WR-21舰船用燃气轮机的设计特点

燃气轮机的设计和结构特征燃气轮机作为一种重要的能源装置，广泛应用于发电、船舶、飞行器和海洋平台等多个领域。

它具有高效、环保、可靠等优点，被誉为“能源转化的明珠”。

在这篇文章中，我们将从设计和结构特征两个方面来探讨燃气轮机的工作原理及其应用。

燃气轮机的工作原理燃气轮机是一种利用燃气推动涡轮转动的装置，其工作原理基于一定的热力学循环。

燃气轮机的主要构造包括压气机、燃烧室、涡轮及排气系统。

其基本工作原理如下：1. 压气机：首先，高速旋转的压气机将进入的空气压缩至高压状态，提高了热力学循环的效率，使其具有更好的效率和更好的经济性。

2. 燃烧室：压缩后的空气经过燃烧室，与燃料混合燃烧，形成高温、高压的燃气，使发电机等设备转动。

3. 涡轮：燃气轮机的动力输出是由涡轮转动所产生的。

在燃气的冲击下，涡轮叶片自然转动。

4. 排气系统：燃烧后的高温、高压燃气从涡轮排出，经过排气管冷却后，可以进一步转化为蒸汽，这样可以利用回收能源，提高热效率。

燃气轮机的结构特征燃气轮机的设计和结构是其能够工作的关键。

为了达到更高的效率和可靠性，燃气轮机必须具备以下几个特点。

1. 高温压缩：为了使轮机达到更高的效率，高度压缩空气是非常必要的。

但是，由于高度压缩的过程会产生大量的热量，因此轮机涉及到的空气温度可以达到500摄氏度以上。

这种高温压缩会对引擎的耐热性能提出更高的要求。

2. 复杂的涡轮结构：为了减少轮机的工作过程中的功率损失，轮机必须具备复杂的涡轮结构。

轮机涡轮叶片的组合设计和材质选择可以对轮机转速、输出功率和效率产生显著影响。

3. 精密的燃烧室：燃烧室是轮机中最关键的模块之一，负责将空气和燃料混合、燃烧行程。

为了达到更高的效率，燃烧室必须具备以下几个特点：高速、高压喷嘴、自动调节的燃料供应系统和触发器保护装置等。

4. 先进的监控系统：为了确保燃气轮机的安全，轮机必须具备一套高效可靠的监控系统，通过实时监测和数据分析，为轮机维护、故障排查和灾难防范提供动力支持。

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舰船用燃气轮机
《舰船用燃气轮机》
舰船用燃气轮机是一种非常重要的动力装置，被广泛应用于各种类型的舰船上。

它的主要作用是为舰船提供动力，使其能够在海上航行，并且具有灵活性和高效率。

在现代海军中，舰船用燃气轮机已经成为主要动力装置，取代了以往的蒸汽轮机和柴油机。

舰船用燃气轮机具有许多优点，首先是其高功率密度和快速响应能力。

舰船需要在短时间内获得足够的动力来加速或者减速，而燃气轮机能够快速调节转速，满足舰船的需求。

其次，燃气轮机具有高效率和低排放的特点，可以有效降低舰船的能耗和环境污染。

另外，燃气轮机的维护成本相对较低，使用寿命长，可以提高舰船的可靠性和持续性。

舰船用燃气轮机的工作原理是利用燃气驱动涡轮机转动，然后通过机械传动装置将动能传递给船舶的推进装置，从而推动舰船前进。

燃气轮机可以使用多种燃料，包括天然气、柴油和船用燃料油，具有很强的适应性和灵活性。

总的来说，舰船用燃气轮机是一种性能优异、安全可靠的动力装置，对于提高舰船的作战能力、经济性和环境友好性都具有重要意义。

随着技术的不断进步和成熟，舰船用燃气轮机将会在未来发挥更加重要的作用，成为舰船动力系统的首选。

舰船燃气轮机发展现状、方向及关键技术发布时间：2021-08-11T14:55:44.460Z 来源：《工程建设标准化》2021年36卷9期作者：高思阳1 孙雅慧2 [导读] 船用燃气轮机是大中型水面舰艇的重要能源类型高思阳1 孙雅慧2 1中国船舶集团有限公司第七〇三研究所黑龙江哈尔滨 1500782哈尔滨东安汽车动力股份有限公司黑龙江哈尔滨 150066摘要：船用燃气轮机是大中型水面舰艇的重要能源类型，是海军现代化建设的重要标志。

