国外船用主汽轮机组发展概述.docx

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国外船用主汽轮机组发展概述

于剑锋王超许亮

（中国船舶重工集团公司第七。

三研究所黑龙江哈尔滨150036）

摘要：

主汽轮机组是船用动力装置的核心装备之一，长期以来海军强国都非常重视主汽轮机组的研究和发展。

本文在国外航母核动力及核动力潜艇的发展进行了概述。

关键词：

船用动力主汽轮机组发展

文章编号：

POWER2015-059

0引言

蒸汽动力装置是舰用主动力装置的主要形式之一。

近年来，随着技术的发展，蒸汽动力装置基本不再应用于水面常规舰艇主动力，但在核动力航母和核动力潜艇仍然采用。

本文通过跟踪国外蒸汽动力装置中的主汽轮机组的发展脉络和重点，为我国的主汽轮机组的发展提供参考和借鉴。

1核动力航母方面

1.1概述

航母以舰载机为主要作战武器，具有舰机一体、攻防兼备、机动性能好、活动范围大、作战能力强的特点，是现代海军夺取远海作战制海权，保卫国土和海洋权益的有效武器装备。

核动力航空母舰是美国等军事强国航母战斗群的主要战舰。

二战之后，美国建造航母多艘，在世界各地均有美国核动力航母在游弋，航空母舰已成为美国强权政治的主要军事支柱之一。

俄罗斯海军也以核动力航母作为其发展方向。

1.2国外核动力航母主汽轮机组发展

西方先进国家在60年代以前建造的航母均采用常规蒸汽动力装置，基本界定为中型航母。

从70年代开始，随着舰船动力研制技术的进步、各国经济实力的增强以及各国军事斗争的需要，以美国为首的西方先进国家逐渐转向大型航母的研制，动力装置也逐渐变成核动力装置。

美国自二战以来建造了“中途岛”级、“福莱斯特”级和“小鹰”级蒸汽动力航空母舰，目前“小鹰”级刚刚退役。

随后建造了1艘“企业”级和10艘“尼米兹”级大型核动力航母。

其中“企业”级航母是世界上第一艘核动力航母，1961年建成服役，满载排水量近9万吨，单台主汽轮机组（以下简称主机组）功率7万马力，据悉其型式为高低压双缸汽轮机加平行轴减速器，4轴总功率共约28万马力。

而其后的“尼米兹”级是世界上排水量最大的核动力航母，1975年服役，满载排水量9万T0万吨（各型舰有所不同），采用相当的主机组,4轴总功率26万马力。

据公开资料，2013年下水的福特级核动力航母首舰“福特号”以主汽轮机组驱动螺旋桨推进，4轴总功率28万马力，略高于尼米兹级。

前苏联在建造了2艘“莫斯科”和5艘“基辅”两代蒸汽动力中型航空母舰之后，1982年开始建造“库兹涅佐夫级”蒸汽动力中型航母,采用的是4套5万马力蒸汽动力装置。

因前苏联解体，“乌里杨诺夫斯克”号核动力大型航母在建造过程中被拆毁，该航母为4机4桨，单台主机组功率为7万马力，其型式为单缸汽轮机加行星齿轮减速器，总功率28马力。

有消息称俄罗斯正准备建设新的航母编队，采用的动力装置与“乌里杨诺夫斯克”号相同。

法国于1955年开始建造了2艘克莱蒙梭级蒸汽动力中型航母，以积累航母研制技术和作战使用经验。

80年代法国开始研制“戴高乐”级中型核动力航母并服役,该舰动力装置采用其水下核潜艇的动力装置移植于航母中，该航母为2机2桨，单机功率为4.15万马力，总功率8.3万马力。

