03.04 中國艦用燃氣輪機是什麼水平?

喜出望外18


我國的艦用燃氣輪機算是比較先進的了,畢竟世界上能夠生產這種動力設備的國家本來也就不多。我國的艦用燃氣輪機包括33MW功率的GT25000(前QC280),QC185和QC70三種,其中GT25000和QC70都已經服役,QC185雖然研發成功,但是還沒有軍艦可用,可能會等到新一代護衛艦才會上艦了。


GT25000是我國主力的艦用燃氣輪機,技術來源於烏克蘭的UGT25000燃氣輪機,屬於一種航改燃燃氣輪機,由於其在烏克蘭設計,因此原本對於熱帶環境溫度非常不適應,在南海和印度洋使用的時候功率會下降很多,這種情況在燃氣輪機領域非常普遍,美國的LM2500也是如此,G4型甚至更加嚴重。


但是在我國,由於軍艦必須要經常在炎熱的海域使用,因此必須讓燃氣輪機具備強大的耐高溫能力,因此對UGT25000進行了許多改進後得到了現在的GT25000燃氣輪機,過去叫做QC280,在前2艘052B驅逐艦和2艘052C驅逐艦上使用,此後使用的就是叫做GT25000的新星號了,新的燃氣輪機給我國海軍第三代驅逐艦帶來了大量生產的機會,沒有他們就沒有052D和055。


QC185屬於我國功率中等的一款中等燃氣輪機,其工業型號已經投入了發電等領域使用,叫做QD185,這款燃氣輪機的功率大約在18MW左右,這一功率級別可以讓他適應中型軍艦,尤其是新一代導彈護衛艦上大有作為,但是由於我國在054A護衛艦上已經大量使用了柴油機,因此QC185的發揮空間就不大了。也許下一代護衛艦服役的時候,他的用處就大了。


QC70燃氣輪機則不同,他屬於小功率燃氣輪機,大量使用在我國海軍的726型氣墊登陸艇上,一艘這樣的氣墊艇使用兩臺QC70燃氣輪機,可以運載兩輛中型主戰坦克,或者是一輛99A2這樣的重型主戰坦克,又或者是4輛軍用卡車和數百名士兵,因此可以在兩棲登陸作戰中發揮很大的作用,QC70也正隨著726艇的大量量產進入海軍服役。


因此,我國的艦用燃氣輪機型號非常完整,今後還會有更加先進的型號出現,在世界上也算是先進水平了。


海事先鋒


動力興則國興。

我們航空發動機正在快速追趕,艦用燃氣輪機亦然。若問水平如何,特舉兩例說明。

今年9月27日,東方電氣用時十年,首臺完全自主知識產權的F級60兆瓦燃氣輪機點火成功,燃燒溫度達到了1200攝氏度,單循環熱效率達到了38%,(R0110熱效率達到了36%),意味著300MW的燃氣輪機行將成功。

若問四大家如何級別,G級1300攝氏度,H級1400攝氏度,聯合循環熱功率在57%以上。

這則新聞的意義在於,我們完成了壓氣機、燃燒室和高溫透平三大部件的技術突破,為未來追趕踏平了道路和基礎。

前面還有兩個級別,如果以十年為單位來實現一個級別的跨越,那麼我們的差距當在20年以上,還得說要少走彎路,四大家進步不要太快,四大家是GE,三菱,西門子和安薩爾多。這裡要正式說明一句,安薩爾多已被我國正式收購。跨國收購,有利促進技術進步,實現更快發展,這一點也要說清楚。

還要一則新聞有關艦用燃氣輪機。

今年3月28日,中船重工703所與日本三菱日立簽署H-25技術轉讓協議,這是一款1989年的燃氣輪機,也屬於F級別,熱效率32%,燃燒室溫度1260攝氏度。

然而這只是性能指標,重要的是,它屬於單轉子設計,可以對壓氣機和燃燒室進行放大,也是GE的M9000重型燃氣機的發展基礎,這款燃氣輪機正在哈汽輪生產,當然並不掌握技術。

GE早就把話撂明瞭,要想購買燃氣輪機整套技術,除非買下整個GE。嘿嘿,我們沒錢。

我們此前購買的烏克蘭GT-25000是個雙轉子,輕則輕矣,但不利擴大,目前我們將其提高到30MW,就達到技術頂點。若想繼續向前,只要單轉子的這一種,所以現在的合作,有助於我們的發展。

