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美国AGT-1500燃气轮机
2019-05-04 18:45:14 来源: 作者: 【 】 浏览:0次 评论:0


国别
美国
名称
AGT-1500燃气轮机
 AGT-1500 Gas Turbine Engine
研制单位
阿夫柯-莱卡明公司
 AVCO-Lycoming CO.,US
生产单位
达信·莱卡明公司
 Textron Lycoming,US
现状
生产
装备情形
美国M1主战坦克及其抢救车

概述

 1965年6月美国陆军提出坦克和重型车辆用1103kW(1500马力)燃气轮机发展计划。1965年10月陆军选定阿夫柯·莱卡明(现改为达信-莱卡明)公司的以直升机涡轮螺旋桨发动机为基础的设计计划,并签定30台样机的研制合同,该机定名为AGT-1500。


 1967年1月样机开始进行台架试验。1968年初,在2个M48坦克底盘上进行装车试验。至1972年春,完成了5000h的实验室运转和600多公司里的装车试验,其中一半里程,坦克是在多尘地区行驶的。
 1973年陆军分别与克莱斯勒(Chrysler)公司和通用汽车公司(GMC)签订研制MX-1坦克样车的合同,克莱斯勒公司的样车采用AGT-1500燃气轮机,通用汽车公司的样车采用AVCR-1360-2型可变压缩比柴油机。1975年2月阿夫柯-莱卡明公司将经过改进的AGT-1500燃气轮机交付克莱斯勒公司。
 1976年两台XM-1坦克样车在阿伯丁(Aberdeen)试验场进行对比试验。陆军依据试验结果,权衡利弊得失,尽管燃气轮机的燃油消耗率高于柴油机,特别是低轼率工况的油耗量相当高,最后还是决定选择装有AGT-1500燃 气轮机的克莱斯勒公司的样车。至此,该燃气轮机累计进行了9000多小时台架试验和24000km装车试验。
 1979年底,莱卡明公司向克莱斯勒公司交付了第一台生产型AGT-1500燃气轮机。
 与该燃气轮机配套的空气滤清器在坦克机动车辆局监督下专门进行研制。在1974和1975财政年度,陆军坦克机动车辆局与唐纳逊等公司(Donaldson Co.)签订合同,研制该机的空气滤清系统,1982~1984年试验并鉴定了新型自净式空气滤清器,同时着手研制新的脉冲喷射式空气滤清器。
 在XM-1样车和生产型样车试验中,该燃气轮机由于多次显现故障而受到责难。在样车对比试验中,该机的压气机和回热器显现构造问题。1978 年2月克莱勒公司向陆军交付11辆生产型样车,在试验中有7辆坦克显现发动机故障,试验被迫暂停。绝大多数的发动机故障是由于进入尘土和发动机质量控制问题而引起的。
 在对这11台燃气轮机修改设计并改进进气系统的密封构造之后,1978年9月恢复了试验。克莱斯勒公司将最初在布利斯堡试验过的3辆样车从1979年11月至12月分别进行3200km(2000英 里)行驶试验,五角大楼的一个"蓝绶带小组"依据这次试验结果于1980年2月宣称,M1坦克已全部达到设计目标。
 然而,在1982年M1坦克的继续试验中,5辆坦克中又有3辆损坏,未能通过持久性试验。这与发动机的故障和质量控制有关,而且回热器有分明的焊接缺陷。为改进该燃气轮机,陆军继续投资。1983年4月8日至4月27日,初生产型M1坦克第一次成功地完成了行驶9600km的耐久性模拟试验,均分天天行驶20h,没有显现任何故障。这次试验后,该燃气轮机满足了新的发动机验收试验规范的要求。
 到1986年底,该燃气轮机累计生产约4100台。1987年3月陆军与阿夫柯-莱卡明公司签订14亿美元的合同购买3229台燃气轮机及备件,以装备陆军计划在1991年前要求购买的7467辆M1和M1A1坦克。
 该燃气轮机的制造成本较高,约为坦克柴油机造价的两倍,1987年的价格约为31万美元。莱卡明公司指出,该机的修理费用低于柴油机。
 为了节约坦克内部空间,M1坦克正在 考虑采用发动机横置计划。由于该燃气轮机长度较短,可以横向布置。横置计划取消传动装置前部的动力输入组件,在左侧增长可接受发动机动力的功率输入端,采用置于发动机动力输出端的简单的直齿圆柱齿轮实现发动机到传动装置的动力传递。M1坦克在采用发动机横置计划后的动力舱可以节约约1/3的空间。
 美国陆军采用该燃气轮机作为M1主战坦克的动力装置是由于燃气轮机具有以下优点:

