用于舰船综合电力推进的燃气轮机关键技术研究与应用

综合电力推进系统由于其独特的优势已经成为未来船舶,特别是军用舰船的发展方向.为了保障作为综合电力推进系统原动机的燃气轮机,安全、可靠、高效地运行,必须研究相关的系统集成技术,确保其运行的高效率和高冗余,需要研究其在大冲击、大功率负载突变运行环境下的解决方案,研究在舰船电力系统孤网运行条件下的综合控制技术.对系统集成、抗冲击、大功率负载变化对燃气轮机影响和发电综合控制等4项关键技术进行了分析,并就其国内外的发展以及技术实现途径进行了探讨.     

WR-21舰船用燃气轮机的设计特点

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。     

舰船燃气轮机发展现状、方向及关键技术

舰船燃气轮机在大中型水面舰艇动力中占主导地位,是海军现代化的一个重要标志。本文回顾了国内外舰船燃气轮机的发展历程,介绍了舰船燃气轮机发展走航改舰用和独立发展道路的状况。分析了典型舰船燃气轮机LM2500系列、MT30和UGT25000的技术特点和性能,从提高功率与热效率、提高可靠性与可维护性、发展产品系列化与谱系化等方面展望了舰船燃气轮机的发展方向,并提出了在材料及制造工艺、金属增材制造、气动设计、低排放、冷却及热障涂层、双燃料、智能化和混合动力等方面需要发展的关键技术。     

舰船燃一蒸联合循环的稳态与动态特性分析

燃气-蒸汽联合循环（COGAS）是提高燃气轮机经济性有效途径之一。对舰船燃-蒸联合循环系统建立了数学与仿真模型,对其性能进行分析。由分析结果可知,在高或低工况下,燃气轮机采用燃-蒸联合循环后,其效率都显著提高。     

间冷回热燃气轮机发展现状

概述了国内外间冷回热燃气轮机的发展现状;结合国内情况,提出了发展大功率舰船用燃气轮机的建议。     

舰船燃气轮机技术及发展

介绍了国内外舰船燃气轮机的发展状况,分析了典型舰船燃气轮机LM2500系列、MT30和UGT25000的技术特点和性能,展望了舰船燃气轮机的发展方向,并提出了需要发展的关键技术。     

舰船燃气轮机问冷器优化设计与性能分析

板翅式换热器由于其高效紧凑的换热特点成为目前舰船燃气轮机间冷器的首选形式。借助板翅式换热器内部流动通道的换热和压降计算方法,针对舰船燃气轮机特点设计了模块化间冷换热器,并进行了间冷器结构参数优化分析。结合间冷器冷热介质流量对其性能的影响,合理优化设计冷热介质流量参数,分析了在燃气轮机非设计工况下间冷器的效率和气侧总压恢复系数的变化情况。     

1 次表面换热器在舰船燃气轮机间冷系统中的应用

1次表面换热器凭借其高效紧凑的换热特点特别适用于舰船燃气轮机的间冷系统中。为其在燃气轮机间冷系统的应用提供设计指导,在保证间冷系统性能要求的前提下减小间冷器的尺寸和体积,开展液-气1次表面换热器的换热性能和压降研究。针对舰船燃气轮机设计点间冷器的典型热力参数和布置特点,设计了满足间冷系统性能要求的间冷器模块,给出并分析了所设计的间冷器在不同冷却淡水温度和流量下的换热器性能。结果表明:在燃气轮机非设计工况下间冷器的气侧出口温度和压降会随着燃气轮机负荷的下降呈近似线性下降,在燃气轮机低负荷时需注意气体中水冷凝问题。     

舰船燃气轮机技术的发展途径

分析了国外舰船燃气轮机的发展的现状、趋势和技术途径,结合中国舰用燃气轮机的研制情况,提出了中国舰船燃气轮机的发展策略,即走航空发动机改型的道路。     

航空发动机用于地面燃煤差速联合循环的性能研究

提出一种新型燃煤联合循环发电技术—载热部分气化燃煤联合循环（ＣＧＣＣ），在这一系统中采用了由航机改型的ＦＴ－８燃气轮机。本文通过对燃气轮机系统性能的分析，采用模块化建模方法，全面地分析了燃气轮机在系统中设计工况和变工况下的工作情况，认为ＦＴ－８燃气轮机用于ＣＧＣＣ系统具有很大优越性。     