2014年中國重燃成立,整合了哈電氣,東方電氣和上海電氣,以及大唐集團,意味著我們的力量不再分散,形成了合力。

行內人知道,燃氣輪機都是靠著大量工程實踐而得,有人因此在網上算過一筆帳,現在一臺可靠的燃氣輪機,工作壽命都達到了5萬小時,我們一年運行8000小時,中間不出任何差錯,也需要6年的時間,來檢驗一型燃氣輪機的成熟。這些實驗需要真金白銀,需要人才的奉獻,一路走下來,就是外國不賣的“卡脖子”技術。


魂舞大漠


世界第三水平,不過全世界總共也就五個國家還在發展艦用燃氣輪機

不同於其他發動機領域,艦用燃氣輪機是高度軍事化的區域,基本沒有民用市場空間。雖然其熱效率非常高,但是油耗率、燃油單價以及安全性方面遠不如柴油機,所以市場空間非常狹小,目前堅持發展的國家不多。也就只剩下英國、美國、中國、烏克蘭和俄羅斯還有在繼續。被稱為“中華現代”的052B型169號武漢艦是我國首艘使用國產燃氣輪機

這裡面英國羅爾斯•羅伊斯公司顯然是其中佼佼者。其在2013年推出的MT-30燃氣輪機是目前世界上最先進的艦用燃氣輪機,代表世界最先進水平。MT-30燃氣輪機在功率、功重比、可靠性、易維護性以及燃料利用率方面都處於絕對的領先地位,他的最大功率達到40MW,在38℃外部大氣環境下還可以34MW的功率持續工作;整機重量只有22噸,連同附屬設備也只有27噸;整機大修間隔時間達到2.4萬小時,熱部件大修間隔達到1.25萬小時;模塊化設計,整機可分為四個模塊,可以直接更換,平均維修時間只需4小時;油耗率僅207克/千瓦小時,比其他燃氣輪機低10%左右。除了英國伊麗莎白女王級航母外,美國的DDG-1000朱姆沃爾特級驅逐艦和LCS的自由級瀕海戰鬥艦也是使用MT-30燃氣輪機作為動力,可見其先進性。

其次是美國通用動力,其經典的LM-2500系列燃氣輪機是產量最大,工作時間最長的燃氣輪機。自1969年問世以來,已經交付世界各國海軍超過兩千多臺(包括我國兩艘052驅逐艦),累計運行時間超過五千萬小時。LM-2500系列燃氣輪機在之後五十年裡不斷進行改進,功率從最初的18MW提升到現在LM-2500+的34MW,可以說接連升級了兩代。

LM2500系列燃氣輪機先後經歷四次重大革新,當年我們曾跟美國談好引進第二代LM2500燃氣輪機生產技術作為我國艦用燃氣輪機起步。

前蘇聯也是高度重視艦用燃氣輪機的國家,1961年完工的卡辛級驅逐艦是世界上最早完全採用燃氣輪機作為動力的戰艦。但是很遺憾的事情就是,前蘇聯把自己艦用燃氣輪機研發和生產基地放在烏克蘭,由此導致在蘇聯解體之後出現非常尷尬的局面。那就是烏克蘭養不起前蘇聯時期負責燃氣輪機研發與製造的曙光機械設計局,而俄羅斯幾乎完全失去了艦用燃氣輪機研發製造能力。

烏克蘭曙光設計局的歷代作品

烏克蘭曙光設計局在蘇聯解體時負責研發前蘇聯第四代燃氣輪機GT25000型,解體後頂著巨大經濟困難擠出資金完成研發工作,並試圖主攻國際民用工業燃氣輪機市場。然而並沒有什麼卵用,工業燃氣輪機市場被通用、羅羅、西門子三巨頭牢牢把控,法國阿爾斯通和意大利安薩爾多都破產,何況你烏克蘭這個工業標準和體系並不一致的國家,所以真正買家就是我們。對於烏克蘭曙光設計局來說,UGT-25000型燃氣輪機已經是其絕唱,烏克蘭政府已經沒有可能出資幫助其推進下一代燃氣輪機的研究,該設計局的未來註定不是破產就是被收購。

失之東隅,收之桑榆,我們錯過了LM2500,但是烏克蘭的DA-80/UGT-25000燃氣輪機並不亞於當初第二代LM2500,而且基礎和改進潛力更大。

俄羅斯原本是直接從烏克蘭這邊買燃氣輪機作為自己戰艦使用,反正蘇聯解體後,俄羅斯海軍規模大幅度縮水。但是不想烏克蘭危機爆發後,俄烏幾乎決裂,導致俄羅斯新建的幾艘戰艦一度沒有燃氣輪機使用,俄羅斯不得不緊急由土星設計局(研發生產AL-31和117S航空發動機的)牽頭,在原先小型M70艦用燃氣輪機基礎上推出M90FR燃氣輪機,但該燃機輪機不僅功率只有20MW,而且效率也比較低。毛子的M90FR,其基礎M70原本是前蘇聯大型巡洋艦上的作為發電和輔助動力的小型燃氣輪機,幸運的是研發生產企業是在聖彼得堡而不是烏克蘭。

