四海一心

侯　戈

1990年5月29日，江南造船廠為海軍建造的第一艘導彈驅逐艦舉行上船臺儀式，海軍副司令員張序三、船舶總公司副總經理黃平濤出席。

——《上海工業志·船舶工業》

1993年4月下旬，我和總政治部主任于永波，總后勤部政委劉安元等考察了正在建造中的第二代導彈驅逐艦。

第二代導彈驅逐艦是軍委確定的“八五”計劃重點工程之一，是海軍更新換代的重大裝備，也是我擔任海軍司令員時倡導研制的。與第一代相比，在機動性，防空，反潛、作戰指揮與控制等方面都有較大的提高，達到了國際80年代先進水平。

1995年5月8日，我參加了第二代導彈驅逐艦首艦交船儀式。

——《劉華清回憶錄》

這艘從建造伊始就受到眾多高層領導重視的軍艦，就是052型導彈驅逐艦的首艦——號稱“中華第一艦”的“哈爾濱”號。該艦不但第一次在設計時就配置了防空導彈、艦載直升機系統、拖曳聲吶和反潛魚雷，還有一個支持其乘風破浪、征服大洋的最重要的第一次——裝備了先進的燃氣輪機動力裝置。而這種先進的燃氣輪機，就是來自于大洋彼岸的杰作——美國通用電氣LM2500艦船燃氣輪機。

研制背景

美國通用電氣公司是美國、也是世界上最大的電器和電子設備制造公司之一，總部位于美國康涅狄格州的費爾菲爾德市。公司由多個多元化的基本業務集團組成，如果單獨排名，有13個業務集團可名列《財富》雜志500強。除了生產消費電器、工業電器設備外，還是著名的軍事裝備制造商。

與同樣著名的波音公司不同，通用電氣公司的名稱并非來源于創始人的名字，這在美國的百年老店里是非常罕見的。實際上，它來源于1876年著名的美國發明家托馬斯·愛迪生創立的愛迪生電燈公司。1890年，愛迪生將各項業務重組，成立了愛迪生通用電氣公司。1892年，在與湯姆森一休斯頓電氣公司合并后，成立了通用電氣公司(General Electric Company，GE)，當時的總部設在紐約。1896年，道瓊斯工業指數榜設立，通用電氣公司是當時榜上的12家公司之一。時至今日，它還是唯一一個保留在道瓊斯30指數榜上的公司。

1960年，應美國海軍的要求，通用電氣公司開始為海軍沿岸炮艇開發新型燃氣輪機動力裝置。為了提高新型發動機的研制速度，在空、海軍戰斗機上已經獲得大量采用的J79渦輪噴氣發動機被選中為改裝的原型機。第一臺LM1500——這是賦予新發動機的編號，意味著它可以提供15000馬力(110325千瓦)等級的功率——從1961年10月開始裝艇進行海試，這是美國海軍艦艇第一次采用燃氣輪機作為動力裝置。

根據試驗中暴露出來的問題(主要是海水、鹽霧對發動機部件的腐蝕問題，以及使用含硫量更高、密度更大、雜質也更多的船用柴油導致的腐蝕和磨損問題)，通用電氣公司在1963年獲得了進一步的開發合同，小批量試生產LM1500燃氣輪機來裝備后續建造的炮艇，以擴大試驗規模。到1966年，該型燃氣輪機已經裝備了17艘“阿沙維拉”級炮艇，采用兩臺柴油機(巡航)加一臺燃氣輪機(高速)的CODOG驅動方式。經過連續幾年的裝備試驗后，LM1500終于在1969年正式定型，除用于海軍艦艇之外，還廣泛用作工業發電、油氣泵站以及其他專用設備的動力。

鑒于LM1500燃氣輪機的研制、試用成功，艦船燃氣輪機動力裝置得到了美國海軍的認可，特別是在進行反潛作戰時，裝備燃氣輪機動力裝置的艦船加速性遠高于裝備蒸汽輪機動力裝置的艦船，動力性、自噪音特性又遠勝于裝備柴油機動力裝置的艦船(當時還缺少現代的浮筏減震技術)。這對于當時正困擾于紅色狼群威脅的美國海軍來說，的確是一種理想的解決方案。于是，美國海軍也決定將燃氣輪機化作為海軍艦船動力發展的方向。不過與英國海軍分別采用專門的小功率巡航燃氣輪機和大功率加速燃氣輪機的COGOG組合不同，美國海軍走得更遠，直接要求獲得一種全工況燃氣輪機，采用COGAG的推進組合方式。這樣可以在主戰艦船上裝備同一個型號的燃氣輪機，不僅能通過提高采購量來壓低采購成本，還簡化了對后勤支援的要求。

為了滿足新一代大型驅逐艦超過30節的航速要求，其動力裝置的總推進功率必須達到約10萬馬力(73550千瓦)；而為了保障動力裝置的生命力，至少應設置兩組相互獨立的主機。這樣，新艦應該設置4臺同樣的全工況燃氣輪機作為動力，單機功率應該達到約2.5萬馬力(18387.5千瓦)。與之相比，蘇聯海軍“卡辛”級驅逐艦的動力裝置由8臺1.1萬馬力(8090.5千瓦)燃氣輪機組成，高下立見。

由于在開發LM1500燃氣輪機的過程中已經積累了足夠的研制經驗，新型燃氣輪機的發展合同毫無懸念地落到了通用電氣公司手中。鑒于新型燃氣輪機的功率等級比LM1500上了一個臺階，一般的航空噴氣發動機已經難以滿足要求。當時美國空軍最大、最重的飛機是研制中的C-5“銀河”重型運輸機，其上將要裝備的通用電氣TF39渦輪風扇發動機是當時推力最大的發動機，該機當仁不讓地成為改裝新型燃氣輪機的最優選擇。

TF39渦輪風扇發動機的源頭來自于1959年，當時美國空軍提出“輕重量燃氣發生器”計劃，后改稱“先進渦輪燃氣發生器計劃”。這是一個由美國軍方牽頭、軍工界共同參與的先進航空技術預研計劃。由于燃氣發生器屬于渦輪發動機的核心部分，其性能高低決定了發動機的總體水平，技術難度也最大。通過開展“先進渦輪燃氣發生器計劃”，可以對關鍵技術進行先期研究，同時對燃氣發生器(核心機)進行裝機環境下的試驗驗證，從而降低型號研制的技術風險、縮短周期、減少成本。