本文考察了船用燃气轮机的发展状况，分析了船用燃气轮机的发展方向，并介绍了船舶燃气轮机的关键技术。

关键词：舰船燃气轮机；发展现状；方向；关键技术引言船用燃气轮机具有功率大、体积小、重量轻、启动快、速度快、移动速度快等优点，可提高船舶的技术性能和航速。

世界上所有军舰通常都使用全燃料或柴油联合循环发电厂，装舰范围包括船舶、游轮、制导机枪、潜艇、鱼雷艇、登陆艇、海军援助舰、沉船和测量船等。

一舰船燃气轮机的发展现状我国曾经较早开始使用船用燃气轮机，1958年被列入国家发展计划。

1959年，从前苏联引进M-1型燃气轮机，在主发动机速度快于航母的情况下，为舰船生产各种电动机。

1961年，上海蒸汽电厂建造了国产燃气轮机，安装在了我国建造的062型高速运输船上，并对该船的燃气轮机进行了检验，这是我国首次尝试将其用于水面舰艇。

1964年，我国成功建造并建成了第一台4.4型舰船用燃气轮机。

然后，我国在舰船燃气轮机的发展上走西方技术道路，升级舰船燃气轮机，并进行舰船燃气轮机国产涡喷-8的研发。

此后，我国先后研制了各种型号的舰船燃气轮机。

其中，涡轮螺旋桨6型航空发动机中的409型汽油发动机成功用作722型气垫船的主要电气部件。

20世纪70年代，我国从英国进口了 Spey MK202 涡轮发动机。

20世纪80年代新一代GT-1000汽轮机进入市场，1993年通过样机性能审查。

这表明我国对新一代电动机技术已经很熟悉。

船舶设计趋势了解新一代船舶设计的创新特点船舶设计一直以来都是航海领域的重要环节，随着科技的不断进步和航运需求的不断增长，新一代船舶设计呈现出许多创新特点。

本文将介绍几个目前船舶设计中的趋势，以及它们的创新特点。

一、绿色环保设计随着全球环境问题的日益突出，船舶设计也逐渐注重绿色环保。

新一代船舶设计将可持续发展理念融入其中，采用更环保的动力系统和材料，以减少对海洋生态系统的影响。

例如，船舶设计采用了涡轮螺旋桨系统，能够提高船舶的燃油效率，减少废气排放。

同时，还使用了新型复合材料代替传统的金属材料，减少了船舶的自重和阻力，提高了航行速度，从而降低了能耗和污染排放。

二、数字化技术应用新一代船舶设计中，数字化技术的应用日益广泛。

通过数字化仿真和虚拟技术，可以对船舶的性能进行全面的评估和优化。

船舶设计师可以通过计算机辅助设计（CAD）软件进行三维建模，实现对船舶结构和外形的精确控制，从而提高设计的准确性和效率。

此外，数字化技术还可应用于船舶的自动化控制系统，实现船舶的智能化操作和监控，提高航行的安全性和可靠性。

三、智能化系统集成新一代船舶设计将智能化系统的集成作为一项重要趋势。

船舶设计师通过集成船舶的导航、通信、控制等系统，实现船舶的智能化管理。

例如，智能导航系统可以利用全球定位系统（GPS）和地图数据进行精确导航和航线规划，避免了船舶与障碍物的碰撞风险。

智能通信系统则提供了船舶与岸基机构之间快速、可靠的信息传输和数据共享，提高了航行的协调性和效率。

四、模块化设计模块化设计是新一代船舶设计中的另一个重要特点。

传统的船舶设计往往是整船一体化设计，难以进行部件的独立更新和维护。

