最畅销的心脏：LM2500舰用燃气轮机

1、最畅销的心脏： LM2500 舰用燃气轮机LM2500 燃气轮机LM2500 系列燃气轮机是美国通用动力公司于上世纪六十年 代以 TF39 涡轮风扇发动机为蓝本研制的航改式燃气轮机。该系列燃气轮机有着非常广泛的用途，可应用于船舶动力， 发电，石油开采等多种目的。最为主要的用途是作为军用舰 艇的动力装置。由于该型燃气轮机性能优秀，所以美国与其 他海军均采购 LM2500 燃气轮机作为作战舰艇的动力装置。从上世纪 70 年代初正式投入使用以来， LM2500 系列燃气轮 机已经销售了 2000 多台 （包括工业和舰船 ），占据了世界舰船燃气轮机的绝大部分份额。目前，用于舰船推进的 LM25005千

2、万小和 LM2500+ 燃气轮机的总运行时数已经超过惊人的 时，这是其他任何一种舰船燃气轮机都难以企及的高度。这一切都得益于 LM2500 的高性能、高可靠性和高利用率， 也得益于其不断的升级改进。 从最初的 25500 马力 （18755 千 瓦 ）到 G4 的 47370 马力 （34841 千瓦 ），LM2500 连续跨越了两 个功率等级的台阶，从而充分满足了客户的需求。可以说，LM2500 是最优秀、最成功的燃气轮机。从目前世界燃气轮 机发展的趋势来看，很再难出现一种可以挑战甚至超越这座碑的新型燃气轮机了。而且燃气轮机属于高技术产品，研 发必须具备雄厚的工业基础和长期不断的投入，目前世

3、界上真正能设计、制造船用大功率燃气轮机的厂商数量也很少。研制背景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（约11兆瓦）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

4、） ，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

5、、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

6、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，

7、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

8、轮燃气发生器计划”的支持下，通用电 心机由 14级轴流式高压压气机、环形燃烧室与 2级冷却式气公司开发出第一台“先进技术核心机”GEI。GEI 核高压涡轮组成， 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

9、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（ 1 8755 千瓦），效率 达到了 35.5%，完全满足海军的要求。随

10、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 1 9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，驱动具可调距螺旋桨。美国海军共建造了 51

11、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 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。基本完成，为了减小船厂损失，美国海军接过了这4 艘舰的为了满足美国 /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

12、用两台柴油机，水翼航行时的动力为1台LM2500 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 Mk26Mod5 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

13、谷” 60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 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

14、% 。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 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。结构与系统燃气轮机工作原理图 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 1 6级、高压比、轴

15、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

16、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

17、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钦合金制造，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3到叶和 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 级静叶的材料为钦合金，第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

18、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、静叶片项部相对的静子、转子壁 面上喷涂有可磨损的材料，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 荷的一部分由毅承受，并通过 10 个径向导流支板穿至机匣 外壳。毅与导流支板以及

19、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。燃烧室 燃烧室是保证燃气轮机在各种工况下，顺利将燃料的化学能 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；烧过程的不稳定会导致意外的熄火甚停 机；燃烧组织不好，会使燃烧过程流动损失增加，降低燃烧 效率、黔增大燃油消耗等等。因此，一个合适的燃烧室，是 燃气

20、轮机工作良好的关键。LM2500 的燃烧室为单环形燃烧室，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。燃气涡轮 燃气涡轮是燃气轮机的另一种要部件，其主要作用是将来自 燃烧室高温、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。

21、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 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

22、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。输出的称为动力涡轮，者在结构上大同小异，都是由转子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，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

23、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、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，叶根为机树形。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

24、经过成对叶樵间的通路进入 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6可拆卸转子结构。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，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。静子机匣内壁采用了具有蜂窝结构可容损材料制成的 衬里