1963年，在“先進渦輪燃氣發生器計劃”的支持下，通用電氣公司開發出第一臺“先進技術核心機”——GE1。GE1核心機由14級軸流式高壓壓氣機、環形燃燒室與2級冷卻式高壓渦輪組成，主要參數為：空氣流量32公斤／秒，壓比11，推力2272公斤，壓氣機前五級靜子可調，直徑0.61米，長度1.78米。在GE1的基礎上，衍生出了三型值得注意的驗證機——GE1／6、GE9和GE1／10。

1964年5月，美國空軍針對新型遠程重型運輸機的需求，提出發動機和飛機機體招標，其中要求發動機達到18000公斤級的推力。1965年4月，通用電氣公司以GE1／6驗證機參與投標，戰勝了競爭對手普拉特·惠特尼公司。1965年12月，新型TF39發動機首次試車，1967年6月開始試飛，到了1968年10月，TF39發動機便開始了生產型交付。在獲得美國海軍的新型燃氣輪機開發合同之后，1968年4月(這時TF39

還未正式投產)，通用電氣公司以TF39渦輪風扇發動機的核心機為基礎，開始了新型LM2500燃氣輪機的研制。

廣泛應用

1969年，通用電氣公司生產出第一臺LM2500樣機，次年，樣機被安裝到一艘滾裝船上進行了海上試驗。試驗證明，LM2500的輸出功率達到了25500馬力(18755千瓦)，效率達到了35.5％，完全滿足海軍的要求。隨后，通用電氣公司開始新型燃氣輪機的量產，第一般裝備LM2500燃氣輪機的是DDG963“斯普魯恩斯”號導彈驅逐艦。該艦采用兩組燃氣輪機、每一組均由2臺LM2500組合而成的COGAG推進方案，最大航速達到33節。美國海軍共建造了31艘8040噸的“斯普魯恩斯”級導彈驅逐艦。該級艦現已從美國海軍中退役，其中至少19艘已經被作為靶艦擊沉。

采用LM2500燃氣輪機的第二個大用戶是FFG7“佩里”級護衛艦。為了降低設計成本，該級艦直接采用了“斯普魯恩斯”級驅逐艦的一組2臺LM2500燃氣輪機動力裝置，驅動一具可調距螺旋槳。美國海軍共建造了51艘“佩里”級護衛艦，澳大利亞、西班牙、中國臺灣地區也引進和仿制此型艦，該級艦現已有一部分從美國海軍中退役。

1970年代后期，伊朗海軍訂購了6艘對空型“斯普魯恩斯”級導彈驅逐艦，后來因為資金問題減為4艘。巴列維王朝被推翻后，伊朗最后撤銷了這些艦的訂貨。當時建造工程已經基本完成，為了減小船廠損失，美國海軍接過了這4艘艦的合同，即DDG993“基德”級導彈驅逐艦，動力裝置同樣為兩組共4臺LM2500燃氣輪機。由于戰斗力偏低，該級艦已從美國海軍中退役，并轉售給中國臺灣地區。

為了滿足美國／北約近海防御的要求，波音公司為美國海軍建造了6艘“飛馬座”級導彈水翼艇，CODOG方式驅動，排水航行時使用兩臺柴油機，水翼航行時的動力為1臺LM2500燃氣輪機。

1970年代后期，美海軍原計劃設計一型裝備“宙斯盾”系統的核動力巡洋艦，但因為成本問題最終撤銷。取而代之的是設計一型“斯普魯恩斯”級的派生艦，即9466噸的CG47“提康德羅加”級導彈巡洋艦?！疤峥堤亓_加”級巡洋艦的建造總數為27艘，也使用了兩組共4臺LM2500燃氣輪機。之后裝備MK41多用途導彈垂直發射系統和“宙斯盾”系統的新型驅逐艦的大量服役，該級艦第一批建造的5艘由于裝備的是Mld6 Mod5型雙臂式導彈發射裝置，“宙斯盾”系統的威力難以完全發揮，已經提前退役，其中，CG50“福吉谷”號已經于2006年11月2日作為靶艦被擊沉。

為了對抗未來的新威脅以及滿足美國海軍當時計劃擁有600艘艦的要求，1981年，美國海軍開始投資發展新一代的驅逐艦，即現在的DDG51“阿利·伯克”級導彈驅逐艦。該艦裝備“宙斯盾”系統和MK41多用途導彈垂直發射系統，成本較“提康特羅加”巡洋艦要低，用于彌補后者不能大量建造而造成的防空火力空白?！鞍⒗げ恕奔墝楎屩鹋灲ㄔ鞌颠_到了52艘，同樣使用4臺LM2500燃氣輪機。得益于新型材料、工藝的發展，以及長期運行的經驗，LM2500的功率提高到了每臺30600馬力(22506千瓦)，效率達到了36.2％。

由于LM2500燃氣輪機的優異性能，其他國家海軍的艦艇也大量采用LM2500作為推進動力，而最為國人熟知的，就是號稱“中華第一艦”的052型“哈爾濱”號及其姊妹艦“青島”號導彈驅逐艦。到上世紀末，LM2500燃氣輪機的總裝機數已經超過1800臺，近30個國家的海軍共350多艘各類艦艇裝備了870多臺艦用LM2500，累計海上運行時間超過600萬小時，總運行時間超過了1800萬小時。

結構與系統

壓氣機是燃氣輪機的主要部件之一，它的作用是提高流經空氣的壓力，向燃燒室供給符合要求的壓縮空氣。壓氣機性能的優劣直接影響燃氣輪機的功率、油耗、工作穩定性和可靠性等主要性能。LM2500的壓氣機為16級、高壓比、軸流單轉子設計，主要由壓氣機前承力機匣、壓氣機轉子、壓氣機靜子(中機匣)和壓氣機后承力機匣等組成。壓氣機靜子的前端由前承力機匣殼體支撐，后部由壓氣機后承力機匣支撐。而壓氣機轉子的前端由滾柱軸承支撐，后端由滾珠軸承支撐。

