間冷回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C是在簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C基礎(chǔ)上增加了壓縮空氣中間冷卻器、排氣回?zé)崞鞯炔考娜細(xì)廨啓C，其突出優(yōu)點是在設(shè)計工況及低工況下均具有較高的熱效率，彌補了簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C在低工況下熱效率低的缺點，從而為軍民用艦船采用全燃動力裝置創(chuàng)造了條件。

間冷回?zé)崛細(xì)廨啓C中間冷卻器

中冷器的使用可以明顯提高燃?xì)廨啓C的比功率，同時對部分工況時的效率改善也有幫助。設(shè)計中冷器時要注意限制空氣壓降，研究表明，如果空氣壓降過大，壓力損失以及由此帶來的氣體溫度升高會極大的抵消中冷器的中冷效果。此外，還要考慮其結(jié)構(gòu)和布置，應(yīng)盡量和母型機配合，降低流通損失、減小尺寸。需要注意的是，如果只單獨使用中冷器，發(fā)動機熱效率將會降低，因為中冷器從循環(huán)中帶走了熱量，只有和回?zé)崞饕黄鹗褂茫拍茉谔岣弑裙Φ耐瑫r又提高循環(huán)效率。

間冷回?zé)崛細(xì)廨啓C回?zé)崞?/h3>

簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C中燃燒產(chǎn)生的熱能中有近70%隨排氣而損失，用回?zé)崞骰厥諒U氣中熱能使循環(huán)具有更好的熱效率。燃?xì)廨啓C回?zé)崞鞑幌裰欣淦髂菢有枰獓?yán)格限定壓降的范圍，保持較高的回?zé)嵝适瞧渲饕O(shè)計目標(biāo)。燃?xì)廨啓C回?zé)崞鲗儆跉? 氣熱交換器，氣體的換熱系數(shù)比較小，為達到一定的換熱效率，回?zé)崞鞯捏w積有可能變得很龐大。因此，回?zé)崞鞯倪x型是一個重要問題，管殼式回?zé)崞鞯某叽绱螅D(zhuǎn)式回?zé)崞鞯拿芊庑圆睿瑑H適于低壓應(yīng)用場合。一次表面式回?zé)崞鞯某叽珉m比板翅式回?zé)崞鞲。€是建議采用板翅式，主要是由于板翅式回?zé)崞鞯膹姸取⒛途眯愿煤鸵子诮ㄔ齑蟪叽绲幕責(zé)崞鳌?

早在1946 年，Rolls2Royce 公司就與英國海軍簽訂了生產(chǎn)艦用中冷回?zé)崛細(xì)廨啓CRM60 的合同，并與次年開始研制，要求機器在整個功率范圍內(nèi)有低的耗油率(尤其是部分負(fù)荷) 。RM60 設(shè)計功率4400kW ，壽命1000h ，燃?xì)獬鯗?27 ℃，增壓比18 ，這在當(dāng)初都是比較高的。1954 年在“灰鵝”號炮艇上進行航行試驗。試驗結(jié)果表明RM60 雖然達到了良好的部分負(fù)荷性能，卻使發(fā)動機的購置成本大大提高，且體積龐大，換熱器方面也存在問題，像燃?xì)鈧?cè)煙灰沉積使回?zé)崞餍氏陆担欣淦髂龅乃螌簹鈾C葉片產(chǎn)生侵蝕等等。另一方面，由于簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C在結(jié)構(gòu)和布置的緊湊性方面有顯著的優(yōu)點，加之當(dāng)時人們對巡航- 加速相結(jié)合方案的強烈興趣， ICR 技術(shù)未能獲得進一步的發(fā)展 。

從那以后，艦用燃?xì)廨啓C均采用簡單循環(huán)，第二代燃?xì)廨啓C也發(fā)展起來，其工作參數(shù)(燃?xì)獬鯗兀鰤罕? 及各項性能指標(biāo)比第一代均有很大提高。然而，繼續(xù)提高燃?xì)廨啓C的工作參數(shù)遇到了更大的困難，且無論工作參數(shù)多高，其低負(fù)荷時燃耗率的惡化趨勢也不會發(fā)生本質(zhì)的變化，這是簡單循環(huán)難以克服的缺點。因此，從八十年代開始，美國轉(zhuǎn)向了對中冷回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C的研究，此時，由于燃?xì)廨啓C和熱交換器方面的技術(shù)進展，使中冷回?zé)嵫h(huán)在達到最高的循環(huán)效率、優(yōu)良的變工況性能的同時仍能使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，特別適于艦用。