而模块化设计将船舶划分为多个独立的模块，每个模块可以独立设计、制造和维护。

这种设计方式不仅提高了船舶的可维护性和可靠性，还可以加快船舶的建造周期，降低了建造成本。

五、多功能设计新一代船舶设计趋向于实现多功能的设计理念。

传统的船舶设计通常只满足特定的功能需求，而新一代船舶设计则追求船舶具备多种功能。

舰用蒸汽轮机简介展开全文透平结构蒸汽轮机的主要功能部件是蒸汽透平。

与往复式蒸汽机的汽缸-活塞结构不同，透平是旋转式的叶轮机械，它的主要结构是转子和汽缸体。

转子外环和汽缸体内环分别有一圈一圈的叶片，其中汽缸体上的叶片环称作静叶栅，或者叫喷嘴环，转子上的叶片环称作动叶栅。

喷嘴环和动叶栅交替排列，通常一圈喷嘴环和一圈动叶栅构成一“级”，透平就是由许多“级”串列组成的，如图1：图1蒸汽轮机结构图从锅炉引来的高压蒸汽进入透平后，以接近绝热膨胀的状态依次从各级叶栅中高速流过。

绝热膨胀的过程中，蒸汽的压力和温度降低，同时速度增大，此时蒸汽的一部分热能转换成动能。

高速气流在随后的动叶栅中大角度转向，这就施加给动叶一个圆周向的力，推动转子高速旋转，从而将气流动能转化成轴功率输出。

经过多级叶栅的膨胀做功之后，温度压强都大幅降低、不再有做功能力的“乏蒸汽”进入冷凝器重新凝结成水，返回锅炉。

轴系结构当汽轮机功率大、级数多时，需要分轴以免轴系长度太大。

一般而言功率大于1万马力的舰船汽轮机都使用分轴结构，即转子分成高、低压透平两轴或者高、中、低压透平三轴。

舰船经常需要快速减速或者倒航，但螺旋桨叶片扭转方向是不能改变的（当时没有变距桨技术），这就要求主轴必须能够反向旋转。

不过，透平叶片扭转方向同样也决定了透平轴的旋转方向，因此透平也不能直接反转，解决办法是设置倒航透平，也就是在主轴上增加一组叶片扭转方向与正车透平相反的涡轮。

当主轴需要反转时，蒸汽不从正车透平流过，而是从倒车透平流过，此时主轴就反转了。

在20世纪初期，大部分大型战舰的主机都采用一台轮机分成二轴，由高低压透平各驱动一根主轴的结构形式，每一根主轴上同时包含一个倒车透平组，如图2所示为英国无畏号战列舰所装备的帕森斯式蒸汽轮机：图2一战时典型的分轴驱动蒸汽轮机系统由图可见，这台（更严谨一点，应该用“套”这个单位）蒸汽轮机包含多个透平，其中高压正车透平和高压倒车透平共轴，驱动外侧轴；一体化汽缸结构的低压正车/倒车透平和巡航透平共轴，驱动内侧轴。

船舶动力装置的基本类型及其特点近代舰船上动力装置的型式按主推进装置发动机的类型来分，有柴油机装置、蒸汽轮机装置、燃气轮机装置、联合装置和原子能装置。

一、柴油机动力装置柴油机动力装置常根据主机功率传递方式的不同，分为直接传动螺旋桨、通过离合器- 减速齿轮机组驱动桨的间接传动和通过发动机、电动机-驱动桨的电力传动，以及不采用桨的喷水推进装置等几种型式。

柴油机的动力装置有如下几个方面的优点：（1）有较高的经济性。

它的油耗率（kg/(Kw*H)）比蒸汽、燃气动力装置低得多，高速柴油机油耗率为0.21~0.245，中速（300~800r/min ）机为0.166~0.190；低速（300r/min 以下）机为0.160！0.176，一般蒸汽轮机装置 油耗率要0.245~0.47。