25、，减小了泄漏。因为级数多，采用了两端支承结构，设 置了两个专门的承力支承部件前支架和后支架。前支架又称为涡轮中机匣，前安装边与燃气发生器的后安装 边联接，后安装边则与动力涡轮的静子机匣相连接。前支架 主要由内座圈、外壳体和联接二者的整流支板组成，是一个 整体传力元件。涡轮第 1 级导向器叶片环固定于其内，内座 圈处安装前轴承组合体。后支架又称为涡轮后机匣，前安装 边与动力涡轮静子机匣相联接，后安装边与排气涡壳联接。后支架也是整体传力元件，主要由内座圈、外壳体和联接二 者的整流支板组成，内座圈处安装后轴承组合件。动力涡轮静子为水平剖分式结构，第 2 到第 6 级导向器叶片 的内壁面处以及叶片环内

26、环壁面处，均嵌装蜂窝结构可容损 材料制成的密封装置，以减少动力涡轮工作叶片与机匣之间 的径向减小，以及减小叶片环内环壁面与转子之间的级间密环固定在静子机匣的环槽中。在各级静子叶片环之前，机匣封间隙，从而提高了动力涡轮的效率。动力涡轮转子为短螺栓联接、盘鼓混合式结构。锥形前鼓轴 固定在第 3 级轮盘之前，锥形后鼓轴固定在第 6 级轮盘之前， 使得转子支点间距大大缩短，结构紧凑，增强了转子的抗弯 刚性。这种由短螺栓联接的多级盘鼓式结构的优点是简单、 重量轻、联接刚性好，而且布局灵活，拆装、 更换损坏的 元件也比较方便。 动力涡轮的 6 级工作叶片全部为带冠结构，抗振性能好，效率高，用耐腐蚀材料 R

27、ene77 合金制造，前 3级工作叶片表面还涂有防腐蚀涂层。导向器叶片的前3 级也是用 Rene77 合金制造，后 3 级则改为用 Rene41 合金制造。附件传动装置 附件传动装置在舰船燃气轮机上有许多需要由燃气发生器 转子带动的附属系统以及设备的附件，如滑油泵、燃油泵、 燃油自动调节器等。而另外一些附属系统以及设备的附件， 又用来带动燃气轮机转子转动，如起动机、盘车装置等。为 了实现燃气轮机转子和这些附件间的传动，需要设置专门的 传动装置，即附件传动装置。附属系统和设备中的附件一般都装在附件传动机构的机匣，其中装有若干组齿轮组以及离合器等。只要燃气轮机转 动这个附件的传动机构，被带动的附件

28、即可投入运转，燃气 轮机的各个附属系统和设备就能进入正常工作。同样，起动 机、盘车装置等附件工作时， 也可以拖动燃气轮机转子转动。附属系统、设备的工作可靠性直接影响燃气轮机的性能和工 作可靠性，因此，一方面要求附属系统和设备具有较高的性 能，另一方面也要求附件传动装置结构可靠，能在各种工况保证所有附件的转速、 转向、功率传递等方面的技术要求。同时，还要求附件传动装置尺寸、重量小，使用、维护和更 换都要比较方便。LM2500 燃气轮机的附件传动装置位于压气机前机匣处，主 要由输入齿轮箱、径向传动轴和传动齿轮箱等部件组成。输 入齿轮箱装置由铸铝壳体、轴、一对圆锥齿轮、轴承以及滑 油喷嘴等构成。径向

29、传动轴是空心轴，轴的两端用花键分别 与输入齿轮箱以及转换齿轮箱内的圆锥齿轮相联接，其作用 是将功率由输入齿轮箱传至转换齿轮箱的前部。转换齿轮箱则由两个铝制壳体、一个油气分离器、齿轮、轴 承、密封件、滑油喷嘴以及附件联系器等部分组成。壳体底 部有个入口盖，为径向传动轴的安装提供了方便。在后面部 分的所有附件联接器和惰轮，均采用“插入式”齿轮的设计 思想，这样在进行齿轮、轴承、密封件、联接器组件等进行 拆卸或更换时，就不用对齿轮箱进行分解。安装在转换齿轮 箱上的附件有：燃气轮机起动机、滑油供油泵和回油泵、燃 油泵以及主燃油控制器。油气分离器安装在转换齿轮箱前 部，并作为齿轮箱的一部分而存在。起动系

