军舰动力装置概况——燃气轮机

军舰动力装置概况——燃气轮机美国FT-8舰用燃气轮机

(一)研制背景和研制打算

FT-8燃气轮机由普拉特?惠特尼(P&W)公司的JT8D-219航空涡扇发动机派生。JT8D-219是JT8D系列中的最新型号，1985年开始投入使用。研制时充分利用了FT-4燃气轮机的成功体会，并移植了普拉特?惠特尼公司的PW2037和PW4000航空发动机的先进技术。在设计上突出了机组的高效率、高寿命和高可靠性。JT8D系列是一型成熟的航空发动机，20余年来已生产14000余台，并装在3000多架民航飞机上，如波音727、737、DC-9、MD-82等。累计运行了两亿八千五百万飞行小时，平均单台寿命超过1 8000h。

FT-8是1986年开始设计的。派生时将低压压气机改为8级，前两级用JTSD的风扇改成，第3级至第8级除对第3级压气机叶型作修改外，其他5级不变。进口导流叶片与前2级静子叶片可调。高压压气机共7级，7级高压压气机不变，重新设计了燃烧室和燃料系统。高、低压涡轮叶片加大了冷却，并设计了涡轮间隙操纵结构。动力涡轮4级，涡轮效率93．6％，燃气轮机总效率38．7％，是当代同等功率燃气轮机中最高的。

(二)系统组成和要紧性能

FT-8燃气轮机由进气道、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、动力涡轮、排气装置和操纵系统等部套组成。

高压涡轮。单级轴流式。涡轮叶片和导向叶片为气冷，涡轮叶片材料为MAR-M-247，导向叶片为MAR-M-509，轮盘为In718。叶片涂层为N iCoCrAly。

低压涡轮。2级轴流式，第1级气冷。所有叶片材料皆为MAR-M-247，轮盘皆为Was-paloy。除第2级导向叶片涂层为PtAl外，其余叶片涂层皆为NiCoCrAly。

动力涡轮。4级轴流式，叶片材料除第3和第4级导向叶片为In7 18外，皆为In738。轮盘为Ing01。第1和第2级涡轮叶片及导向叶片涂层为PW A73铝硅，轴采纳PW All0铝涂层。

排气装置。材料为409不锈钢，结构形式为5个环状圆弧形导流片形成的扩压腔，将气流由轴向转至径向，然后由排气涡壳排出。

轴承。燃气发生器共有7个滚动轴承，动力涡轮的2个支点共用3个轴承支承起动机。空气轮机，也可选用液压马达。

操纵系统。Woodward公司的NECON 5000数控系统。

FF-8燃气轮机如图5．1-4所示。

FT-8舰用燃气轮机在大气温度270(2，考虑进排气缺失时的性能见表5．1-1。

表5．1-1 FT-8舰用燃气轮机在2706、有进、排气缺失时的性能要紧技术性能

最大

连续

输出功率／kw(hp)

热耗／(kJ／(kW?h)(kJ／(hP?h)))

油耗／(s／(kw?h)(s／(hp?h)))

热效率／％

空气流量／(kg／s)

压比

排气温度／℃

动力涡轮转速／(r／min)

尺寸(长x宽x高)／mm

重量／kg

24883．4(33855)

9333(6860)

217．7(160)

38．6

5791X 1829X 1829

7711

22653(30820)

9503．4(6985)

221．8(163) ．

37．9

79．4

18．7

443

3000

5791 X 1829X 1829

7711

FF-8三轴、轴流式舰用燃气轮机要紧由美国联合技术公司涡轮动力和船用系统分部(UnitedTechnologies，TurboPower&MarineSystems)研制。合作研制单位还有我国的成都发动机公司。据称，FT-8舰用燃气轮机已开始试制。外刊报道，"大凤凰世界城"号旅行船已选4台FT-8作动力。采纳联合循环，为该船供电、供汽。此船拟用于美国东海岸、墨西哥湾和加勒比海地区作旅行、会议、展览船。除舰用型外，还有发电型和机械传动型。发电型功率24800kW(用蒸馏油)和26130kW(用天然气)，动力涡轮转速300 0r／min和3600r／min；机械传动型功率25754．4kW(35040hp)和25357．5 kW(34500hp)，动力涡轮转速相应为3000r／min和5000r／min。

FY-8燃气轮机的发电型和机械传动型已开始批生产，并已卖出相当数量。

FT-8燃气轮机的燃气发生器均由美国涡轮动力和船用系统分部制造。而动力涡轮的制造则除了该厂外，还有德国的MANGHH公司。它进展了FT-8-30(FF-8A)的动力涡轮。此动力涡轮转速较高，约5000-5775 r/mi

n。此动力涡轮提供的功率为26000 kW，热效率39％，用作泵等的机械传动。

FF-8舰用型与发电型不同之处是舰用型提升了涡轮的进口温度和

功率。其他部分除箱装体、系统和输出轴有改变外，均与发电型相同。

日本是FF-8燃气轮机舰用型研制许可证得到最早的国家。它的舰船用FF-8是在FT-8燃气发生器的基础上，配上新设计的三级动力涡轮而成。日本FT-8舰用燃气轮机由三菱重工业公司研制，称为MFF-8，设计开始于1991年10月。由于采纳的转子较短，因此，不仅在整个工作范畴内振动较小，而且尺寸小、重量轻、效率高。日本研制的MFF-8舰船用燃气轮机在ISO条件下的额定功率为25423．7 kW(34590hp)，油耗221．5 g／kW?h(1 62．8 g／hp?h)，转速1000-5000r／min，排气温度467℃，箱装体尺寸88 00iTllnX2650llllnX26001llin，重量16t。

日本设计MFT-8舰船用燃气轮机曾经作过的部件试验如下：

①海上试验船"翱翔"号燃气轮机进气系统模块模型试验。

②排气系统模型试验。

③排气引射器性能和在箱装体内进行换气的模型试验。

④从燃气轮机进气口换装燃气发生器的模拟试验。

⑤轴承性能试验。

⑥燃气轮机转子高速旋转振动试验。

⑦操纵台等的电气元件的环境和系统试验。

"翱翔"号(TSL-A70)MFT-8燃气轮机于1993年夏制造完成，其后开始了历时三个月的工厂试验，实现了最大功率24255kW(33000hp)，额定功率20580kW(28000hp)。1994年初，两机装于"翱翔"号船，同年4月启动、联调和采集数据，7-12月进行海上试验。海上试验内容包括：

①在喷水推进装置负荷下启动、加速和减速。此项试验虽在工厂试验时用水力测功器作过，但负荷特性仍有微小差异，需在海上试验中进行过渡特性的确认和调整。海上试验表明，从惰转加速至额定转速仅需一分钟，用启动按钮启动仅需两分钟。停车后，自动进行五分钟的冷却，之后可随时再次启动。