燃气轮机装置油耗率则更大，为0.27~0.47（kg/(Kw*H)）。

这一优点使柴油机的续航力大大提高，换句话说，一定续航力所需之燃油储带量较少，从而使营运排水量相应增加。

（2）质量轻。

柴油机动力装置中除主机和传动组外，不需要主锅炉、燃烧器以及工质输送管道，所以辅助机械和设备相应较少，布置简单，因此单位质量指标较小。

（3）有良好的机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速。

一般正常启动到全负荷只需10~30 min ，紧急时仅需3~10 min 。

虽然比燃气轮机差些，但它不需像燃气轮机装置那样一套复杂的启动和倒车设备。

柴油机装置停车只需2~5 min ，主机本身停车只要几秒钟即可。

柴油机装置存在如下几个缺点：（1）由于柴油机的尺寸和质量按功率比例增长快，因此单机组功率受到限制，低速柴油机也达6* 410 Kw 左右，中速机2*410Kw 左右，而高速机仅在8* 310 K 或更小，这就限制了它在大功率船上使用的可能性，大功率舰艇常希望有3* 410~3* 510Kw ，故其无法胜任。

（2）柴油机工作中的噪声、振动较大。

（3）中高速柴油机的运动部件磨损较厉害，高速强载柴油机的整机寿命仅1~5 kh 。

舰船动力系统的革命综合电力推进系统西约舰船动力系统的革命--综合电力推进系统000首页 > 《防务周刊》 > 舰船动力系统的革命--综合电力推进系统舰船动力系统的革命--综合电力推进系统十九世纪初，蒸汽机应用取代风帆动力是船舶航行史上一次划时代的突破，而综合电力推进系统在舰船上的应用的意义则不亚于蒸汽革命。

综合电力推进系统很有可能成为未来世界各国舰船的主要动力手段。

综合电力推进系统来历综合全电力推进系统是电力推进舰艇用于实施电能综合利用和统一管理的系统。

它将舰艇上动力机械能源全部转化为电力，提供舰艇推进动力和全舰其他设备用电。

在二战期间，美军因齿轮装置供不应求，曾建造数百艘电力推进战舰。

由于受当时技术水平限制，整个电力推进系统笨重，体积大，并有高压危险。

80年代以来，随着电子技术的发展，国外民用船舶采用电力推进的已达30%，英国并在23型护卫舰上采用了电力推进。

这种电力推进系统并不是综合全电力推进系统，因为舰上还保留有辅助动力系统，为其他设备提供用电。

1994年，美海军提出综合全电力推进系统概念，并开始进行研究，计划在2006年装备DDG-1000驱逐舰上，还打算在“弗吉尼亚”级攻击潜艇上采用。

英法也已开始联合研究该系统。

英国计划在2艘航母（2012年开始服役）和水面舰艇及未来攻击潜艇上采用，法国计划在未来的战舰和潜艇上采用。

德国和加拿大也在进行相关技术的研究。

DDG-1000的综合电力推进系统2006年8月10日，DRS技术公司获得一份1.86亿美元的合同，为美国海军下一代DDG-1000驱逐舰设计生产综合持续作战电源(IFTP)系统。

IFTP系统将为驱逐舰的综合电力系统(IPS)提供支持，向舰载武器、传感器和各种辅助系统提供日用电的转换和分配。

DRS公司将对DDG-1000级驱逐舰配电系统的先进电力转换模块进行详细设计、开发、验证和生产。

这些大功率先进电力转换模块构成IFTP系统的框架，由海上系统司令部开发。

WR-21舰船用燃气轮机的设计特点孙爱军;肖娜新;马力【摘要】WR-21燃气轮机是效率高、结构紧凑、可靠性高、维护性好的先进舰船用燃气轮机.介绍WR-21燃气轮机的工作原理和技术优势,总结其继承航空发动机技术与经验和创新采用间冷回热循环的设计特点,以为中国研究与研制舰船用燃气轮机提供参考与借鉴.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2010(036)004【总页数】5页(P49-52,31)【关键词】燃气轮机;舰船;设计【作者】孙爱军;肖娜新;马力【作者单位】海军驻平坝地区航空军事代表室,贵州平坝,561102;中国人民解放军65047部队,沈阳,110001;海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室,沈阳,110043【正文语种】中文1 引言WR-21舰船燃气轮机是美国海军、英国海军和法国海军合资研制的新型大功率先进循环燃气轮机。