前承力機匣形成了壓氣機進口空氣的流通通道，轂部與外殼之間用導流支板聯接，支板為空心結構，內有回油池的滑油供油和回油管路。該機匣同時還支承著壓氣機前軸承、進氣管、整流罩、壓氣機殼體的前端、進氣導葉內支承、輸入齒輪箱和回油池端蓋。在機匣中還有密封壓力和通風等的空氣通道，以及監測壓氣機進口空氣壓力、溫度等參數的傳感器。

壓氣機轉子是一個高速旋轉、對吸入空氣做功使其壓力上升的部件，核心是一個帶有圓周分布的燕尾榫槽的短鼓一輪盤混合結構，壓氣機葉片通過燕尾榫槽固定在其上。所有的法蘭聯接都采用過盈配合，以保證零件良好的定心和聯接剛性。轉子的短鼓一輪盤材料分別為：第1到10級為鈦合金，其余部分使用Inconel718合金制造。第1到14級工作葉片的材料為鈦合金，第15和16級工作葉片的材料為A286合金鋼。由于第1級工作葉片相對比較狹長、剛性較差，為了減少振動，在葉片的中部有減振阻尼凸臺，當所有的第1級葉片安裝好之后，凸臺共同組成了一個阻尼圈。

壓氣機靜子是氣流減速擴壓的部件，也是燃氣輪機的主要承力殼體構件之一，它與前承力機匣和后承力機匣構成了一個整體。各級整流器(靜子葉片環)固定在靜子機匣內，形成氣流通道的靜子部分。靜子機匣由4部分組成，并用螺栓固定在一起。前兩段對分式機匣用鈦合金制造，而后兩段對分式機匣用Inconel718合金制造。該壓氣機靜子由一級進口導葉和16級靜葉組成，進口導葉和第1到6級的靜葉為可調葉片。進口導葉和第1、2級靜葉的材料為鈦合金，第3到16級靜葉的材料為A289合金鋼。

為了保證壓氣機工作的效率，要求工作葉片、靜葉片與靜子、轉子之間的間隙盡可能小，以減少氣流從葉尖逸漏的損失。但葉片又必須跟壁面保持足夠的間隙，以方便安裝，并防止工作時葉片受熱膨脹與壁面碰撞，造成發動機損傷。為了解決這個矛盾，在工作葉片、靜葉片頂部相對的靜子、轉子壁面上噴涂有可磨損的材料，葉片的葉尖也作成可以磨損的形式，這樣，當發動機投入正常運行后，通過涂料跟葉尖之間的磨合，就能使間隙維持在一個合適的較小值，從而保證了壓氣機的高效運行。

壓氣機后承力機匣用lncone1718合金制造，由外殼體導流支板、轂以及回油池殼體組成，其外殼支撐著燃燒室、燃

油總管、燃油噴嘴(30個)、點火器(2個)以及第1級渦輪導向器支承。軸承的軸向和徑向負荷以及第1級渦輪導向器負荷的一部分由轂承受，并通過10個徑向導流支板穿至機匣外殼。轂與導流支板以及外殼體通過焊接連成一體。機匣外殼既是燃燒室外殼，又是壓氣機機匣與渦輪中機匣之間結構負荷的傳遞通路。

燃燒室是保證燃氣輪機在各種工況下，順利將燃料的化學能轉換為熱能、并用來加熱工質的裝置。來自壓氣機的高壓空氣進入燃燒室后，與噴油嘴噴入的燃料混合燃燒，變成具有較大作功能力的高溫高壓燃氣，然后驅動渦輪作功。燃燒室是燃氣輪機的重要部件，燃氣輪機的性能和可靠性與其有著密切的關系。例如，燃燒室出口局部溫度過高，會引起渦輪葉片的過熱和燒毀；燃燒過程的不穩定會導致意外的熄火甚至停機；燃燒組織不好，會使燃燒過程的流動損失增加，降低燃燒效率、增大燃油消耗等等。因此，一個合適的燃燒室，是燃氣輪機工作良好的關鍵。

LM2500的燃燒室為單環形燃燒室，由燃燒室外套、火焰筒內環、火焰筒外環、火焰筒頭部、燃燒室內套、進口導流器、旋流器、雙油路壓力噴射式噴油嘴(30個)和半導體高能點火電嘴(2個)等零件構成。燃燒室內、外壁均采用氣膜冷卻，使得壁面溫度不至于過高，從而保證燃燒室的工作可靠性和壽命。燃燒室外套通過位于燃燒室進口處的10個肋板，與燃燒室內套在前端聯成一體，同時作為承力結構，支承壓氣機后軸承座。

燃氣渦輪是燃氣輪機的另一種主要部件，其主要作用是將來自燃燒室的高溫、高壓燃氣中的部分熱能和壓力能轉換成機械功，用以帶動壓氣機、附件和船舶推進裝置。渦輪的工作條件十分惡劣，要承受高溫、高轉速、頻繁的熱循環、熱沖擊、不均勻加熱、由于轉子不平衡和燃氣壓力脈動造成的不均衡負荷的作用，是燃氣輪機中熱負荷和動力負荷最大的部件。艦船燃氣輪機多采用軸流式渦輪，其主要特點是功率大、轉速高、燃氣溫度高、效率高，能有效滿足船舶推進的動力要求。

在艦船燃氣輪機中，用來帶動壓氣機和附件的渦輪稱為燃氣發生器渦輪，用來帶動減速器、螺旋槳等外負荷、進行功率輸出的稱為動力渦輪，二者在結構上大同小異，都是由轉子跟靜子兩大部分組成。燃氣發生器渦輪與動力渦輪間通常只存在氣動上的聯系，它們通常由中間擴壓器(也稱為中間機匣)聯通起來。一般而言，動力渦輪的直徑比燃氣發生器渦輪大得多，所以中間機匣具有一定的擴散錐角，以利于將燃氣發生器渦輪出口的燃氣以最小的流動損失引入動力渦輪作功。

