美国LM2500舰用燃气轮机2009-09-14 17:10:09 来源: 新华网跟贴 516 条手机看新闻研制背景美国通用电气公司是美国、也是世界上最大的电子设备制造公司之一，总部位于美国康涅狄格州的费尔菲尔德市。
公司由多个多元化的基本业务集团组成，如果单独排名，有1 3个业务集团可名列《财富》杂志500强。
除了生产消费电器、工业电器设备外，还是著名的军事装备制造商。
与同样著名的波音公司不同，通用电气公司的名称并非来源于创始人的名字，这在美国的百年老店里是非常罕见的。
实际上，它来源于1876年著名的美国发明家托马斯·爱迪生创立的爱迪生电灯公司。
1890年，爱迪生将各项业务重组，成立了爱迪生通用电气公司。
1892年，在与汤姆森-休斯顿电气公司合并后，成立了通用电气公司（General Electric C ompany，GE)，当时的总部设在纽约。
1896年，道琼斯工业指数榜设立，通用电气公司是当时榜上的12家公司之一。
时至今日，它还是唯一一个保留在道琼斯30指数榜上的公司。
1960年，应美国海军的要求，通用电气公司开始为海军沿岸炮艇开发新型燃气轮机动力装置。
为了提高新型发动机的研制速度，在空、海军战斗机上已经获得大量采用的J79涡轮喷气发动机被选中为改装的原型机。
第一台LM1500——这是赋予新发动机的编号，意味着它可以提供15000马力（110325千瓦）等级的功率——从1961年10月开始装艇进行海试，这是美国海军舰艇第一次采用燃气轮机作为动力装置。
根据试验中暴露出来的问题（主要是海水、盐雾对发动机部件的腐蚀问题，以及使用含硫量更高、密度更大、杂质也更多的船用柴油导致的腐蚀和磨损问题），通用电气公司在1963年获得了进一步的开发合同，小批量试生产LM1500燃气轮机来装备后续建造的炮艇，以扩大试验规模。
到1966年，该型燃气轮机已经装备了17艘“阿沙维拉”级炮艇，采用两台柴油机（巡航）加一台燃气轮机（高速）的CODOG驱动方式。
经过连续几年的装备试验后，LM1500终于在1969年正式定型，除用于海军舰艇之外，还广泛用作工业发电、油气泵站以及其他专用设备的动力。
鉴于LM1500燃气轮机的研制、试用成功，舰船燃气轮机动力装置得到了美国海军的认可，特别是在进行反潜作战时，装备燃气轮机动力装置的舰船加速性远高于装备蒸汽轮机动力装置的舰船，动力性、自噪音特性又远胜于装备柴油机动力装置的舰船（当时还缺少现代的浮筏减震技术）。
这对于当时正困扰于红色狼群威胁的美国海军来说，的确是一种理想的解决方案。
于是，美国海军也决定将燃气轮机化作为海军舰船动力发展的方向。
不过与英国海军分别采用专门的小功率巡航燃气轮机和大功率加速燃气轮机的COGOG组合不同，美国海军走得更远，直接要求获得一种全工况燃气轮机，采用COGAG的推进组合方式。
这样可以在主战舰船上装备同一个型号的燃气轮机，不仅能通过提高采购量来压低采购成本，还简化了对后勤支援的要求。
为了满足新一代大型驱逐舰超过30节的航速要求，其动力装置的总推进功率必须达到约10万马力（73550千瓦）；而为了保障动力装置的生命力，至少应设置两组独立的主机。
这样，新舰应该设置4台同样的全工况燃气轮机作为动力，单机功率应该达到约2.5万马力（18387.54千瓦）。
与之相比，苏联海军“卡辛”级驱逐舰的动力装置由8台1.1万马力（8090.5千瓦）燃气轮机组成，高下立见。
由于开发LM1500燃气轮机的过程中已积累了足够的研制经验，新型燃气轮机的发展合同毫无悬念地落到了通用电气公司手中。
鉴于新型燃气轮机的功率等级比LM1500上了一个台阶，一般班的航空喷气发动机已经难以满足要求。
当时美国空军最大、最重的飞机是研制中的C-5“银河”重型运输机，其上将要装备的通用电气TF39涡轮风扇发动机是当时推力最大的发动机，该机当仁不让地成为改装新型燃气轮机的最优选择。
TF39涡轮风扇发动机的源头来自于1959年，当时美国空军提出“轻重量燃气发生器”计划，后改称“先进涡轮燃气发生器计划”。
这是一个由美国军方牵头、军工界共同参与的先进航空技术预研计划。
由于燃气发生器属于涡轮发动机的核心部分，其性能高低决定了发动机的总体水平，技术难度也最大。
通过开展“先进涡轮燃气发生器计划”，可以对关键技术进行先期研究，同时对燃气发生器（核心机）进行装机环境下的试验验证，从而降低型号研制的技术风险、缩短周期、减少成本。
1963年，在“先进涡轮燃气发生器计划”的支持下，通用电气公司开发出第一台“先进技术核心机”——GEI。
GEI核心机由14级轴流式高压压气机、环形燃烧室与2级冷却式高压涡轮组成，主要参数为：空气流量32公斤／秒，压比11，推力2272公斤，压气机前五级静子可调，直径0.61米，长度1.78米。
