小小的燃气轮机,凭什么记录了中国海军的崛起之路?

毒客DUCK 2024-12-18 14:59:25

有人问中国海军是从什么时候崛起的?我想这个问题的答案应该有一个关于发动机的故事…

英国罗尔斯·罗伊斯公司曾经豪言,凭借燃气轮机“大英帝国将决定世界海军舰艇的吨位”,从某种意义上,放眼世界也确实如此!

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,从世界海军建设发展的形式来看,谁能掌握更加先进的燃气轮机技术,谁就能够持世界舰用燃气轮机之牛耳!

上个世纪激烈的冷战对抗中,美苏在舰用动力方面几乎呈势均力敌之势,然而平衡还是在上世纪70年代被打破了…

LM2500燃气轮机投产了!1975年装备4台LM2500的斯普鲁恩斯8000吨级驱逐舰,跑出了33节的航速,并与1977年装备2台LM2500满载4000吨的佩里级护卫舰形成了冷战期间的美海军的主力,而同时期的苏联海军“卡辛”级驱逐舰的动力装置高达8台,谁胜谁败,高下立见。

苏联立即组织曙光设计局开始了其第四代军舰用燃气轮机——UGT-25000燃气轮机的研制工作,但此时已是这个红色巨人已经进入了生命的倒计时…

UGT-25000以UGT-15000为核心,采用轴向进气,燃烧室逆流环管干式布局,加16个火焰筒,互相均可以连接并交叉点火,9级高压涡轮和9级低压涡轮机均为单级轴流式,同时采用空气对流结构冷却;

作为苏联和乌克兰生产过的的最大燃气轮机,UGT-25000的长度达到了16米,重16吨,其稳定输出功率达到了24.6兆瓦,最大功率更是超过了2.9万千瓦,比LM2500的1.9万千瓦高出44.9%,热效率更是达到惊人的36%,大修时间达到1.5万小时,几乎在所有主要技战术指标上UGT25000都完全实现了与LM2500的对标,成为冷战末期唯一一个能够正面硬刚LM2500的选手,是6000吨以上大型舰艇的理想动力源,更是苏联燃气轮机工业的集大成之作!

然而由于苏联的突然解体,其后续改进工作几乎全部中断,因此其“复兴”工作分别落到了几个拥有国身上…

舰用动力和航空动力一样,作为人类工业史上的“双子星”,长期困扰着我国我军的诸多建设,上世纪90年代的中美“蜜月期”,解放军曾短暂进口美制LM2500燃气轮机,安装于早期4000吨级的052型驱逐舰身上,时至今日其依旧是我军动力最为澎湃的军舰之一,但随着美国全球军事战略部署调整,中美蜜月期的结束,LM2500燃气轮机失去了后续外部技术来源,中国海军无法再次获得LM2500燃气轮机,并且受制于技术与经济水平,在当时无法进行反向研究,因此只能将目光转向乌克兰,这个号称为动力沙皇的国度。

苏联坍塌后,乌克兰继承了包括黑海造船厂在内的诸多苏联军工企业,其中便有著名的曙光联合设计局,作为苏联唯一一家专门生产大型燃气轮机的工厂,生产了超过半数以上的苏联主力舰艇发动机,在最高峰时期曾经占据了全世界近1/3的产量。

此时的乌克兰虽然一跃成为欧洲第二大重工业国和军备大国,但是财政捉襟见肘,而曙光设计局恰好派上了用场。

1993年中国和乌克兰方面签订UGT-25000燃气轮机的购买和技术转让协议,根据文件,乌克兰将向中方出售10台原装UGT-25000燃气轮机(出口代号型DA80),并转让相关的全部技术材料,齿轮就此开始了转动…

1998年,随着国力逐步的恢复,解放军开始了燃气轮机的国产化进程,而决策领导层相当明智的选择了三个单位共同开发分享以分摊技术风险的路径!这三个单位分别是:中船重工第703所、西安航发公司和哈尔滨汽轮机公司。