最後說到我國,我國原本在90年代初跟美國談妥技術引進生產LM2500型燃氣輪機作為起步,但是受制於國際形勢變化,LM2500只拿到4臺就被終止。之後在1993年開始從烏克蘭引進UGT-25000型燃氣輪機,並不斷消化吸收,最終完全可以自行生產CGT-25000型燃氣輪機,並在其基礎上改進升級出類似QC280IC這種40MW級燃氣輪機,可以說已經超越烏克蘭方面。CGT-25000系列和QC-280系列分別是中船重工和中航工業兩大集團分別對UGT-25000發動機的改進和升級,有競爭才有動力,你說對不對?

此外,艦用燃氣輪機與民用工業燃氣輪機有很大互通性,這方面我國在國際民用市場合作方面也獲益匪淺。例如我國當初引進的4臺LM2500燃氣輪機可是一臺備用都沒用全裝在兩艘052驅逐艦上,二十多年來可以一直用下來主要原因是,我們還引進了相當多LM2500型的工業型號,利用同一型號工業級與軍用級一定零部件互通性來完成零部件更換。這方面我們從歐洲那邊也收穫頗多,上海電氣收購了意大利安薩爾多(吃我一記安薩爾多嗑藥炮= =),西門子在我國建立燃氣輪機合資工廠等。

意大利安薩爾多公司最著名的作品恐怕是二戰維內託級戰列艦的“嗑藥炮”,工業用H級重燃氣輪機在發電領域應用較廣闊,歐洲主要集中在這方面市場。


五嶽掩赤城


燃氣輪機有兩種

工業重型燃氣輪機,其代表是發電廠用來發電的燃氣輪機,主要技術方向是使用少量貴重金屬,長時間使用,低維護,這裡有兩條技術來源,一是可以專門設計,遵循傳統蒸汽輪機理念發展的工業機,二是由航空發動機核心機轉化過來(但不可以反向轉化為航空發動機核心機)的工業機;

航改機,由航空發動機核心機改頭去尾而來,我國是烏克蘭ugt25000,是少有的使用航空發動機理論,專門為軍艦單獨設計的燃氣輪機,一個航改機強國必定是航空發動機強國,其中:英國是老大,羅羅公司的36mw-41mw的mt30無人能比,其核心機是著名的航空發動機遄達800,18mw的sm1c也是經過長時間考驗的燃氣輪機,其核心機是大家所熟悉的斯貝發動機,日本經過授權可以生產,但功率就是16mw,無法達到原裝功率,還有就是小尺寸,大力量的wr21功率是21mw,其核心機來自rb211。

緊跟其次的就是美國lm2500是艦用燃氣輪機產量最高的,其核心機是tf39發動機,目前已經從最初的25mw發展到了現在的34.8mw。

而我國起步比較晚,直接對烏克蘭的半成品ugt25000進行投資並共同研發,功率大概30mw不到點,可以說在艦用燃氣輪機上,繼承蘇聯遺產的是我國,而不是俄羅斯和烏克蘭,前者沒拿到技術,後者吐出ugt25000後,再也沒經濟能力繼續投入了,而中國的人才梯隊也已建設完畢,蘇聯四代艦用燃氣輪機的技術也被中國吃光了,也不會繼續對烏克蘭投入了。另外我國還有7mw/18mw的,根據太行發動機核心機改變過來的qd70/qc185,高高熱效率,低空氣流量,很有潛力!崑崙核心機改變過來的qd128,這個潛力有限!


狸花貓22


燃氣輪機作為噴氣發動機的一種變形,有著體積小、重量輕、輸出功率大、結構簡單、可靠性高的優勢,所以被應用到很多領域。特別是90年代以後的軍艦動力系統出現全燃化熱潮後,全球各國新建的大部分水面軍艦都採用就燃氣輪機作為動力系統。

我國在軍艦的動力系統全燃化進程中,受限於國內技術上的空白,一直以來在軍艦動力系統上採用的都是燃氣輪機和柴油機搭配的柴燃動力系統,這種結構雖然兼具了燃氣輪機的大功率輸出和柴油機的經濟性,但是在整體動力水平上卻一直不如全燃動力。而且這些已經裝配到國產軍艦上的燃氣輪機雖然基本實現了國產化,但是從技術水平等方面來說和世界先進艦用燃氣輪機還有不少差距。