航改燃气轮机总体性能与排气装置的一体化设计

分析了舰用航改燃气轮机的设计特点,提出了在总体性能设计中采用排气装置一体化设计技术的合理性;对某型舰用燃气轮机排气装置的一体化设计进行的理论分析表明:排气装置达到了一体化的设计目的,燃气轮机整体性能得到了最佳的性能匹配。     

间冷循环热力学特征及参数化分析研究

间冷循环技术是大幅提升燃气轮机性能的有效手段。采用图解法分析了间冷热力循环的技术特征,并运用数学推导论证了间冷循环技术可以提高燃气轮机输出功率和热效率的本质。通过搭建数学模型,编制了计算程序,进行了燃气轮机简单循环与间冷循环参数化计算分析,重点进行了总体方案设计中压比分配原则的研究,并结合实际工程案例的参数分析予以佐证。结果表明:在低压和高压压比为0.3左右时,间冷燃气轮机的综合性能最佳。     

内燃波转子技术对燃气涡轮发动机性能影响

为研究内燃波转子技术提高燃气涡轮发动机性能变化规律,建立内燃波转子燃气涡轮发动机热力循环分析模型,开展内燃波转子通道出口气流马赫数、压气机压比等参数变化对燃气涡轮发动机性能的影响研究,探讨了内燃波转子燃气涡轮发动机热力循环状态参数变化规律.研究结果表明:当压气机压比等于3.6时,发动机比推力和热循环总效率最大提高23.709%,耗油率最大减少19.165%;当通道出口气流马赫数等于0.6时,发动机比推力最大增幅达23.736%,此时压气机压比为4.4、发动机热循环总效率32.216%和耗油率减少24.366%,熵增减少7.864%,验证了内燃波转子技术能够提高燃气涡轮发动机总体性能.研究结果为深入开展内燃波转子燃气涡轮发动机基础理论和关键技术研究奠定基础.      

磁浮多电航空发动机的研究现状及关键技术

介绍了国际上磁浮多电发动机的研究现状、发展趋势及其核心关键技术如高温磁悬浮轴承、高温位移传感器、附件电传动技术、备用轴承和多电发动机的结构设计。介绍了美国的IHPTET计划中有关磁浮多电发动机的研制情况,IHPTET计划和美国的德雷伯实验室(DraperLaboratory)、Synchrony公司等多个单位进行了长期的合作,共同研制该发动机的核心关键技术"高温磁悬浮轴承",从目前掌握的资料分析,IHPTET计划中的磁浮多电发动机将采用Synchrony公司研制成功的"高温磁悬浮轴承"。1997年底,欧共体制定了类似的AMBIT研究计划,期望率先研制出以磁悬浮轴承支撑的航空发动机,参加该计划的有英国、德国、法国、奥地利和瑞士等5个国家。      

海洋环境下航改燃气轮机腐蚀防护与控制

分析了航改燃气轮机在海洋环境下的腐蚀形式与机理;借鉴国内外海洋环境下燃气轮机的防腐蚀成功经验,从选材和涂层系统2个层面进行了腐蚀防护设计,建立了航改燃气轮机防腐选材体系。结果表明,该防护体系能够满足航改燃气轮机在海洋环境下的防腐蚀要求。     

船用燃气轮机间冷器流路的数值计算分析

借助计算流体动力学(CFD)数值模拟技术,实现了船用燃气轮机间冷器整个流路的总压损失分析.数值模拟计算中针对间冷器模块采用了等效流通面积和等效换热效果的方法,有效解决了整个流道计算间冷器建模问题.数值模拟计算结果表明,CFD数值模拟技术可以有效的分析包括间冷器在内的整个流路的流场细节,改善间冷器的流路设计.CFD数值模拟技术与间冷换热器设计技术的结合,可以有效提高船用燃气轮机间冷器整个流路的优化设计水平.