从后续来看,竞争的确是是最好的催化剂,这三家公司对UGT-25000燃气轮机的摸索也几乎代表了中国现今燃气轮机工业的总体布局情况。

其中中船重工703研究是当时国内的唯一一家大型舰船蒸汽、燃气动力装置研究所,在人才、技术和经验方面占尽优势,研制工作也推进最快,2004年,中船重工第一台国产化UGT25000完成下线,国产化率达到了60%,具有与原装UGT-25000完全相当的性能,2011年,国产化率达到98.1%,UGT25000也重新被命名为GT-25000。

此时西航方面的研制工作也进入了尾声,顺利的推出了UGT-25000的国产化版:QC280和QD280。

担心份额被稀释的中船重工,通过第一批GT-25000中国海军中的应用,摸清楚了UGT-25000原本的结构缺陷和在高温、高湿、高盐的大洋环境中的不足,中国对UGT-25000的消化吸收,正式进入了深层次阶段,其成果就是军用型的CGT-25M型和工业用CGT-25D型燃气轮机。

而前者,作为当前中国技术水平最高的30MW级燃气轮机,其被迅速装备于海军052C、052D、055驱逐舰等诸多主力舰艇上,是中国海军盾舰饺子背后不为人知的最大“功臣”!

“已经变成无法对付的怪物了”——日本媒体对055的评价。

055驱逐舰所装备的正是CGT-25M,单台功率超过了38000马力,是世界上功率最大的燃气轮机之一。

CGT-25M额定功率在27兆瓦以上,055采用四台并联布局的,使得055型驱逐舰的舰机总功率达到了约110兆瓦,在14万马力以上,因此,即便是排水量已然达到了12000吨的055型驱逐舰,其最大航速也突破了32节大关,可以真正为舰队型远洋航空母舰提供伴随作战需要。

而即便强势如美国海军,其最新型的导弹驱逐舰阿利伯克3型所使用的4台LM2500燃气轮机的总功率也不过10万马力。

号称美国海军科幻战舰的“朱姆沃尔特”级驱逐舰,采用2台英国MT-30燃气轮机后的总功率也仅为10.5万马力,总功率却只有055的三分之二。

同时依托舰用CGT-25M燃气轮机成熟的技术和结构,中船重工又研制了完全自主知识产权的30MW级工业用燃气轮机——CGT-25D。

我国的西气东输工程,西起新疆东至长三角,管网长达4200km。天然气长输管线每隔100-200公里需要设一个由多台压缩机组构成的压气站,通过逐级加压来保证天然气的长距离稳定输送, 过去该领域被英美垄断,CGT-25D型燃气轮机从2016年起开始在西气东输项目中投入运营,2021年,俄罗斯一口气从中国引进了数十台燃气轮机,也是该型号。

话又说回CGT-25M,尽管其艺术水平已经完全匹敌欧美一流舰用燃气轮机,在部分领域甚至有所领先,但是并非毫无缺点!(难听的来了)

首先,CGT-25M的体积并不算小,7000吨级的052D驱逐舰都只能装下2台,055驱逐舰为了满足动力需要,足足4台的CGT-25M,而且吨位仅仅是052D驱逐舰的1.7倍。

其次,4台燃气轮机也就意味着055型驱逐舰的全舰动力系统需要4道电流设备,其维护成本远远高于使用了2台同类型燃气轮机的052D,这也使得055驱逐舰虽有全舰综合电力管理系统,却未没有采用全电推进……

问题的解决就留给了后者新一代40兆瓦级燃气轮机——CGT-40!

“天下英雄唯使君与操耳”

英国是世界舰用燃气轮机领域综合实力最强的国家,也是燃气轮机发展历史最为悠久的国家,其技术底蕴也最为深厚,其扛鼎之作是诞生于千年之交的——MT30燃气轮机,其输出功率达到了36兆瓦即惊人的5万马力,最大功率更是高达40MW,几乎毫无悬念的成为目前世界上功率最大的船用燃气轮!