LM2500燃氣輪機的燃氣發生器渦輪是典型的單轉子、2級軸流式渦輪，由渦輪轉子、第1和第2級渦輪導向器以及渦輪中間機匣等組成。渦輪導向器負責將從燃燒室出來的高溫、高壓燃氣以要求的角度和速度直接導向渦輪轉子的葉片，裝在壓氣機后機匣里，并由后者支承。燃氣發生器渦輪與壓氣機轉子是機械聯接的，從燃氣中獲取能量后可以直接驅動壓氣機旋轉。渦輪轉子的前支承在壓氣機轉子后軸上，由徑向止推球軸承承力，轉子后端由渦輪中間機匣內的徑向軸承支承。渦輪中間機匣除了支承燃氣發生器渦輪轉子之外，也支承動力渦輪轉子。中間機匣包括過渡段，燃氣流從燃氣發生器渦輪經過過渡段進入動力渦輪。

燃氣發生器渦輪轉子由一個錐形前軸、兩個帶葉片和護圈的渦輪盤、一個圓錐形轉子隔板、一個熱屏蔽和一個后軸組成，兩級渦輪葉片均為長葉柄、內冷卻式結構，葉根為樅樹形。長葉柄葉片不但為冷卻空氣提供了通路，而且因為較高的阻尼作用減小了振動，輪盤外緣的溫度也降低了。葉片成對地釬焊在一起，材料為Rene80鈷基合金，表面滲有抗腐蝕、抗氧化的鈷鉻鋁釔保護層。

渦輪轉子和兩級渦輪葉片均由壓氣機排出的空氣進行冷卻。氣流通過第1級導向器支承和渦輪軸前的孔引入。空氣首先冷卻轉子內部和兩個盤端，然后經過成對葉榫間的通路進入葉片。第1級渦輪轉子葉片由內部對流和外部冷卻氣膜進行冷卻，第2級葉片只使用對流方式進行冷卻，所有冷卻空氣最后都由葉尖排出。燃氣發生器渦輪轉子的前軸、隔板、熱屏蔽、后軸、輪盤等部件通過短螺栓聯接，形成剛性很好的可拆卸轉子結構。

LM2500燃氣輪機的動力渦輪來自于TF39渦輪風扇發動機帶動風扇的低壓渦輪，在進行艦用化改裝時，動力渦輪的進口溫度明顯下降，是一種典型的低負荷設計，級數達到了6級，以獲得較高的效率(設計工況效率達92.5％)和良好的變工況特性。為適應高效率要求，在結構上使用了帶冠工作葉片。靜子機匣內壁采用了具有蜂窩結構可容損材料制成的襯里，減小了泄漏。因為級數多，采用了兩端支承結構，設置了兩個專門的承力支承部件——前支架和后支架。

前支架又稱為渦輪中機匣，前安裝邊與燃氣發生器的后安裝邊聯接，后安裝邊則與動力渦輪的靜子機匣相連接。前支架主要由內座圈、外殼體和聯接二者的整流支板組成，是一個整體傳力元件。渦輪第1級導向器葉片環固定于其內，內座圈處安裝前軸承組合體。后支架又稱為渦輪后機匣，前安裝邊與動力渦輪靜子機匣相聯接，后安裝邊與排氣渦殼聯接。后支架也是整體傳力元件，主要由內座圈、外殼體和聯接二者的整流支板組成，內座圈處安裝后軸承組合件。

動力渦輪靜子為水平剖分式結構，第2到第6級導向器葉片環固定在靜子機匣的環槽中。在各級靜子葉片環之前，機匣的內壁面處以及葉片環內環壁面處，均嵌裝蜂窩結構可容損材料制成的密封裝置，以減少動力渦輪工作葉片與機匣之間的徑向減小，以及減小葉片環內環壁面與轉子之間的級間密封間隙，從而提高了動力渦輪的效率。

動力渦輪轉子為短螺栓聯接、盤鼓混合式結構。錐形前鼓軸固定在第3級輪盤之前，錐形后鼓軸固定在第6級輪盤之前，使得轉子支點間距大大縮短，結構緊湊，增強了轉子的抗彎剛性。這種由短螺栓聯接的多級盤鼓式結構的優點是簡單、重量輕、聯接剛性好，而且布局靈活，拆裝、更換損壞的元件也比較方便。動力渦輪的6級工作葉片全部為帶冠結構，抗振性能好，效率高，用耐腐蝕材料Rene77合金制造，前3級工作葉片表面還涂有防腐蝕涂層。導向器葉片的前3級也是用Rene77合金制造，后3級則改為用Rene41合金制造。

附件傳動裝置在艦船燃氣輪機上有許多需要由燃氣發生器轉子帶動的附屬系統以及設備的附件，如滑油泵、燃油泵、燃油自動調節器等。而另外一些附屬系統以及設備的附件，又用來帶動燃氣輪機轉子轉動，如起動機、盤車裝置等。為了實現燃氣輪機轉子和這些附件間的傳動，需要設置專門的傳動裝置，即附件傳動裝置。

附屬系統和設備中的附件一般都裝在附件傳動機構的機匣上，其中裝有

若干組齒輪組以及離合器等。只要燃氣輪機轉動這個附件的傳動機構，被帶動的附件即可投入運轉，燃氣輪機的各個附屬系統和設備就能進入正常工作。同樣，起動機、盤車裝置等附件工作時，也可以拖動燃氣輪機轉子轉動。附屬系統、設備的工作可靠性直接影響燃氣輪機的性能和工作可靠性，因此，一方面要求附屬系統和設備具有較高的性能，另一方面也要求附件傳動裝置結構可靠，能在各種工況下保證所有附件的轉速、轉向、功率傳遞等方面的技術要求。同時，還要求附件傳動裝置尺寸、重量小，使用、維護和更換都要比較方便。

LM2500燃氣輪機的附件傳動裝置位于壓氣機前機匣處，主要由輸入齒輪箱、徑向傳動軸和傳動齒輪箱等部件組成。輸入齒輪箱裝置由鑄鋁殼體、軸、一對圓錐齒輪、軸承以及滑油噴嘴等構成。徑向傳動軸是空心軸，軸的兩端用花鍵分別與輸入齒輪箱以及轉換齒輪箱內的圓錐齒輪相聯接，其作用是將功率由輸入齒輪箱傳至轉換齒輪箱的前部。