表1国外核动力航母动力装置应用情况

国别

奉行战略

在役和在建

动力

主机组功率

排水量

（t）

服役时间

美国

全球进攻性

1艘“企业”级

9艘“尼米兹”级

在建2艘“福特”级

核动力核动力核动力

4X7万马力

4X7万马力

4X7万马力

93970

91487-

102000

101600-

112000

19611975-2003首舰于2013年下水

俄罗斯

区域性

1艘“乌里杨诺夫斯克”号

核动力

4X7万马力

/

未建完、拆毁，

法国

区域性

1艘“戴高乐”级

核动力

2X4.15万马力

39680

2001

轮减速器的方案。

从美、俄两国核潜艇主机组的发展历程看，两种发展方向都是成功的。

2核动力潜艇方面

2.1概述

一直以来，美、俄等海军强国都非常重视核潜艇主机组的研究和发展，并取得了显著的成果，其核潜艇振动噪声设计及控制水平远远领先于其它国家。

2.2国外核潜艇主机组发展

纵观全球核潜艇发展史，除早期机组外，核潜艇主机组的发展主要有两个方向：

一是以美国为首的西方国家普遍采用的双台单缸汽轮机+平行轴外啮合减速器的方案；另一个是前苏联的单缸汽轮机+行星齿

（1）美国

美国第一艘“鹦鹉螺”号核潜艇的主机组是由高压缸、低压缸组成的双缸机组；一台主冷凝器配置在低压缸的下部；高、低压双缸发出的功率由一台齿轮传动减速器合并后传递给推进轴系，这种配置型式称为单机双缸方案，水面舰船主机组多采用该方案。

但是很快，美国核潜艇主机组改用两台单缸汽轮机+平行轴外啮合减速器的方案，除在减振降噪方面的不断改进、机组集成度不断提高外，其机组型式一直没有大的变化。

但由于保密和技术封锁等原因，相应的主机组的型号不详，其基本情况见表1。

表2美国核潜艇主要主机组特性一览表

代别

核潜艇级

核潜艇类别

建造或服役年代

建造数量（艘）

主机组功率（马力）

机组安装

方式

一代

鹦鹉螺

攻击型核潜艇

1954年

1

13400

不详

鲤鱼

攻击型核潜艇

1956年

6

15000

不详

华盛顿

弹道导弹核潜艇

1960年

5

15000

不详

二代

长尾鲨

攻击型核潜艇

1956年

11

2X10000马力单轴

不详

鱼寻鱼

攻击型核潜艇

1962年

37

2X10000马力单轴

不详

拉菲特

弹道导弹核潜艇

1963年

31

2X10000马力单轴

不详

三代

洛杉矶

攻击型核潜艇

1976年

62

2X17500马力单轴

浮筏减振

四代

海狼

攻击型核潜艇

1989年

3

2X26000马力单轴

浮筏减振

弗吉尼亚

攻击型核潜艇

1998年

14

2X20000马力单轴

浮筏减振

俄亥俄

弹道导弹核潜艇

1981年

18

2X30000马力

浮筏减振

振技术。

几十年来，美国在潜艇减振降噪方面投入了

由于美国在核潜艇主机组、系统和总体方面均有较高的减振降噪水平，因而其一直采用主动力直接推进，核潜艇仍能保持较低的振动噪声。

1957年4月开始美考虑核潜艇主机组采用刚性平台（浮筏基座）减大量的资金和人力，取得了显著的效果，目前在役的核潜艇在减振降噪方面较早期核潜艇下降达到40s50dB。

如美国“海狼”级核潜艇艇上所有的机械都经过了严格的减振降噪设计，并进行了严格的检测；所有设备或部件都安装在高效能减振机座、隔振器上，重要的主机、辅机都采用了整体双层减振基座；振动较大的表面覆盖着有阻振、吸声功能的阻尼材料；系统管路尽可能采用弹性连接管与艇体相接，对流体噪声较大的管路采用降低流速和加装消声器的办法；通过以上措施，“海狼”级核潜艇的对外辐射噪声得到大幅度降低。

根据掌握的情况，英国最新的“机敏”级核潜艇的动力布置主要形式为:

