淺談燃氣輪機在商船上的應用及發展

朱安君

（哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 它的技術性特征以及優點

1.1 規模不大，構造嚴緊

它的構造非常的嚴緊，對于布局船艙來講非常的方便，而且能夠確保船只具有非常多的規模，而且便于開展設計活動。以LM2500+船用燃氣輪機為例，通過使用輕質材料和憑借航空燃氣渦輪機的固有功率密度，其重量比同等柴油發動機輕74%，所占空間約是同等柴油發動機的1／3。

1.2 不會存在非常大的聲響，而且運行穩定

因為它是旋轉設備，活動的時候不會出現過多的振動現象，所以它不會出現過多的聲響。獨特的噪聲防護體系，能夠減輕機艙的聲響。同時還能確保機艙的運作氛圍優秀。

1.3 不會釋放非常多的毒素

由于當前國際條例中，對于船舶廢氣的排放規定非常的嚴苛，對于船只使用的柴油設備來講，要想合乎該項規定，必須要對其假裝繁瑣的裝置。比如對燃燒室進行處理，將燃油體系改造等等。上面講到的這些方法不僅會使得動力體系的規模和自重升高了，而且也使得花費的資金變多。船用燃氣輪機由于可采用變幾何燃燒室技術、分級燃燒室技術、貧油預混合預蒸發燃燒技術、催化燃燒技術、直接噴射燃燒室技術、可變駐留時間燃燒室技術、富油燃燒快速淬熄貧油燃燒室等高效低污染燃燒技術等，不會釋放非常多的毒素，而且更加的合乎環保的規定。

1.4 設備的功率非常高，而且具有很顯著的重量比，加速性優秀，從最初的啟動一直到全速模式，一般只是需要兩分鐘的時間。

1.5 不會耗費非常多的潤滑油，而且不需要過分的養護，需要的管控人也不多。其耗油量不高，如LM2500燃氣輪機的最大滑油消耗率約0.9kg/h，平均滑油消耗率僅有0.09kg/h，和柴油的比對來看，更加的顯著，但是因為其轉速非常的快，所以對于滑油有著更為嚴苛的品質規定。它是回轉件，常用的運動件不多，而且設置為模件的模式，所以其維修活動非常的簡便，而且也不需要過多的工作者。

1.6 具有非常優秀的穩定性，而且能夠高效的使用。船用燃氣輪機具有較高的可靠性(>99.5%)及可利用率(97.5%)，1982 年英阿馬島海戰中，燃氣輪機的戰時故障1000h運行僅發生0.55次就充分證明了這一點。

1.7 早期花費的資金不多。推進裝置的初期投資費用包括主發動機、輔助系統，和包括底座在內的安裝費用。當功率是等同的時候，對功率要求在10～20 MW的柴油機和燃氣輪機來說，它在推進體系方面花費的資金是大體相等的；在20Mw以上時，它的初始資金要比柴油的要低很多。

2 其發展過程中面對的一些問題

2.1 不具有優秀的熱效率

而且耗油率過高，對于燃油的品質規定非常嚴苛，尤其是在改變工況的時候，并不節約費用。因為它是持續活動的設備，受到材料的影響，需要對其最高溫設置一定的數值，這樣就干擾到熱效的提升。當工況改變的時候，它的性能就會出現變化，它的初始氣溫就會下降，使得變工況的時候需要花費的資金就增多了。為了防止其影響到渦輪葉片，燃氣輪機對燃油中的含釩量、含硫量要求極為嚴格。由于工藝高速前進，經由長久的發展，其增壓比已經獲取了非常顯著的提升，它的一些關鍵的性能指標也獲取了非常顯著的提升。為了提升其變工況時的活動狀態，確保它在負載較低的狀況中的耗油率不會出現非常大的變動，在設計的時候會采用壓氣機可轉導葉、低負荷設計、變幾何動力渦輪等措施。同時，壓氣機中間冷卻和回熱循環設計方案的采用大幅度降低了燃氣輪機在部分工況時的燃油消耗。通過增加廢氣鍋爐、蒸汽輪機裝置回收能量可以進一步減少燃油費用。

2.2 其翻修使用時間不是很長

在早些時候，因為它的熱負載非常的大，它的動負荷非常高，而且有低溫以及高溫時的侵蝕等等的問題，這些問題導致它的翻修運行時間比別的要短許多。最近，由于許多全新的物料等的不斷發展應用，它的翻修使用時間在不斷的增加。

2.3.船舶燃氣輪機動力裝置的倒車需要復雜的傳動裝置

燃氣輪機不能反轉。全燃推進的船舶倒車，必須依靠倒車齒輪箱、可逆轉液力耦合器、電力傳動裝置或變距槳實現。直接倒車的燃氣輪機已經研制成功，烏克蘭研制的可倒車燃氣輪機是在動力渦輪部分設置正車流路和倒車流路。內流道是正車通流部分，外流道為倒車通流部分。其流道的變換是通過一個環形轉向閥實現的。正車運行時，全部燃氣均通過動力渦輪。但是倒車的時候，只有25%～30%燃氣經過轉向通過倒車級。經由此種模式，艦船從全速正車到全速倒車只需40s。

3 其在商船中的使用狀態分析

它最早應用到商船中是在1960年左右，如原蘇聯1962年下水的裝有2臺燃氣輪機的“葉塞圖金”號，1964年美國建造的燃氣輪機運輸船“卡拉漢”號等。在之后的時候，因為受到經濟危機干擾，因為它所需的費用比較高，所以在那個時候的商船上幾乎是沒有看到。在之后的三十年的時間左右。由于豪華的郵輪等不斷的發展，具有單位重量功率大、起動快、可靠性好、噪聲低、污染少、振動小等優點的燃氣輪機又被廣泛采用。

4 其在船只中的工藝發展方法

4.1 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，且運行工配變化范圍較小.高負荷T作時間較短.其工況變化非常的迅速。如果負荷過大的時候，其持續活動時間非常短，而且活動氛圍不好。所以，將航空發動機改裝為艦船燃氣輪機時，最為合理的措施即是把它的燃氣性減少，而且降低它的轉動速率，進而確保關鍵的一些部件的活動壓力變小，進而改進軸承活動狀態。

4.2 改裝燃燒系統。艦船的燃料通常為柴油，比航空柴油粘度和比重都大，汽化速度慢進而導致燃燒時的組織水平變低。所以，要認真的整改燃燒體系。例如采用調整油泵壓力、噴油嘴噴射角度、改善燃油霧化等措施，以此來確保燃燒合理，而且還應該將火焰筒構造提升，以此來確保燃燒室的運行時間長久。

結語

通過長久的發展變化，其最終可以在高速的船只等方面占據一定的位置，經由切實的提升燃氣的初始溫度，使得增壓比不斷的變大，合理的使用設備的余溫，同時和別的一些動力設備聯系到一起，確保其性能等得以有效的提升，其能力也得到了顯著的提升，正是因為這些要素的存在，使得它在商船中的應用更加的廣泛。長遠看來，除海上航運外，我國南方沿海，如珠海一香港、香港一澳門；東南沿海，如鎮江一普陀；北方沿海，如威海一大連、大連一青島；以及內河和三峽庫區的航運等，開發裝有燃氣輪機的高速渡船，客艇及其他商船的應用領域，有著非常好的發展趨勢。

[1]牛利民.船舶燃氣輪機結構[M].哈爾濱：哈爾濱船舶工程學院出版社，1992.

[2]吉桂明.海軍一燃氣輪機重要的市場[J].燃氣輪機技術，1993，6(2)：7-14.