轉換齒輪箱則由兩個鋁制殼體、一個油氣分離器、齒輪、軸承、密封件、滑油噴嘴以及附件聯系器等部分組成。殼體底部有個入口蓋，為徑向傳動軸的安裝提供了方便。在后面部分的所有附件聯接器和惰輪，均采用“插入式”齒輪的設計思想，這樣在進行齒輪、軸承、密封件、聯接器組件等進行拆卸或更換時，就不用對齒輪箱進行分解。安裝在轉換齒輪箱上的附件有：燃氣輪機起動機、滑油供油泵和回油泵、燃油泵以及主燃油控制器。油氣分離器安裝在轉換齒輪箱前部，并作為齒輪箱的一部分而存在。

起動系統燃氣輪機不能依靠自身投入工作，需要外界能源來幫助起動，經過一個預先設定的起動過程，才能使主機進入穩定的工作狀態。通常把提供能量、拖動燃氣輪機旋轉的輔助機械稱為起動機，使燃氣輪機從靜止狀態起動加速到慢車工況的過程稱為起動過程，而用于完成燃氣輪機起動過程的各個工作部分，如起動機、起動燃油供給系統、點火系統、自動控制裝置等在內的一整套裝置、系統稱為燃氣輪機起動系統。在燃氣輪機起動系統中，起動機用于拖動燃氣發生器轉子轉動，使之加速到一定轉速，從而使進入燃燒室的空氣具有足夠壓力，保證燃燒室內混合氣可靠點火燃燒，使燃氣輪機進入自主運行狀態，是起動系統中的核心部件?，F代燃氣輪機常用的起動機有電起動機、燃氣渦輪起動機和空氣渦輪起動機等三類，不管哪種，都要求有足夠的功率來拖動主機轉動。

LM2500燃氣輪機采用了同時具有液壓油馬達起動機和空氣渦輪起動機的雙重動力源起動系統，但由于艦船上的高壓空氣獲取比較方便，一般以空氣渦輪起動機為主用起動機。該機由進氣裝置、渦輪裝置、減速齒輪、切斷開關、超速離合器以及花鍵輸出軸組成。其中渦輪為單級軸流式渦輪，減速齒輪為帶有一個轉動齒環的復合式行星齒輪系統，超速離合器為棘爪一棘輪式，在起動期間可以保證可靠接合，而主機起動后，能保證起動機的順利脫開。

燃油系統這是燃氣輪機各系統中最復雜的部分，其功用是保證向燃氣輪機的燃燒室可靠地供給一定壓力和流量的燃油，依靠燃油系統中自動調節器的調節作用，按照一定規律控制、調節燃氣輪機的供油量，使燃氣輪機在任何運行工況下，都能夠高效、安全可靠地工作。燃油系統可以分為供油和調節兩大部分，通常由燃油箱、燃油過濾器、低壓燃油泵、燃油加溫器(有時兼作滑油冷卻器)、高壓燃油泵、燃油自動調節器、燃油分配器、燃油總管、燃油噴嘴等組成。在管理中，也經常以高壓油泵為界，將燃油系統劃分為低壓燃油部分和高壓燃油部分。

在LM2500燃氣輪機的燃油系統中，通過調節和分配噴射到燃燒室中的燃油數量，可以控制燃氣發生器的轉速。動力渦輪的轉速是無法直接控制的，但可以根據燃氣發生器產生的燃氣流能量大小來確定。為了防止動力渦輪超速，由安裝在電子控制箱里的電子超速開關來保護，當動力渦輪轉速偏高時，自動減小燃燒室供油量，以保證動力渦輪的安全。

來自艦船油艙的燃油，流經燃氣輪機底座處的燃油進口接頭，進入主燃油泵增壓部分進行初步加壓，然后再進入燃油泵的高壓部分。高壓燃油流經燃油過濾器，然后進入燃油控制器。如果燃油過濾器堵塞，可以使用過濾器旁通閥使燃油繞過過濾器。艦船燃氣輪機通常只使用高質量的輕柴油，燃油中細小雜質的含量相對較少，只用過濾器就可以滿足燃油清潔的要求。為了保障燃氣輪機的正常運行，必須保證供給充足的燃油，所有燃油泵的流量要高于燃氣輪機的最大燃油消耗率，燃油在燃油控制器里被分為計量(供油)流量和旁通(回油)流量，超出需要的部分燃油通過旁通閥回流到燃油泵高壓部分的進口。

安裝在燃油控制器出口處的增壓閥可以保持一定的背壓，保證有足夠的燃油壓力，使燃油控制器可以正常工作。串聯布置的兩個電控燃油停車閥，保證了燃油供應的可靠切斷。當停車閥開啟時，燃油從燃油控制器流出，經過增壓閥、燃油停車閥、燃油總管輸送到燃油噴嘴，30個燃油噴嘴經壓氣機后機匣伸進燃燒室，將燃油霧化噴出，維持正常的燃燒。當停車閥關閉時，燃油停止向燃油總管供應，旁通回流到燃油泵進口。此時，停車閥的殘油泄放口開啟，將燃油總管、支管和噴嘴中的殘油泄出，防止因為剛停機時部件的高溫導致殘余燃油結焦，堵塞油路。

燃油和轉速調節系統可以控制可轉葉片(進口導葉和前6級靜葉可以轉動)，以保證在整個運行工況的范圍內，使壓氣機保持良好的工作性能，防止燃氣輪機出現喘振。

滑油系統其就是保證燃氣輪機各支承和傳動元件潤滑、冷卻的滑油儲存、供油和回油系統。其功用是向軸承、齒輪等摩擦部件的工作表面供應滑油，起到液體潤滑的作用，減少這些工作表面的磨損和摩擦損失，同時帶走摩擦表面的熱量，維持軸承、齒輪等工作溫度的正常。由此可見，燃氣輪機的工作可靠性，很大程度上取決于滑油系統的工作可靠性。

艦船燃氣輪機的滑油系統通常設計為兩個獨立的系統：燃氣發生器部分的前滑油系統，以及動力渦輪、推進系統主傳動裝置部分的后滑油系統。但也可以將前、后滑油系統合并為一個系統，特別是在燃氣發生器和動力渦輪都使用滾動軸承支承的情況下，這種統一的滑油系統比較簡單、可靠，實用性強。

LM2500燃氣輪機的滑油系統，就是燃氣發生器和動力渦輪一體化的潤滑、冷卻系統。該系統包括了滑油供油、滑油回油以及回油池通風等三個分系統?；蛷膬τ拖淅锟恐亓┙o安裝在主機上的滑油供油一回油泵，滑油泵的供油部分將流入的滑油加壓，輸送到要求潤滑、冷卻的部件和區域。滑油供油的過濾是由安裝在箱裝體內的雙聯式滑油過濾器來保證的。供油管路末端的滑油噴嘴直接將滑油噴進軸承、齒輪和花鍵等

