电气,以及大唐集团,意味着我们的力量不再分散,形成了合力。

行内人知道,燃气轮机都是靠着大量工程实践而得,有人因此在网上算过一笔帐,现在一台可靠的燃气轮机,工作寿命都达到了5万小时,我们一年运行8000小时,中间不出任何差错,也需要6年的时间,来检验一型燃气轮机的成熟。这些实验需要真金白银,需要人才的奉献,一路走下来,就是外国不卖的“卡脖子”技术。


魂舞大漠


燃气轮机有两种

工业重型燃气轮机,其代表是发电厂用来发电的燃气轮机,主要技术方向是使用少量贵重金属,长时间使用,低维护,这里有两条技术来源,一是可以专门设计,遵循传统蒸汽轮机理念发展的工业机,二是由航空发动机核心机转化过来(但不可以反向转化为航空发动机核心机)的工业机;

航改机,由航空发动机核心机改头去尾而来,我国是乌克兰ugt25000,是少有的使用航空发动机理论,专门为军舰单独设计的燃气轮机,一个航改机强国必定是航空发动机强国,其中:英国是老大,罗罗公司的36mw-41mw的mt30无人能比,其核心机是著名的航空发动机遄达800,18mw的sm1c也是经过长时间考验的燃气轮机,其核心机是大家所熟悉的斯贝发动机,日本经过授权可以生产,但功率就是16mw,无法达到原装功率,还有就是小尺寸,大力量的wr21功率是21mw,其核心机来自rb211。

紧跟其次的就是美国lm2500是舰用燃气轮机产量最高的,其核心机是tf39发动机,目前已经从最初的25mw发展到了现在的34.8mw。

而我国起步比较晚,直接对乌克兰的半成品ugt25000进行投资并共同研发,功率大概30mw不到点,可以说在舰用燃气轮机上,继承苏联遗产的是我国,而不是俄罗斯和乌克兰,前者没拿到技术,后者吐出ugt25000后,再也没经济能力继续投入了,而中国的人才梯队也已建设完毕,苏联四代舰用燃气轮机的技术也被中国吃光了,也不会继续对乌克兰投入了。另外我国还有7mw/18mw的,根据太行发动机核心机改变过来的qd70/qc185,高高热效率,低空气流量,很有潜力!昆仑核心机改变过来的qd128,这个潜力有限!


狸花猫22


燃气轮机作为喷气发动机的一种变形,有着体积小、重量轻、输出功率大、结构简单、可靠性高的优势,所以被应用到很多领域。特别是90年代以后的军舰动力系统出现全燃化热潮后,全球各国新建的大部分水面军舰都采用就燃气轮机作为动力系统。


我国在军舰的动力系统全燃化进程中,受限于国内技术上的空白,一直以来在军舰动力系统上采用的都是燃气轮机和柴油机搭配的柴燃动力系统,这种结构虽然兼具了燃气轮机的大功率输出和柴油机的经济性,但是在整体动力水平上却一直不如全燃动力。而且这些已经装配到国产军舰上的燃气轮机虽然基本实现了国产化,但是从技术水平等方面来说和世界先进舰用燃气轮机还有不少差距。


目前我国新建造的军舰采用全燃动力的只有正在批量建造之中的055大型导弹驱逐舰,装备了四台国产QC-280燃气轮机,而QC280作为目前我国最先进的舰用燃气轮机,其只是乌克兰GT25000的国产化版本,并不是我国自主独立研制的舰用燃气轮机。而且QC-280是在原型上大幅度改进而来的,主要是借鉴目前全球军用燃气轮机最成熟的LM2500的设计和技术。包括在系统完善性、适装性、环境舒适性以及可维护等级强改进了不少。虽然现在QC280燃气轮机已经实现了全面国产,并且在输出功率和热效率、经济性等方面有了一定提升,但是和世界先进舰用燃气轮机还是有不少差距的。



如果要论我国自主设计研发的军用燃气轮机,那可得追随到上世纪60年代末,当时我国在国产涡喷8发动机基础上衍生出了我国自主设计的第一款燃气轮机,不过后来在英国奥林匹斯燃气轮机的引进过程中,将这样一款输出功率不差于当时引进型号的燃气轮机提前下马,和当年的运10是一样的命运。后续我国又在各种航空发动机基础上衍生出了不同输出功率的燃气轮机,但是都因为其技术指标严重落后国际上同类其他型号所以也都下马了。直到90年代末期,我国在国产太行发动机基础上衍生而来的QC70燃气轮机和QC185燃气轮机,这两款燃气轮机的研制成功,也也代表了我国在舰用燃气轮机技术上和先进技术差距已经很小了。特别是QC70燃气轮机已经被应用到国产气垫登陆艇上,后者QC185虽然目前还没有装机对象,但是国产下一代6000吨以下军舰都可以选择QC185燃气轮机作为装机动力。虽然QC70和QD185燃气轮机已经在气垫登陆艇和发电站装机使用,但是这两款燃气轮机最大的缺点就是热效率太低和目前可靠性不佳所以没有装机对象。





目前我国自主研制的舰用燃气轮机最先进的还要属中船重工研制的CGT-15燃气轮机,该燃气轮机虽然输出功率较小,但是热效率高达40%,和目前军用燃气轮机功率最大的罗罗的MT30一样,不过输出功率只有后者的40%。当然输出功率不一样很正常,毕竟使用场景不一样,但是热效率越高也就代表了经济性越好。不过目前该机还处于试验阶段,而且从其15兆瓦的输出功率来看,未来单台可作为我国千吨级军舰的动力系统,当然其后期经过ICR升级后也可作为现有QC185燃气轮机的替代型号,作为5000吨级的军舰主动力系统。




而且随着国产太行发动机在可靠性上的提升,其衍生出来的QD-185燃气轮机虽然只被用于工业发电,但是在QC185C基础上增加零级并采用ICR间冷回热技术是可以发展出40兆瓦级的QD400燃气轮机的,虽然不能直接被应用在现有军舰上,但是随着军舰用综合电力系统的研制成功,改进后的QD400燃气轮机在经过一些上舰改进后可以作为未来国产两栖攻击舰主动力,而且QC185本身37.2%的热效率在增加间冷回热等技术后,其热效率有望达到40%左右。未来也可以作为国产现有QC-280燃气轮机的备选型号装备在现有052/055型导弹驱逐舰上。

总结一下就是我国早期受限于国内工业水平不高和舰用燃气轮机的落后,在舰用燃气轮机的技术上长期处于追赶局面。现在随着我国在航空发动机领域的技术发展和进步,国内燃气轮机的型号和输出功率也越来越多越大。当然总体来说就算是中船重工自主研发的CGT-15燃气轮机,虽然热效率已经追赶上世界先进水平,但是这是以现有的装机动力作为参考,和国外三大航发巨头45%的舰用燃气轮机相比差距还有,而且在低输出功率下的热效率指标、油耗经济性、可靠性、增压比、负荷比、体积、重量等当年还有不少差距。特别是在综合电力系统已经被广泛应用到军舰上以后,对于燃气轮机的基础性能指标和负荷运行时间都提出了更高的要求。


魑魅涅磐


全靠进口。


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二流,英德比我们强,别说美俄了


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