在GEI的基础上，衍生出了三型值得注意的验证机——GEI/6、GE9和GE1/10。
1964年5月，美国空军针对新型远程重型运输机的需求，提出发动机和飞机机体招标，其中要求发动机达到18000公斤级的推力。
1965年4月，通用电气公司以GE1/6验证机参与投标，战胜了竞争对手普拉特·惠特尼公司。
1965年12月，新型TF39发动机首次试车，1967年6月开始试飞，到了1968年10月，TF39发动机便开始了生产型交付。
在获得美国海军的新型燃气轮机开发合同之后，1968年4月（这时TF39还未正式投产），通用电气公司以TF39涡轮风扇发动机的核心机为基础，开始了新型LM25OO燃气轮机的研制。
广泛应用1969年，通用电气公司生产出第一台LM2500样机，次年，样机被安装到一艘滚装船上进行了海上试验。
试验证明，LM2500的输出功率达到了25500只力（18755千瓦），效率达到了35.5%，完全满足海军的要求。
随后，通用电气公司开始新型燃气轮机的量产，第一艘装备LM2500燃气轮机的是DDG963“斯普鲁恩斯”号导弹驱逐舰。
该舰采用两组燃气轮机、每一组均由2台LM2500组合而成的COGAG推进方案，最大航速达到33节。
美国海军共建造了31艘8040吨的“斯普鲁恩斯”级导弹驱逐舰。
该级舰现已从美国海军中退役，其中至少19艘已经被作为靶舰击沉。
采用LM2500燃气轮机的第二个大用户是FFG7“佩里”级护卫舰。
为了降低设计成本，该级舰直接采用了“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的一组2台LM2500燃气轮机动力装置，驱动一具可调距螺旋桨。
美国海军共建造了51艘“佩里”级护卫舰，澳大利亚、西班牙也引进和仿制此型舰，该级舰现已有一部分从美国海军中退役。
1970年代后期，伊朗海军订购了6艘对空型“斯普鲁恩斯”级导弹驱逐舰，后来因为资金问题减为4艘。
巴列维王朝被推翻后，伊朗最后撤销了这些舰的订货。
当时建造工程已经基本完成，为了减小船厂损失，美国海军接过了这4艘舰的合同，即DDG993“基德”级导弹驱逐舰，动力装置同样为两组共4台LM2500燃气轮机。
由于战斗力偏低，该级舰已从美国海军中退役。
为了满足美国／北约近海防御的要求，波音公司为美国海军建造了6艘“飞马座”级导弹水冀艇，CODOG方式驱动，排水航行时使用两台柴油机，水翼航行时的动力为1台LM2 500燃气轮机。
1970年代后期，美海军原计划设计—型装备“宙斯盾”系统的核动力巡洋舰，但因为成本问题最终撤销。
取而代之的是设计一型“斯普鲁恩斯”级的派生舰，即9466吨的CG47“提康德罗加”级导弹巡洋舰。
“提康特罗加”级巡洋舰的建造总数为27艘，也使用了两组共4台LM2500燃气轮机。
之后装备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日作为靶舰被击沉。
为了对抗未来的新威胁以及满足美国海军当时计划拥有60帅雯舰的要求，1981年，美国海军开始投资发展新一代的驱逐舰，即现在的DDG51“阿利·伯克”级导弹驱逐舰。
该舰装备“宙斯盾”系统和MK41多用途导弹垂直发射系统，成本较“提康特罗加”巡洋舰要低，用于弥补后者不能大量建造而造成的防空火力空白。
“阿利·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。
得益于新型材料、工艺的发展，以及长期运行的经验，LM2500的功率提高到了每台30600马力（22506千瓦），效率达到了36.2％。
由于LM2500燃气轮机的优异性能，其他国家海军的舰艇也大量采用LM2500作为推进动力。
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3 50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。
结构与系统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。
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。
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级为钦合金，其余部分使用Inconel718合金制造。
第l到14级工作叶片的材料为钦合金，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。