   1.构造简单、重量轻、体积小

 燃气轮机构造简单,总零件数比柴油机少30%,运动件只有柴油机的1/5,轴承数是柴油机的1/3,密封件和齿轮数是柴油机的一半。该燃气轮机的重量约为AVCR-1360-2可变压缩比发动机或豹2坦克MB873柴油机的一半;本体尺寸小,但与之匹配的空气滤清器尺寸较大,因此,体积小的优越性不分明。

   2.修理简便

 该燃气轮机采用模块化设计方法,且便于从上面接近,附件的修理和更换无需拆卸发动机,2/3的修理工作不需挪动发动机;吊装方便,1h内可以取出发动机并重新安装好;机油消耗量仅为柴油机的1/10,不需定期更换机油和机油滤清器。

   3.冷起动性能好

 燃气轮机摩擦件少,起动力矩较小,可以使用轼率较小的起动电机。该燃气轮机在-31℃的低温下不需预热即可起动;豹2坦克MB873柴油机在-18℃条件下需要预热才能起动。

   4.负荷反应快

 燃气轮机从惰转达到全功率运转的时间短,只要燃料建立起稳固的燃烧,部件就可达到工作温度,很快就可输出全功率,因而可提高坦克加速性。该燃气轮机从惰转到输出全功率只需2.5s,而柴油机需要2~3倍的时间。

   5.扭矩特点好

 燃气轮机(双轴或三轴构造)的扭矩随动力涡轮的转速降低而增大,具有良好的越野性能。因扭矩储备系数大,可以简化传动装置。对于液力机械传动而言,可以减少使用液力变矩器的时间,因而可减少传动装置的散热量和提高传动装置的效率。

   6.多种燃料性能好

 该燃气轮机常用的燃料是1号、2号柴油和4号、5号喷气机燃料,急需时可使用汽油、煤油。如需转变燃料,只需依据燃料的比重转动驾驶室中的刻度盘,操作很方便。

   7.排烟少、振动小、噪声低

 这些特点可以减少坦克上战场上被发觉而遭到攻打的可能性,从而提高坦克的生存力。
 该燃气轮机存在的主要缺点是燃油消耗率高。在1982财政年度陆军完成了提高该机燃油经济性的改进计划。试验表明,油耗有所下降,燃油经济性提高了10%。但与柴油机相比,油耗仍较高。
 该燃气轮机将继续进行改进,技术发展工作包括在涡轮喷嘴、涡轮叶片和重新设计的燃烧室表面上喷涂各种隔热涂层,以改进燃油经济性。

构造特点

 该机系回热循环、双转子、三轴构造的燃气轮机。滤清的空气(37.8℃)经压气机增压后14.5大气压,474℃),通过回热器,温度升高到567℃。然后在燃烧室与燃油混合,燃烧后的燃气进入高压压气机涡轮,温度为1193℃,涡轮叶片采用从压气机引出的空气进行冷却。燃气经过高压压气机涡轮、低压压气机涡轮、动力涡轮膨胀作功后,温度降到590℃。废气在排向大气之前先经过回热器,温度降低到520℃最后从回热器顶部排向车外。动力涡轮的转速为22500r/min,通过减速齿轮,转速降到3000r/min,然后功率输送到传动装置。
 该燃气轮机由压气机、压气机涡轮、动力涡轮、燃烧室、回热器、减速齿轮箱、燃油系统、附件传动箱、起动电机等组成。