部位進行潤滑、冷卻。經過使用的滑油流到4個回油池和轉換齒輪箱底部，分別被回油泵抽出，返回滑油儲存、調節油箱，并進行冷卻?；赜偷倪^濾是由安裝在滑油箱上的雙聯式滑油過濾器來保證的。

滑油系統中的滑油在運行過程中會發生損耗，主要包括了滑油自身的分解、滑油蒸汽經密封裝置滲漏到氣流中以及經通氣管逸出到外界大氣中。燃氣輪機的滑油消耗量普遍不大，LM2500燃氣輪機的最大滑油消耗率約0.9公斤／時，平均滑油消耗率僅有約0.09公斤／時，與柴油機相比要小一個數量級。但由于燃氣輪機工作轉速高，對滑油的質量要求要遠遠高于柴油機。

箱裝體早期的艦船燃氣輪機跟蒸汽輪機、柴油機一樣，也是呈“裸機”狀態布置于機艙內，雖然便于監測和接近、維護，但是燃氣輪機運行時的高溫和噪音等問題，對機艙環境影響很大，特別是高頻噪音的強度過大，嚴重影響機艙人員的正常工作。也許是受已經坍塌的“紅色帝國”長久以來片面拔高人的主觀能動性、忽視人員舒適性的習慣思維影響，烏克蘭在上世紀90年代設計的DA80燃氣輪機依然采用“裸機”狀態，僅燃燒室及其后部分包裹了隔熱、隔音效果很差的簡單金屬罩。

為了避免這些不利影響，同時利于實現自動化和遠距離控制、充分發揮燃氣輪機的技術性能，出現了將燃氣輪機整體組件化的解決方案，即將燃氣發生器、動力渦輪、進氣室、排氣渦殼以及燃氣輪機附件、相關電氣設備等組裝在一個帶有防震底座的箱體里，構成一個完整的箱裝體(也稱為燃氣輪機模件)。燃氣輪機模件可以在工廠中裝配、調試好，而后裝艦使用，這樣可以大大減少在艦上的裝配工作量、降低裝配難度，同時保證模件工作的可靠性。箱裝體結構有利于隔熱、隔音和防震，內部布置有照明、加熱、滅火、通風等設備，極大改善了機艙工作條件。通常，燃氣輪機箱裝體為鋼制的密封罩殼，外觀一般為長方體。整臺燃氣輪機安裝在底座上之后，用箱體罩起，然后和單獨裝箱的其他設備組成一個有機的整體，方便進行操縱、監測和維護。

LM2500燃氣輪機是最早采用箱裝體結構的艦船燃氣輪機之一，其箱裝體長約8米，寬約2.7米，高約3.1米。其中，底座是燃氣輪機和箱裝體的支承基礎，通過32個抗沖擊支承安裝到艦體機座結構上，底座上設置有燃氣輪機支承、渦殼支承、箱體以及間壁。底座上還設置有密封的貫穿孔，用以安裝抽氣管、燃油管、滑油管、控制電纜、儀表電纜、清洗水管、動力電纜、起動空氣管、滅火劑輸送管，以及殘油、殘水的泄放管。此外，還有燃油溢流閥、滑油過濾器及各種接頭、插座等附件。

箱裝體頂部布置由空氣進口、通風冷卻空氣口以及排氣口，各通過一個撓性接頭與船體結構相連。在空氣進口處有一組永久性的導軌，通過另外一組臨時安裝的導軌，可以將從底座脫開的燃氣輪機移動到進氣口的導軌處，此時移動到進氣口處的起吊裝置將協助把發動機從導軌拉出，從而吊出船外。箱體上有檢修門、天窗等開口。箱體本身為帶夾層和填料的多層隔音結構，從箱體內傳出的氣動和機械噪音都很低，當燃氣輪機工作時，在箱體外可進行正常交談。

改進改型

上世紀90年代初，通用電氣公司雖然將LM2500燃氣輪機的功率提高到3萬馬力(22065千瓦)級別，但是隨著各國海軍對于水面艦只主動力裝置的功率要求不斷提高，已不能滿足日益增長的對于大功率艦船燃氣輪機的要求。如今，LM2500的功率再次提升到33600馬力(24713千瓦，此時效率37.2％)，但一些新研制的艦船燃氣輪機已經達到甚至超過4萬馬力(29420千瓦)的功率級別。為此，通用電氣公司決定在LM2500的基礎上開發一型功率增強型LM2500，以滿足4萬馬力級別市場的需求。新的LM2500+型燃氣輪機在1998年進行試車，功率達到了40500馬力(29788千瓦)，效率達到39.1％，成功捍衛了通用電氣公司在船舶推進燃氣輪機市場中的地位。美國海軍的LHD1“黃蜂”級大型兩棲攻擊艦的動力裝置本來采用兩臺共7萬馬力(51485千瓦)的蒸汽輪機，從第8艘“馬金島”號(LHD8)起，已經改為使用兩臺LM2500+燃氣輪機推進。

為了實現輸出功率的大幅度提高，與LM2500燃氣輪機相比，新型的LM2500+主要作了以下的一些改進：

增加零級壓氣機在原壓氣機前加上裝有新型寬弦葉片的零級壓氣機，形成新的17級軸流壓氣機。零級采用不。銹鋼整體輪盤，結實可靠，由于取消了樅樹型葉根，消除了一個主要的磨損區域，從而增加了使用壽命。采用了新設計的可調進口導葉，與隨后的7級可調靜葉相配合，能保證良好的部分負荷性能，并降低了壓氣機喘振的可能。

修改壓氣機第1級動葉被重新設計成基于CF6-80C2葉型的更高效、更結實的寬弦葉片，去除了常規LM2500第1級動葉中部的阻尼突肩。第2、3級壓氣機動葉也采用了CF6-80C2／LM6000的葉型設計。新設計了零級靜葉，從零到第6級靜葉都是可調的，零到第11級靜葉還采用了CF6-80C2／LM6000的葉型設計。