目前我國新建造的軍艦採用全燃動力的只有正在批量建造之中的055大型導彈驅逐艦,裝備了四臺國產QC-280燃氣輪機,而QC280作為目前我國最先進的艦用燃氣輪機,其只是烏克蘭GT25000的國產化版本,並不是我國自主獨立研製的艦用燃氣輪機。而且QC-280是在原型上大幅度改進而來的,主要是借鑑目前全球軍用燃氣輪機最成熟的LM2500的設計和技術。包括在系統完善性、適裝性、環境舒適性以及可維護等級強改進了不少。雖然現在QC280燃氣輪機已經實現了全面國產,並且在輸出功率和熱效率、經濟性等方面有了一定提升,但是和世界先進艦用燃氣輪機還是有不少差距的。



如果要論我國自主設計研發的軍用燃氣輪機,那可得追隨到上世紀60年代末,當時我國在國產渦噴8發動機基礎上衍生出了我國自主設計的第一款燃氣輪機,不過後來在英國奧林匹斯燃氣輪機的引進過程中,將這樣一款輸出功率不差於當時引進型號的燃氣輪機提前下馬,和當年的運10是一樣的命運。後續我國又在各種航空發動機基礎上衍生出了不同輸出功率的燃氣輪機,但是都因為其技術指標嚴重落後國際上同類其他型號所以也都下馬了。直到90年代末期,我國在國產太行發動機基礎上衍生而來的QC70燃氣輪機和QC185燃氣輪機,這兩款燃氣輪機的研製成功,也也代表了我國在艦用燃氣輪機技術上和先進技術差距已經很小了。特別是QC70燃氣輪機已經被應用到國產氣墊登陸艇上,後者QC185雖然目前還沒有裝機對象,但是國產下一代6000噸以下軍艦都可以選擇QC185燃氣輪機作為裝機動力。雖然QC70和QD185燃氣輪機已經在氣墊登陸艇和發電站裝機使用,但是這兩款燃氣輪機最大的缺點就是熱效率太低和目前可靠性不佳所以沒有裝機對象。





目前我國自主研製的艦用燃氣輪機最先進的還要屬中船重工研製的CGT-15燃氣輪機,該燃氣輪機雖然輸出功率較小,但是熱效率高達40%,和目前軍用燃氣輪機功率最大的羅羅的MT30一樣,不過輸出功率只有後者的40%。當然輸出功率不一樣很正常,畢竟使用場景不一樣,但是熱效率越高也就代表了經濟性越好。不過目前該機還處於試驗階段,而且從其15兆瓦的輸出功率來看,未來單臺可作為我國千噸級軍艦的動力系統,當然其後期經過ICR升級後也可作為現有QC185燃氣輪機的替代型號,作為5000噸級的軍艦主動力系統。




而且隨著國產太行發動機在可靠性上的提升,其衍生出來的QD-185燃氣輪機雖然只被用於工業發電,但是在QC185C基礎上增加零級並採用ICR間冷回熱技術是可以發展出40兆瓦級的QD400燃氣輪機的,雖然不能直接被應用在現有軍艦上,但是隨著軍艦用綜合電力系統的研製成功,改進後的QD400燃氣輪機在經過一些上艦改進後可以作為未來國產兩棲攻擊艦主動力,而且QC185本身37.2%的熱效率在增加間冷回熱等技術後,其熱效率有望達到40%左右。未來也可以作為國產現有QC-280燃氣輪機的備選型號裝備在現有052/055型導彈驅逐艦上。

總結一下就是我國早期受限於國內工業水平不高和艦用燃氣輪機的落後,在艦用燃氣輪機的技術上長期處於追趕局面。現在隨著我國在航空發動機領域的技術發展和進步,國內燃氣輪機的型號和輸出功率也越來越多越大。當然總體來說就算是中船重工自主研發的CGT-15燃氣輪機,雖然熱效率已經追趕上世界先進水平,但是這是以現有的裝機動力作為參考,和國外三大航發巨頭45%的艦用燃氣輪機相比差距還有,而且在低輸出功率下的熱效率指標、油耗經濟性、可靠性、增壓比、負荷比、體積、重量等當年還有不少差距。特別是在綜合電力系統已經被廣泛應用到軍艦上以後,對於燃氣輪機的基礎性能指標和負荷運行時間都提出了更高的要求。


魑魅涅磐


全靠進口。


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二流,英德比我們強,別說美俄了


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