   1.进气

 进入轴向进气管道的空气由单级唐纳逊(Donaldson)"密切薄片"惯性离别式滤清器和V-Pac屏障滤清器进行滤清。

   2.压气机

 由低压级和高压级组成,构造特点为套轴式,高压级的管轴套装在低压级的实心轴上,两则的旋转方向相反。低压级是5级轴流,高压级是4级轴流和1级离心。空气由离心引导到径向扩压器,压气机的总压比为14.5:1。压气机进口前装有可变进气导向叶片。

   3.回热器

 为固定式横流热交换器,由液压成形的多层A286不锈钢板焊接而成,外形呈圆柱形。轴向流淌的空气与横向流淌的废气在回热器中交叉传热进行热交换,60%功率时的回热效率为72%。回热器的中心部分是空的,其中放置了涡轮排气扩压器和减速齿轮箱。如果在战斗中回热器损坏,有1个可旋转的碟形阀可以使增压后的空气不经过回热器而直接进入燃烧室废气则通过1个扩大的通道排向车外。

   4.燃烧室

 单管,切向涡管形。

   5.压气机涡轮

 由高压级和低压级组成,两者均为一级轴流。高压级涡轮通过套管轴驱动高压压气机,速为43500r/min。低压级涡轮通过实心轴驱动低压压气机,转速为33500r/min。高压级轮叶片由从压气机引出的1股空气进行冷却,涡轮进口温度为1193℃。

   6.动力涡轮

 二级轴流,输出转速为22500r/min。采用可调喷嘴,以控制动力涡轮的输出功率。叶轮外周有环形圈。为了减振,每隔5个叶片与9个叶片交替地在环形圈上切槽。

   7.排气

 废气经过回热器后从发动机后部向上排出。

   8.减速齿轮箱

 一级行星齿轮排,由动力涡轮输入的转速为22500r/min,输出转速为3000r/min。

   9.燃油系统

 整体式齿轮泵,液力机械式燃油调速器,带有程序起动和控制动力涡轮速度的电控装置。过热或超音速情形下,电控装置还能使发动机断油,时间仅需50μs。完全开启动力涡轮的嘴只需100μs。传统系统的监测装置监测压气机的出口压力,用以准确估量可采用的功率,后调节动力涡轮的扭矩,使油耗达到最低。

   10. 起动电机

 1个12V起动电机通过附件传动链起动燃气轮机。备有1个附加驱动座以采用帮助起动器。

   11.附件传动箱

 由压气机高压级套管轴驱动,驱动全部附件消耗的功率是25.7~73.5kW(35~100马力)。

变型机

 TF15燃气轮机
 1983年初阿夫柯宣布该公司提供了AGT-1500燃气轮机的变型机--工业型和船用型燃气轮机,命名为TF15。发动机在输出转速3000r/min的标定功率为1103kW(1500马力)。该机的构造与AGT-1500相同,采用1个多片固定式回热器以降低全部功率范围的燃油消耗率,重量只有相同功率的工业/船用型柴油机的一半。可燃用多种等级的柴油和航空煤油,优点是没有烟迹。美国海军在1984年考虑将该燃气轮机用作新的巡逻艇推进装置的动力,并作为新的舰船用发电装置的基本动力。

性能数据

 型号         AGT-1500
 燃气轮机循环     回热循环
 标定功率       1103kW(1500马力)
 标定转速       3000r/min
 燃油消耗率(标定)   306kg/kW·h(225g/马力·h)
 燃油消耗率(80%功率)  292g/kW·h(21 5g/马力·h)
 空气消耗率      57.5kg/kW·h(42.3kg/马力·h)
 外形尺寸
  长        1600mm
  宽        1016mm
  高        711mm
 体积        1.156m3
 单位体积功率    954.2kW/m3(1297.6马力/m3)
 重量        1120kg
 比重量       1.015kg/kW(0.747kg/马力)
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Tags:燃气轮机 轮机 样车 克莱 试验 燃气 公司 坦克 克莱斯勒公司 莱卡 责任编辑:admin
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