新增加的零級和修改的壓氣機設計，使空氣流量增加了23％，達到85.8公斤／秒，壓比從19.3增加到22.2，效率提高了0.5％。

修改燃氣發生器渦輪修改二級渦輪的動葉葉型以適應更大的流量，第1級動葉和靜葉都采用單晶葉片。除第2級動葉外，其他葉片都升級為性能更好的材料。修改了熱力密封設計，使用CF6-80E的密封裝置。

修改動力渦輪加強動力渦輪機匣，增加輸出傳動軸的抗扭能力。進入動力渦輪的流通面積加大約11％，以適應更大的流量；加強了6級動力渦輪，以輸出更大的扭矩；修改了第1級動葉和靜葉的葉型，以適應流量的增大；修改了第6級葉片的葉型，以便更順暢地導出廢氣。

新型LM2500+燃氣輪機的升級策略，是保留并利用原有的先進設計、結構、高性能的材料和涂層，基于可靠性和高利用率，盡可能使用現有技術，采用保守、低風險的設計途徑來提高功率。事實證明，通用電氣公司用最小的代價達成了目標。之后，通用電氣公司并沒有滿足于在LM2500+上獲得的成功，為了最大限度的榨取LM2500這個“年近四句老翁”的潛力，在2005年開始對新一代LM2500+G4進行試驗，最大功率達到了47370馬力(34841千瓦)，效率進一步提高到39.3％。LM2500+G4燃氣輪機現已正式投放市場，為通用電氣公司逐鹿世界燃氣輪機市場盡最后一份努力。

發展趨勢

從上世紀70年代初正式投入使用以來，LM2500系列燃氣輪機已經銷售了

2000多臺(包括工業和艦船)，占據了世界艦船燃氣輪機的絕大部分份額。目前，用于艦船推進的LM2500和LM2500+燃氣輪機的總運行時數已經超過驚人的5千萬小時，這是其他任何一種艦船燃氣輪機都難以企及的高度。

這一切都得益于LM2500的高性能、高可靠性和高利用率，也得益于其不斷的升級改進。從最初的25500馬力(18755千瓦)到G4的47370馬力(34841千瓦)，LM2500連續跨越了兩個功率等級的臺階，從而充分滿足了客戶的需求?？梢哉f，LM2500是最優秀、最成功的燃氣輪機。從目前世界燃氣輪機發展的趨勢來看，很再難出現一種可以挑戰甚至超越這座豐碑的新型燃氣輪機了。而且燃氣輪機屬于高技術產品，研發必須具備雄厚的工業基礎和長期不斷的投入，目前世界上真正能設計、制造船用大功率燃氣輪機的廠商數量也很少。

由于日益復雜、昂貴的作戰系統推動了艦船大型化，從1990年代以來，大功率燃氣輪機已經成為各國海軍艦船動力需求的主流。新一代大功率燃氣輪機的輸出功率普遍超過了3萬馬力(22065千瓦)，最大功率已經達到約5萬馬力(22065千瓦)，效率也大大提高了，簡單循環效率達到約40％，復雜循環效率達到42％，如果引入廢氣鍋爐組成燃一蒸循環，效率可以達到50％甚至更高。根據大功率船用燃氣輪機的發展趨勢可以推斷，未來10～15年內，4萬到5萬馬力(29420千瓦～22065千瓦)功率等級的燃氣輪機足以滿足各國海軍對于大中型水面艦艇主動力裝置的要求。

資料鏈接1：燃氣輪機的歷史和艦用燃氣輪機的發展

燃氣輪機是一種連續回轉的內部燃燒、葉輪機械式的新型熱機。其構造主要由壓：氣機、燃燒室和渦輪三大部分組成。在正常工作時，燃氣輪機的壓氣機從外界吸入新鮮空氣，并對空氣進行壓縮。經過壓縮的空氣進入燃燒室，與燃油噴嘴噴入的霧化燃油混合，在點火器的作用下發火燃燒(正常工作時靠火焰維持燃燒)，形成高溫、高壓的燃氣。燃氣被導入渦輪，膨脹做功，同時推動渦輪旋轉，使得與渦輪直接相連的壓氣機和外負荷轉子也一起高速旋轉。

由此可見，燃氣輪機與常見的往復式活塞內燃機的最大區別，就是能夠利用連續流動的工質進行持續做功。通常情況下，渦輪發出的機械功率有2／3左右用來驅動壓氣機，以維持燃氣輪機的持續工作，其余1／3左右的功率可以通過輸出軸和傳動裝置驅動外負荷。與現代艦船上常用的蒸汽輪機動力裝置和柴油機動力裝置相比，燃氣輪機的熱效率要明顯優于蒸汽輪機動力裝置，比柴油機動力裝置稍顯遜色。

人類對燃氣輪機原理的認識可以追溯到上千年。中國北宋年間出現的走馬燈，就是利用燃燒產生的高溫氣體來驅動葉輪轉動的，這可以說是燃氣輪機原理的雛形。1550年左右，著名的畫家列奧納多·達·芬奇也曾經設計了一個自動烤爐，利用烤爐煙道的高溫煙氣驅動一個葉輪旋轉，然后通過軸、圓錐齒輪和皮帶輪帶動烤叉旋轉，這個裝置在機構設計上比走馬燈更加接近實用化。大約在18世紀末，歐洲有人提出現代燃氣輪機的熱力循環原理。但由于當時的冶金工業不能提供適應高溫、高速工作條件的渦輪葉片材料，對空氣動力學的認識接近空白，無法設計效率較高的壓氣機，當時的工藝水平也不能滿足高速工作機械要求的較高制造精度。最重要的是，在石油工業大發展之前還缺乏合適的燃料。這些不利因素綜合起來，使得在20世紀之前不存在設計、制造實用的燃氣輪機的可能性。

進入20世紀之后，隨著科學技術和工業水平的大幅發展和提高，燃氣輪機才逐步從繪圖板走向了現實。1939年，瑞士BBC公司制成功率為4000千瓦、效率為18％的發電用工業燃氣輪機。同年，德國亨克爾公司制造出了第一臺渦輪噴氣發動機——亨克爾S3B。1940年，BBC公司又制成了燃氣輪機機車，功率達2200千瓦，效率為16％。由于第二次世界大戰的影響，各大國在燃氣渦輪發動機研究方面優先保障了航空渦輪噴氣發動機的研制。雖然只有德國、英國的噴氣式飛機在戰爭中投入了實際應用，但是，新型發動機的結構緊湊、重量輕、功率大的優點已經引起了廣泛的關注。