30、统燃气轮机不能依靠自身投入工作，需要外界能源来帮助起 动，经过一个预先设定的起动过程，才能使主机进入稳定的 工作状态。通常把提供能量、拖动燃气轮机旋转的辅助机械 称为起动机，使燃气轮机从静止状态起动加速到慢车工况的 过程称为起动过程，而用于完成燃气轮机起动过程的各个工 作部分，如起动机、起动燃油供给系统、点火系统、自动控 制装置等在内的一整套装置、系统称为燃气轮机起动系统。在燃气轮机起动系统中，起动机用于拖动燃气发生器转子转 动，使之加速到一定转速，从而使进入燃烧室的空气具有足 够压力，保证燃烧室内混合气可靠点火燃烧，使燃气轮机进 入自主运行状态，是起动系统中的核心部件。现代燃气轮机 常用的起

31、动机有电起动机、燃气涡轮起动机和空气涡轮起动 机等三类， 不管哪种， 都要求有足够的功率来拖动主机转动。LM2500 燃气轮机采用了同时具有液压油马达起动机和空气 涡轮起动机的双重动力源起动系统，但由于舰船上的高压空 气获取比较方便，一般以空气涡轮起动机为主用起动机。该 机由进气装置、涡轮装置、减速齿轮、切断开关、超速离合 器以及花键输出轴组成。其中涡轮为单级轴流式涡轮，减速 齿轮为带有一个转动齿环的复合式行星齿轮系统，超速离合 器为棘爪 -棘轮式， 在起动期间可以保证可靠接合， 而主机起 动后，能保证起动机的顺利脱开。燃油系统这是燃气轮机各系统中最复杂的部分，其功用是保证向燃气 轮机的燃烧室

32、可靠地供给一定压力和流量的燃油，依靠燃油 系统中自动调节器的调节作用，按照一定规律控制、调节燃 气轮机的供油量，使燃气轮机在任何运行工况下，都能够高 效、安全可靠地工作。燃油系统可以分为供油和调节两大部 分，通常由燃油箱、燃油过滤器、低压燃油泵、燃油加温器有时兼作滑油冷却器） 、高压燃油泵、燃油自动调节器、 燃油分配器、燃油总管、燃油喷嘴等组成。在管理中，也经 常以高压油泵为界，将燃油系统划分为低压燃油部分和高压 燃油部分。在 LM2500 燃气轮机的燃油系统中，通过调节和分配喷射到 燃烧室中的燃油数量，可以控制燃气发生器的转速。动力涡 轮的转速是无法直接控制的，但可以根据燃气发生器产生的 燃

33、气流能量大小来确定。为了防止动力涡轮超速，由安装在 电子控制箱里的电子超速开关来保护，当动力涡轮转速偏高 时，自动减小燃烧室供油量，以保证动力涡轮的安全。来自舰船油舱的燃油，流经燃气轮机底座处的燃油进口接 头，进入主燃油泵增压部分进行初步加压，然后再进入燃油 泵的高压部分。高压燃油流经燃油过滤器，然后进入燃油控 制器。如果燃油过滤器堵塞，可以使用过滤器旁通阀使燃油 绕过过滤器。舰船燃气轮机通常只使用高质量的轻柴油，燃 油中细小杂质的含量相对较少，只用过滤器就可以满足燃油清洁的要求。为了保障燃气轮机的正常运行，必须保证供给 充足的燃油，所有燃油泵的流量要高于燃气轮机的最大燃油 消耗率，燃油在燃油

