发布时间 : 星期三 文章四海一心 - 美国LM2500舰船燃气轮机更新完毕开始阅读0973b4176c175f0e7dd13701
气轮机。由于装备MK41多用途导弹垂直发射系统和“宙斯盾”系统的新型驱逐舰的大量服役，该级舰第一批建造的5艘由于装备的是Mk26 Mod5型双臂式导弹发射装置，“宙斯盾”系统的威力难以完全发挥，已经提前退役，其中CG50“福吉谷”号已经于2006年11月2日被作为靶舰击沉。
为了对抗未来的新威胁，以及满足美国海军当时计划拥有600艘舰的兵力的数字要求，1981年，美国海军开始投资发展新一代的驱逐舰，即现在的DDG51“伯克”级导弹驱逐舰，装备“宙斯盾”系统和MK41多用途导弹垂直发射系统，成本较“宙斯盾”巡洋舰要低，用于弥补“提康特罗加”级不能大量建造而造成的防空火力空白。“伯克”级导弹驱逐舰建造数达到了52艘，同样使用4台LM2500燃气轮机，但得益于新型材料、工艺的发展，以及LM2500长期运行的经验，功率提高到了每台30600马力，效率达到了36.2％。
由于LM2500燃气轮机的优异性能，其他国家海军舰艇也大量采用了LM2500作为推进动力，而最为国人熟知的，就是本文开头已经提到过的、号称“中华第一舰”的052型“哈尔滨”号及其姊妹舰“青岛”号导弹驱逐舰。到上世纪末，LM2500燃气轮机的总装机数已经超过1800台，近30个国家的海军共350多艘各类舰艇装备了870多台舰用LM2500，累计海上运行时间超过600万小时，总运行时间超过了1800万小时。
LM2500燃气轮机的结构与系统（图14）
一、 燃气轮机主体结构（图15） 1） 压气机
压气机是燃气轮机的主要部件之一，它的作用是提高流经空气的压力，向燃烧室供给符合要求的压缩空气。压气机性能的优劣直接影响燃气轮机的功率、油耗、工作稳定性和可靠性等主要性能。
LM2500的压气机为16级、高压比、轴流单转子设计，主要由压气机前承力机匣、压气机转子、压气机静子（中机匣）和压气机后承力机匣等组成（图16）。压气机静子的前端由前承力机匣壳体支撑，后部由压气机后承力机匣支撑。而压气机转子的前端由滚柱轴承支撑，后端由滚珠轴承支撑。
前承力机匣形成了压气机进口空气的流通通道，毂部与外壳之间用导流支板联
接，支板为空心结构，内有回油池的滑油供油和回油管路。该机匣同时还支承着压气机前轴承、进气管、整流罩、压气机壳体的前端、进气导叶内支承、输入齿轮箱和回油池端盖。在机匣中还有密封压力和通风等的空气通道，以及监测压气机进口空气压力、温度等参数的传感器。
压气机转子是一个高速旋转、对吸入空气做功使其压力上升的部件，核心是一个带有圆周分布的燕尾榫槽的短鼓－轮盘混合结构，压气机叶片通过燕尾榫槽固定在其上（图17）。所有的法兰联接都采用过盈配合，以保证零件良好的定心和联接刚性。转子的短鼓－轮盘材料分别为：第1到10级为钛合金，其余部分使用Inconel718合金制造。
第1到14级工作叶片的材料为钛合金，第15和16级工作叶片的材料为A286合金钢。由于第1级工作叶片相对比较狭长，刚性较差，为了减少振动，在叶片的中部有减振阻尼凸台，当所有的第1级叶片安装好之后，凸台共同组成了一个阻尼圈。压气机静子是气流减速扩压的部件，也是燃气轮机的主要承力壳体构件之一，它与前承力机匣和后承力机匣构成了一个整体。各级整流器（静子叶片环）固定在静子机匣内，形成气流通道的静子部分。静子机匣由4部分组成，并用螺栓固定在一起。前两段对分式机匣用钛合金制造，而后两段对分式机匣用Inconel718合金制造。
该压气机静子由一级进口导叶和16级静叶组成，进口导叶和第1到6级的静叶为可调叶片。进口导叶和第1、2级静叶的材料为钛合金，第3到16级静叶的材料为A289合金钢。
为了保证压气机工作的效率，要求工作叶片、静叶片与静子、转子之间的间隙尽可能的小，以减少气流从叶尖逸漏的损失。但叶片又必须跟壁面保持足够的间隙，以方便安装，并防止工作时叶片受热膨胀与壁面碰撞，造成发动机损伤。为了解决这个矛盾，在工作叶片、静叶片顶部相对的静子、转子壁面上喷涂有可磨损的材料，而叶片的叶尖也作成可以磨损的形式，这样，当发动机投入正常运行后，通过涂料跟叶尖之间的磨合，就能使间隙维持在一个合适的较小值，从而保证了压气机的高效运行。
压气机后承力机匣用Inconel718合金制造，由外壳体导流支板、毂以及回油池壳体组成，其外壳支撑着燃烧室、燃油总管、燃油喷嘴（30个）、点火器（2个）