1947年，英國海軍在一艘只有100噸的摩托炮艇MGB-2009號上安裝了一臺燃氣輪機，這也是有史以來第一臺艦船用燃氣輪機。試驗取得了極大的成功，英國海軍隨即決定大力發展燃氣輪機作為艦船動力，以美國、蘇聯為首的其他工業大國緊隨其后，紛紛推出了自己的新型艦船燃氣輪機。1958年，鑒于常規蒸汽動力裝置已經不能滿足現代艦船對動力的要求，蘇聯提出大力發展艦用燃氣輪機和核動力裝置的計劃。1962年，世界上第一型全燃氣輪機動力主戰艦艇——蘇聯的“卡辛”級驅逐艦投入使用。1968年，英國海軍決定在新建造的大中型水面艦艇上全部采用燃氣輪機作為動力裝置。時至今日，經過_個甲子的發展，燃氣輪機在海洋特殊環境下使用的技術已經比較成熟，積垢、腐蝕、沖擊振動、倒車等問題都取得了很大進展。隨著新世紀的到來，在以美國為首的先進工業國家中，艦船燃氣輪機動力裝置已經跨越了“大批量裝艦使用”的階段，出現了新型的燃氣輪機——電力綜合動力系紡，進入了全燃化推進的新時期。

資料鏈接2：航空噴氣式發動機改裝艦用燃氣輪機

在開發新型艦船燃氣輪機時，通用電氣公司選擇用J79渦輪噴氣發動機來進行改裝，并不是偶然的。英國在上世紀50年代曾研制過采用重型結構的專用船舶燃氣輪機，裝艦運行的實踐證明，雖然從重型工業燃氣輪機繼承來的長壽是一個優點，但由于其體積龐大、結構笨重、布局分散、操縱不便，使其并不能很好的滿足研制者的初衷，再加上重型結構燃氣輪機的部件熱膨脹、熱應力的問題在艦上不好解決，低負荷的效率偏低，使得這類利用重型工業燃氣輪機技術發展的艦船燃氣輪機迅速被淘汰了。而航空噴氣發動機經過戰后十多年的高速發展，不僅保持了結構緊湊、重量輕的優點，推力、熱效率也得到了很大的提高，壽命從初期的一百小時左右增加到數千甚至上萬小時，完全具備了作為艦船動力的基礎。因此，各航空工業大國都紛紛走上了利用成熟的航空噴氣發動機改裝艦船燃氣輪機的道路。

顯然，航空噴氣發動機是按照飛機的使用條件來設計制造的，其運行環境、狀態等都跟艦船有著很大的區別。所以，必須根據船舶、海洋環境的特殊要求，對航空噴氣發動機進行適應性改造，才能獲得堪用的艦船燃氣輪機。一般來說，主要應進行以下幾個方面的改動：

降低工作參數一般而言，航空噴氣發動機都采用了比較高的工作參數，其中最直觀的表征參數就是燃氣初溫，即渦輪前溫度，但是運行工況變化范圍較小，一般在70％到100％的負荷范圍內工作，其中高負荷工作時間一般每次只有10分鐘左右，這跟船舶發動機的要求有很大差異。一般船舶發動機工況變動頻繁，在高負荷下持續使用時間長，最大功率的持續運行時間一般要求不小于12小時，工作條件遠比航空發動機惡劣。為此，在將航空噴氣發動機改裝為艦船燃氣輪機時，最有效的方法就是降低燃氣初溫，同時降低轉速。這樣雖然會降低燃氣輪機的效率和功率，但可以使得壓氣機、渦輪等主要部件的工作應力及熱負荷大大降低，并且改善了軸承的工作條件，使得可靠性大大增加，同時有效延長了翻修壽命。

修改壓氣機和渦輪由于艦船燃氣輪機在海平面高度工作，空氣密度大、壓強高，壓氣機的氣動負荷也大，原先航空發動機適應高空大氣狀態的壓氣機必須進行適當修改，渦輪也要進行一定改動。如果用來改裝的是渦輪風扇發動機，通常要去掉風扇，低壓壓氣機和低壓渦輪都要作較大的改動，必要時甚至需要重新設計才能滿足正常工作的要求。

改裝燃燒系統航空噴氣發動機一般都使用高質量航空煤油作為燃料，而艦船的燃料通常為柴油，密度比航空煤油高，具有較大的粘性，汽化速度慢，使得燃燒過程的組織能力下降。因此，必須對燃燒系統進行改裝，例如采用調整油泵壓力、改善燃油霧化等措施，以保證柴油的穩定燃燒，同時還要加強火焰筒結構，以滿足燃燒室的長壽命要求。

加配動力渦輪和排氣渦殼由于艦船燃氣輪機必須以軸功率的方式輸出動力，在使用航空噴氣發動機改裝時，要去掉加力燃燒室、尾噴管和反推力裝置等部件，在壓氣機渦輪后方配置符合性能要求的動力渦輪。同時，為了保證軸功率的輸出有合理的布局和條件，盡可能減少排氣損失，還必須設置性能良好的排氣渦殼，通常最終的排氣方向要垂直于燃氣輪機的軸線。

改進結構材料航空噴氣發動機大部分時間都在高空潔凈的大氣條件下工作，部件受大氣污染物影響的問題不突出。而艦船燃氣輪機吸入的空氣中，通常含有大量的鹽分，柴油中的雜質含量也比較多，會造成危害發動機工作的腐蝕和磨損問題。因此，在進行航空噴氣發動機的艦船化改裝時，必須增強零部件的抗污染腐蝕的能力，某些不耐腐蝕的部件(譬如鋁合金部件)，要盡可能更換為鈦合金或不銹鋼材質，不能更換的也要視情況進行表面涂層處理，以提高部件的工作可靠性和壽命。

為了適應艦船、海洋環境的工作特點，艦用化改裝還包含了更多豐富而具體的內容，例如在進、排氣裝置、進氣濾清裝置、發動機箱裝體等其他方面的設計，都有更多的體現。

(編輯／弓鳴)