34、控制器里被分为计量（供油）流量和旁 通（回油）流量，超出需要的部分燃油通过旁通阀回流到燃 油泵高压部分的进口。安装在燃油控制器出口处的增压阀可以保持一定的背压，保 证有足够的燃油压力，使燃油控制器可以正常工作。串联布 置的两个电控燃油停车阀，保证了燃油供应的可靠切断。当 停车阀开启时，燃油从燃油控制器流出，经过增压阀、燃油 停车阀、 燃油总管输送到燃油喷嘴， 30 个燃油喷嘴经压气机 后机匣伸进燃烧室，将燃油雾化喷出，维持正常的燃烧。当 停车阀关闭时，燃油停止向燃油总管供应，旁通回流到燃油 泵进口。此时，停车阀的残油泄放口开启，将燃油总管、支 管和喷嘴中的残油泄出，防止因为刚停机时部件的高温导

35、致残余燃油结焦，堵塞油路。燃油和转速调节系统可以控制可转叶片（进口导叶和前6级静叶可以转动） ，以保证在整个运行工况的范围内，使压气 机保持良好的工作性能，防止燃气轮机出现喘振。滑油系统 滑油系统是保证燃气轮机各支承和传动元件润滑、冷却的滑 油储存、供油和回油系统。其功用是向轴承、齿轮等摩擦部 件的工作表面供应滑油，起到液体润滑的作用，减少这些工作表面的磨损和摩擦损失，同时带走摩擦表面的热量，维持 轴承、齿轮等工作温度的正常。由此可见，燃气轮机的工作 可靠性，很大程度上取决于滑油系统的工作可靠性。舰船燃气轮机的滑油系统通常设计为两个独立的系统：燃气 发生器部分的前滑油系统，以及动力涡轮、推进系

36、统主传动 装置部分的后滑油系统。但也可以将前、后滑油系统合并为个系统，特别是在燃气发生器和动力涡轮都使用滚动轴承 支承的情况下，这种统一的滑油系统比较简单、可靠，实用 性强。LM2500 燃气轮机的滑油系统，就是燃气发生器和动力涡轮体化的润滑、冷却系统。该系统包括了滑油供油、滑油回 油以及回油池通风等三个分系统。滑油从储油箱里靠重力供 给安装在主机上的滑油供油一回油泵，滑油泵的供油部分将 流入的滑油加压，输送到要求润滑、冷却的部件和区域。滑 油供油的过滤是由安装在箱装体内的双联式滑油过滤器来保证的。供油管路末端的滑油喷嘴直接将滑油喷进轴承、齿轮和花键等部位进行润滑、冷却。经过使用的滑油流到4个

37、回油池和转换齿轮箱底部，分别被回油泵抽出，返回滑油储 存、调节油箱，并进行冷却。回油的过滤是由安装在滑油箱的双联式滑油过滤器来保证的。滑油系统中的滑油在运行过程中会发生损耗，主要包括了滑 油自身的分解、滑油蒸汽经密封装置渗漏到气流中以及经通 气管逸出到外界大气中。燃气轮机的滑油消耗量普遍不大，LM2500 燃气轮机的最大滑油消耗率约 0.9 公斤 /时，平均滑 油消耗率仅有约 0.09 公斤/时，与柴油机相比要小一个数量 级。但由于燃气轮机工作转速高，对滑油的质量要求要远远 高于柴油机。箱装体 早期的舰船燃气轮机跟蒸汽轮机、柴油机一样，也是呈“裸 机”状态布置于机舱内，虽然便于监测和接近、维护

38、，但是 燃气轮机运行时的高温和噪音等问题，对机舱环境影响很 大，特别是高频噪音的强度过大，严重影响机舱人员的正常 工作。也许是受已经坍塌的“红色帝国”长久以来片面拔高 人的主观能动性、忽视人员舒适性的习惯思维影响，乌克兰 在上世纪 90 年代设计的 l）A80 燃气轮机依然采用 “裸机”状 态，仅燃烧室及其后部分包裹了隔热、隔音效果很差的简单 金属罩。为了避免这些不利影响，同时利于实现自动化和远距离控 制、充分发挥燃气轮机的技术性能，出现了将燃气轮机整体 组件化的解决方案，即将燃气发生器、动力涡轮、进气室、 排气涡壳以及燃气轮机附件、相关电气设备等组装在一个带 有防震底座的箱体里，构成一个完整