2台MT30加上4台柴油机,就能让65000吨的“女王”级航母在海上“狂飙”到27节!而2台MT30的推进功率,便已经可以驱动万吨级驱逐舰的冲刺且游刃有余,而且其结构紧凑、维护可靠、性能出色,整机连同附属设备和安装底座总重量也才不到27吨,功重比达到了惊人的1.33千瓦/千克!

充沛的动力输出,使得采用MT30燃气轮机的英国伊丽莎白女王级航母、美国朱姆沃尔特级驱逐舰都采用了代表世界海军未来发展标志性的综合电力管理系统、全电推进、双波段雷达等军事研究新成果,可以说这些军舰光环的背后都离不开MT30燃气轮机的加持。

而作为世界最强战力的——055级驱逐舰就显得颇为尴尬,其虽有全舰综合电力管理系统,却迟迟未安装全电推进,055虽然安装了四台并联布局的CGT-25M燃气轮机,舰机总功率达到了约110兆瓦,在14万马力以上,055第二批也开始开建,但丝毫未看出有高能武器上舰的趋势……

而首批八艘055导弹驱逐舰已经运作了超过8年,在这8年里世界海上霸主美国,已经在下一代水面舰艇上开始了大踏步探索,星座级护卫舰、DDGX驱逐舰、新型海战兵器层出不穷……

东亚棋手韩国也对标055型驱逐舰,开始执行其国产驱逐舰三步走战略的最终产物——KDDX型驱逐舰;

南太平洋霸主澳大利亚,也已经在欧洲驱逐舰的基础上推出了排水量高达1.2万吨、装备大口径垂发的新型驱逐舰……

面对各国海军的风雨欲来之势,055驱逐舰的技术水平,在未来的海战中已经显得心有余而力不足。

在这个背景下,2023年10月,中船重工下属的广瀚燃机公司,首次向外界披露了中国海军的下一代40兆瓦级舰用燃气轮机的存在——CGT-40。

根据中船重工广瀚燃机公司公开的CGT-40燃气轮机数据来看,其额定功率已经高达42兆瓦,舰艇推力接近5.8万匹马力,热效率高达39.5%,已经接近于英国皇家海军的MT-30燃气轮机40%的热效率,可以说其性能已经和MT-30燃气轮机处于全球统治地位!

目前的055型驱逐舰采用了4台CGT-25燃气轮机,在换装CGT-40之后,只需要两台即可满足其发电和动力需求!两台CGT-40便已经可以提供超过80兆瓦级别的动力输出,即相当于11.6万匹马力,这已经几乎和伊丽莎白女王级航母平齐,而双发动机的布局既保证足够的舰艇发动机功率/推力,同时也可以进一步缩小动力仓体积,这对于“寸土寸金”的军舰来说无疑一个巨大的优势,其节省下来的空间可以携带更多的燃料或武器装备等,同时,更少的燃气轮机数量也可以直接降低降低军舰的综合及运营成本…

而作为40兆瓦级别的燃气轮机,参照英国MT30的发展模式:

一台CGT40燃气轮机就可以满足5000吨的054B型护卫舰、8000吨级的052改型驱逐舰!

两台CGT40燃气轮机即可满足万吨级别的驱逐舰、巡洋舰,通过组合数量不一的发电机还可以进一步满足6万吨级中大型航母和两栖攻击机、3-4台CGT-40则可满足8-10万吨级超级航母动力需求。

而CGT40燃气轮机在输电功率上的优势、输电设备上的简化也还可以满足高能武器、大功率雷达、电磁轨道炮、舰载激光系统的电力供应,从长期来看这对于舰队海上决战能力无疑具有划时代的意义!

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