由于具有耗油率低、维护费用低、污染排放少、红外信号少等明显技术优势，其应用范围广泛且发展潜力巨大，因而其设计特点对中国开展舰船燃气轮机的研究与研制工作具有重要的借鉴和参考作用。

2 WR-21燃气轮机的设计特点WR-21燃气轮机是装有间冷器和回热器的1种简单循环燃气轮机，如图1所示。

其工作原理：由径向进气道进入燃气轮机的空气，首先被中压压气机和高压压气机（其压比分配比例为30/70）压缩，然后从中压压气机流出，进入间冷器冷却。

冷却过程是先用闭环的淡水/乙2醇冷却剂通过机上换热器对空气进行冷却，再用淡水/海水机外间冷器对淡水/乙2醇进行冷却。

间冷器减少了驱动高压压气机所需的功，而且降低了回热器空气侧的进口温度。

进口温度降低允许空气在回热器中尽可能多地吸收热量。

采用间冷就必然降低效率，因为一部分热量在循环中直接损失了。

回热器系统与间冷器系统联合使用减少了压气机的耗功，从而减少了损失，因而，提高了燃气轮机的效率。

离开间冷器的气体在高压压气机中进一步压缩，然后通过2根管子流进回热器。

WR-21——新一代的船用燃气轮机
闻雪友;李伟
【期刊名称】《热能动力工程》
【年(卷),期】1999(14)1
【摘要】ＷＲ－２１是２１世纪初的新一代船用燃气轮机，由于采用了间冷、回
热技术，使其具有优良的变工况性能。

本文综述了该机的研制历程，发动机的性能，各主要部件的设计和维护特点。

【总页数】6页(P1-6)
【关键词】燃气轮机;船用燃气轮;ICR;设计;性能
【作者】闻雪友;李伟
【作者单位】哈尔滨七○三研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U664.131
【相关文献】
1.新一代先进船用燃气轮机WR—21 [J], 史麟观
2.新一代先进船用燃气轮机WR-21 [J], 史麟观
3.中美合作研制最新一代工业和船用燃气轮机 [J], 晓星
4.新一代先进船用燃气轮机WR-21 [J], 金
5.日本新一代船用燃气轮机(SMGT)研究计划 [J], 闻雪友;王明为;刘培栋
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英国“斯贝”舰用燃气轮机20世纪60年代，英国海军发现有必要研制一型15000hp级的燃气轮机，填补“太因”(5340hp)巡航机与“奥林普斯”(28000hp)加速机之间的功率缺挡。

“斯贝”舰用燃气轮机有几种变型，SMlA是基本型号，SMlC是提高功率的型号，“斯贝”舰用燃气轮机每台价格为325万-350万美元(1994年)。

舰用SMlA和SMlC是三轴轴流式燃气轮机，由英国航空“斯贝”燃气轮机改装而成。

箱装体模块包括燃气发生器、隔声箱体、进气叶栅弯管、辅助系统、电源接头和防火系统。

SMlA $MIC SMICR最大额定功率hp 17340 24480 29920油耗g/hp.h 176 167 143热效率％34．8 36．8 43．2动力涡轮转速r/min 5220 5500 5200低压压气机转速r/min 7550 8093进气空气流量kg/s 57．5 65排气流量kg/s 58．3 66．2燃烧室燃气出口温度℃1043 1220 1227动力涡轮进口温度℃610 710排气温度℃405 457 322压比19 22 15尺寸长x宽x高mm 7502X2286X 3077 7502X2286X 3077 8450x4000x6700 干重kg 250 693全重kg 25690 36000“斯贝”SMICR是中间冷却回热型，性能如下：功率hp 2720 19040 21760 27200 29920油耗g／hp.h 210 144 145 147 143还有一型称为1220-B2的“斯贝”舰用中间冷却回热燃气轮机，后演变为WR-21舰用中冷回热燃气轮机。

“斯贝”1220-B2中间冷却回热燃气轮机的性能：功率26400hp，热效率％41．5。

WR-21舰用燃气轮机WR-21以RR公司的航机RB211为核心机，技术特点：一.位于高、低压气机之间有中间冷却器。

改进了高压轴效率并增加约25%的发动机输出功率。