39、的箱装体（也称为燃气 轮机模件）。燃气轮机模件可以在工厂中装配、调试好，而 后装舰使用，这样可以大大减少在舰上的装配工作量、降低 装配难度，同时保证模件工作的可靠性。箱装体结构有利于 隔热、隔音和防震，内部布置有照明、加热、灭火、通风等 设备，极大改善了机舱工作条件。通常，燃气轮机箱装体为 钢制的密封罩壳，外观一般为长方体。整台燃气轮机安装在 底座上之后，用箱体罩起，然后和单独装箱的其他设备组成个有机的整体，方便进行操纵、监测和维护。LM2500 燃气轮机是最早采用箱装体结构的舰船燃气轮机之，其箱装体长约 8 米，宽约 2.7 米，高约 3.1 米。其中，底座是燃气轮机和箱装体的支承基础，通过

40、 32 个抗冲击支 承安装到舰体机座结构上，底座上设置有燃气轮机支承、涡 壳支承、箱体以及间壁。底座上还设置有密封的贯穿孔，用 以安装抽气管、燃油管、滑油管、控制电缆、仪表电缆、清 洗水管、 动力电缆、 起动空气管、 灭火剂输送管， 以及残油、 残水的泄放管。此外，还有燃油溢流阀、滑油过滤器及各种 接头、插座等附件。箱装体顶部布置由空气进口、通风冷却空气口以及排气口， 各通过一个挠性接头与船体结构相连。在空气进口处有一组 永久性的导轨，通过另外一组临时安装的导轨，可以将从底 座脱开的燃气轮机移动到进气口的导轨处，此时移动到进气 口处的起吊装置将协助把发动机从导轨拉出，从而吊出船 外。箱体上有检

41、修门、天窗等开口。箱体本身为带夹层和填 料的多层隔音结构，从箱体内传出的气动和机械噪音都很 低，当燃气轮机工作时，在箱体外可进行正常交谈。前苏联 /乌克兰的 DN80 燃气轮机是唯一能和 LM2500 抗衡的 燃气轮机 改进改型世纪 90 年代初，通用电气公司虽然将 LM2500 燃气轮机 的功率提高到 3 万马力（ 22065 千瓦）级别，但是随着各国 海军对于水面舰只主动力装置的功率要求不断提高，已不能 满足日益增长的对于大功率舰船燃气轮机的要求。如今，LM2500 的功率再次提升到 33600 马力（ 24713 千瓦，此时 效率 37.2%） ，但一些新研制的舰船燃气轮机已经达到甚至超

42、 过 4 万马力（ 29420 千瓦）的功率级别。为此，通用电气公 司决定在 LM2500 的基础上开发一型功率增强型 LM2500 ， 以满足 4万马力级别市场的需求。 新的 LM2500+ 型燃气轮机 在 1998 年进行试车， 功率达到了 40500 马力（29788 千瓦）， 效率达到 39.1%，成功捍卫了通用电气公司在船舶推进燃气轮机市场中的地位。美国海军的 LHD1 “黄蜂”级大型两栖 攻击舰的动力装置本来采用两台共 7万马力（ 51485 千瓦） 的蒸汽轮机，从第 8艘“马金岛”号（ LHDS ）起，已经改 为使用两台 LM25OO+ 燃气轮机推进。新型 LM2500+ 燃气轮机的升级策略， 是保留并利用原有的先进设计、结构、高性能的材料和涂层，基于可靠性和高利用 率，尽可能使用现有技术，采用保守、低风险的设计途径来 提高功率。事实证明，通用电气公司用最小的代价达成了目 标。之后， 通用电气公司并没有满足于在 LM2500+ 上获得的 成功，为了最大限度的榨取 LM2500 这个“年近四旬老翁” 的潜力， 在 2005 年开始对新一代 LM2500+G4 进行试验， 最 大功率达到了 47370 马力（34841 千瓦），效率进一步提高到39.3%。LM2500+G4燃气轮机现已正式投放市场，为通用电气公司逐鹿世界燃气轮机市场