以及第1级涡轮导向器支承。轴承的轴向和径向负荷以及第1级涡轮导向器负荷的一部分由毂承受，并通过10个径向导流支板穿至机匣外壳。毂与导流支板以及外壳体通过焊接连成一体。机匣外壳既是燃烧室外壳，又是压气机机匣与涡轮中机匣之间结构负荷的传递通路。 2） 燃烧室
燃烧室是保证燃气轮机在各种工况下，顺利的将燃料的化学能转换为热能，并用来加热工质的装置。来自压气机的高压空气进入燃烧室后，与喷油嘴喷入的燃料混合燃烧，变成具有较大作功能力的高温高压燃气，然后驱动涡轮作功。 燃烧室是燃气轮机的重要部件，燃气轮机的性能和可靠性与其有着密切的关系。例如，燃烧室出口局部温度过高，会引起涡轮叶片的过热和烧毁；燃烧过程的不稳定会导致意外的熄火甚至停机；燃烧组织不好，会使燃烧过程的流动损失增加，降低燃烧效率，增大燃油消耗，等等。因此，一个合适的燃烧室，是燃气轮机工作良好的关键。
LM2500的燃烧室为单环形燃烧室（图18），由燃烧室外套、火焰筒内环、火焰筒外环、火焰筒头部、燃烧室内套、进口导流器、旋流器、双油路压力喷射式喷油嘴（30个）和半导体高能点火电嘴（2个）等零件构成。
燃烧室内、外壁均采用气膜冷却，使得壁面温度不至于过高，从而保证燃烧室的工作可靠性和寿命。燃烧室外套通过位于燃烧室进口处的10个肋板，与燃烧室内套在前端联成一体，同时作为承力结构，支承压气机后轴承座。 3） 燃气涡轮
燃气涡轮是燃气轮机的另一种主要部件，其主要作用是将来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功，用以带动压气机、附件和船舶推进装置。涡轮的工作条件十分恶劣，要承受高温、高转速、频繁的热循环、热冲击、不均匀加热、由于转子不平衡和燃气压力脉动造成的不均衡负荷的作用，是燃气轮机中热负荷和动力负荷最大的部件。舰船燃气轮机多采用轴流式涡轮，其主要特点是功率大、转速高、燃气温度高、效率高，能有效满足船舶推进的动力要求。 在舰船燃气轮机中，用来带动压气机和附件的涡轮称为燃气发生器涡轮，用来带动减速器、螺旋桨等外负荷，进行功率输出的称为动力涡轮，二者在结构上大同小异，都是由转子跟静子两大部分组成。燃气发生器涡轮与动力涡轮间通常只存在气动上
的联系，它们通常由中间扩压器（也称为中间机匣）联通起来。一般而言，动力涡轮的直径比燃气发生器涡轮大得多，所以中间机匣具有一定的扩散锥角，以利于将燃气发生器涡轮出口的燃气以最小的流动损失引入动力涡轮作功。 a、 燃气发生器涡轮
LM2500燃气轮机的燃气发生器涡轮是典型的单转子、2级轴流式涡轮（图19），由涡轮转子、第1和第2级涡轮导向器以及涡轮中间机匣等组成。
涡轮导向器负责将从燃烧室出来的高温、高压燃气以要求的角度和速度直接导向涡轮转子的叶片，装在压气机后机匣里，并由后者支承。
燃气发生器涡轮与压气机转子是机械联接的，从燃气中获取能量后，便可以直接驱动压气机旋转。涡轮转子的前支承在压气机转子后轴上，由径向止推球轴承承力，转子的后端由涡轮中间机匣内的径向轴承支承。涡轮中间机匣除了支承燃气发生器涡轮转子之外，也支承动力涡轮转子。中间机匣包括过渡段，燃气流从燃气发生器涡轮经过过渡段进入动力涡轮。
燃气发生器涡轮转子由一个锥形前轴、两个带叶片和护圈的涡轮盘、一个圆锥形转子隔板、一个热屏蔽和一个后轴组成，两级涡轮叶片均为长叶柄、内冷却式结构，叶根为枞树形。长叶柄叶片不但为冷却空气提供了通路，而且因为较高的阻尼作用减小了振动，轮盘外缘的温度也降低了。叶片成对地钎焊在一起，材料为Rene80钴基合金，表面渗有抗腐蚀、抗氧化的钴铬铝钇保护层。
涡轮转子和两级涡轮叶片均由压气机排出的空气进行冷却。气流通过第1级导向器支承和涡轮轴前的孔引入。空气首先冷却转子内部和两个盘端，然后经过成对叶榫间的通路进入叶片。第1级涡轮转子叶片由内部对流和外部冷却气膜进行冷却，第2级叶片只使用对流方式进行冷却，所有冷却空气最后都由叶尖排出。 燃气发生器涡轮转子的前轴、隔板、热屏蔽、后轴、轮盘等部件通过短螺栓联接，形成刚性很好的可拆卸转子结构。 b、 动力涡轮
LM2500燃气轮机的动力涡轮来自于TF39涡轮风扇发动机带动风扇的低压涡轮（图20），在进行舰用化改装时，动力涡轮的进口温度明显下降，是一种典型的低负荷设计，级数达到了6级，以获得较高的效率（设计工况效率达92.5％）和良好的变工况特性。为适应高效率要求，在结构上使用了带冠工作叶片。静子机匣内壁