主汽轮机为两台单缸汽轮机,输出功率通过平行轴减速器变成单轴输出，主机组安装在舱筏上；汽轮发电机组与主机组头对头布置，并取消辅冷凝器，与主机共用主冷凝器。

这种布置可大大简化系统，提高装置功率密度，为减振降噪创造条件。

美国“弗吉尼亚”级核潜艇采用的布置形式与“机敏”级极为相似。

（2）前苏联/俄罗斯

为在短时间内获得主机组，前苏联以水面舰船“TB-9”机组为母型研制了第一代核潜艇用“601”主机组。

每艘艇装备两台该机组，每台机组输出功率17000马力，机组输出总功率34000马力，机组输出转速500rpm。

机组采用反动式单缸主汽轮机，单输入输出的外啮合减速器，机组刚性固定在艇体基础上。

“6X义”主机组作为核潜艇第二代主推进机组广泛应用于前苏联的第二代671系列（V级）潜艇，从1968年完成首制艇到1990年，装艇48艘。

“6XX”主机组采用单台单缸汽轮机、两台单通道共用冷凝器和一台行星齿轮减速器，在汽轮机和冷凝器之间设有膨胀节和隔断阀。

机组输出功率31000马力，输出转速265rpmo

资料显示，前苏联前两代机组均由基洛夫厂设计和生产，而其第三代“0K-9”主机组则在卡鲁卡厂设计和生产，机组集成度大幅度提高。

“OK-9”主机组输出功率50000马力，输出转速200rpm。

共用冷凝器壳体兼做框架，成为集成舱筏框架的一部分；汽轮机与冷凝器集成共用壳体结构；汽轮发电机组布置在汽轮机两侧，排汽道在冷凝器框架内构建；行星齿轮减速器采取了吊挂式减振，等等。

“0K-9”主机组实现了高度集成和功能拓展，功率密度高、辐射噪声小。

表2中列举了前苏联各时期较为典型的主机组，在经历几个型号近百条潜艇的设计、制造、试验运行及改进提高之后，前苏联核潜艇主机组设计技术已较为完善和成熟。

由于在主机组减振降噪方面取得了成功，前苏联与美国一样采用主机直接推进方式。

表3前苏联核潜艇主要主机组机型及特性一览表

工程代号

核潜艇类别

建造或服役年代

数量

主机组机型及功率（马力）

机组布置

代

627

N级攻击型核潜艇

1959年

13

「T3A-601、2x17000双轴

刚性安装

658

H级弹道导弹核潜艇

1960年

8

FT3A-60K2x17000双轴

刚性安装

代

671

V级攻击型核潜艇

1965年

48

IT3A-615、31000单轴

安减振器

705

A级攻击型核潜艇

1971年

6

0K-7型、40000单轴

不详

670

C级巡航导弹核潜艇

1968年

18

「T3A-631、15000单轴

不详

667

D级弹道导弹核潜艇

1971年

18

「T3A-635、2x26000双轴

不详

代

685

“麦克”级攻击型核潜艇

1978年

1

43000

浮筏减振

945

“塞拉”级攻击型核潜艇

1982年

6

43000

浮筏减振

971

“阿库拉”级攻击型核潜艇

1980年

16

50000

浮筏减振

949

“奥斯卡”级巡航导弹核潜艇

1978年

14

OK-9、2x49000双轴

浮筏减振

941

“台风”级弹道导弹核潜艇

1976年

6

OK-9、2x49000双轴

浮筏减振

四代

885

“北德文斯克”级攻击型核潜

1993年

3

43000

浮筏减振

998

“北风之神”级弹道导弹核潜艇

1996年

8

OK-9、2x49000双轴

浮筏减振

（3）英国 纪90年代建成服役的“前卫”级为弹道导弹核潜艇。

英国第一艘多用途核潜艇一一“无畏”号于1963年正式服役,艇上的核动力装置购自美国。

1973-1981年建成服役的“快速”和建于上个世纪80年代的“特拉法尔加”级核潜艇是其主要攻击型核潜艇。

上个世冷战结束后，英国海军的水下力量也进行了较大规模地裁减。

自2001年起，建造“机敏”级攻击型核潜艇，预计将分两批建造6艘。

图1为“机敏”级核潜艇的剖视图，基本可以判

断英国采用的双台单缸汽轮机+平行轴外啮合减速器的方案,且汽轮发电机组与主机组集成布置在浮筏上。



英国核潜艇主机组主要特性见表4。

表4英国核潜艇主要主机组特性一览表

核潜艇类别

建造或服役年代

建造数量（艘）

主机组功率（马力）

机组安装

“快速”级攻击型核潜