1985 年10 月美國海軍同時與美國GE 和英國Rolls2Royce 公司(聯(lián)合Allison、Garrett 公司) 簽訂了兩個研制中冷回?zé)崛細(xì)廨啓C的合同。同時，德國的MTU 公司慕尼黑分部也在論證研制ICR 燃?xì)廨啓C。1991 年12 月，美國海軍將WR21 中冷回?zé)崛細(xì)廨啓C機組的設(shè)計和發(fā)展合同授與Westinghouse Electric Coporation 船舶分部(以此分部為主體，后來組建了Northrop Grumman 船用系統(tǒng)公司，成為新的總承包商) ，分承包商主要有Rollse2Royce 公司工業(yè)與船用燃?xì)廨啓C分部(負(fù)責(zé)燃?xì)廨啓C) ，AlliedSignal 公司航空系統(tǒng)和設(shè)備集團(負(fù)責(zé)回?zé)崞骱椭虚g冷卻器) 和CAE 電子公司(負(fù)責(zé)控制設(shè)備) 。1994 年1995 年，英國和法國分別加入該合同，分擔(dān)一部分開發(fā)經(jīng)費。2000 年2 月，WR21 的開發(fā)和前期試驗完成，進行3000 小時耐久試驗和其他一系列為實際服役準(zhǔn)備的性能試驗，2002 年底基本完成。2000 年11 月，英國海軍定購六臺WR21 機組，為其最新的Type45 型驅(qū)逐艦配套，作為其電力推進系統(tǒng)的原動力裝置,這是WR21 的第一份訂單。

WR21 的低油耗、出色的部分工況特性以及其模塊化設(shè)計和高可靠性，引起了各國海軍的極大關(guān)注，除了美、英、法三國，荷蘭LCF“迪澤文”級導(dǎo)彈護衛(wèi)艦已經(jīng)裝備了WR21 ，意大利、韓國、日本也在考慮引進。WR21 已經(jīng)成為新一代艦用燃?xì)廨啓C的代表。

進口空氣經(jīng)低壓壓氣機壓縮后(壓縮比約為總壓縮比的30%) ，通過中冷器進入高壓壓氣機。中冷器降低了空氣進入高壓壓氣機時的溫度,高壓壓氣機的壓縮耗功因此減少，整個機組的比功率得到提高。同時,由于中冷器的使用，高壓壓氣機的出口溫度也相應(yīng)降低，這樣，增加了回?zé)崞鲀蓚?cè)空氣和燃?xì)獾臏囟炔睿責(zé)崞骰責(zé)嵝室虼艘驳玫教岣摺?

從高壓壓氣機出來的壓縮空氣先通過回?zé)崞鳎談恿u輪排氣中的熱量，這樣可相應(yīng)的減少為達到某一渦輪前進口溫度而需要在燃燒室加入的熱量，降低燃油消耗率，這一效果在部分工況時特別顯著。

將間冷循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)結(jié)合在一起就構(gòu)成了間冷回?zé)崛細(xì)廨啓C。間冷回?zé)崛細(xì)廨啓C是在簡單循環(huán)的基礎(chǔ)上，在高、低壓氣機之間增加1個間冷器，在排氣出口增加1個回?zé)崞鳌２捎瞄g冷器，降低了空氣進入高壓壓氣機時的溫度，高壓壓氣機的壓縮耗功因此減少，整個機組的比功率得到提高；高壓壓氣機的出口溫度也相應(yīng)降低，這樣，回?zé)崞鲀蓚?cè)空氣和燃?xì)獾臏囟炔钤龃螅責(zé)崞餍室驳玫教岣摺?

采用間冷回?zé)崛細(xì)廨啓C不僅能夠較大幅度提高燃?xì)廨啓C在額定工況下的效率、功率等總體性能，而且使機組在大部分功率工況下的經(jīng)濟性得到顯著改善。此外，采用緊湊而高效的回?zé)崞魇谷細(xì)廨啓C具有較低的排氣噪聲和紅外特征。

從圖1可見，WR－21這種帶中間冷卻－加熱（ICR－Intercooled Recuperated Cycle）的復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C比目前普遍采用的簡單循環(huán)船用燃?xì)廨啓C多了一個中間冷卻器和一個回?zé)崞鳌Ｑ芯勘砻鳎褐小⒏邏罕鹊闹虚g冷卻－回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C，具有提高壓比、提高熱效率、增加輸出功率的特點。WR-21研制證明：WR-21的杰出性能得益于其三項獨有的特點：

位于低壓壓氣機和高壓壓氣機之間的中間冷卻器，對進入高壓壓氣機的空氣進行冷卻，減少了高壓壓氣機所需的功率，改進高壓軸的效率并增加約25%的發(fā)動機輸出功率。

回?zé)崞鲗⑴艢庥酂嵊枰曰厥绽茫瑢M入燃燒室的燃?xì)膺M行預(yù)熱，明顯地降低了燃油消耗率。實際運行表明：尺寸相同的高壓透平進口處的燃?xì)鉁囟热绻嗤捎没責(zé)崞鞯腤R-21燃?xì)廨啓C的燃油消耗率明顯小于常規(guī)的船用燃?xì)廨啓C。

第一級高壓透平采用可變幾何導(dǎo)葉（VAN）葉輪，隨著負(fù)荷的減少，通過透平的質(zhì)量流量減少，可變幾何導(dǎo)葉逐漸關(guān)小，保持了恒定的透平入口處燃?xì)鉁囟龋瑥亩岣吡瞬糠重?fù)荷工況時回?zé)崞鞯男剩浣Y(jié)果是在整個運行范圍里提高了發(fā)動機的效率，特別是在低負(fù)荷時取得令人注目的效果。實船運行表明：WR-21的回?zé)崞骷涌勺儙缀螌?dǎo)葉的節(jié)油效果可達30～40%。

1997年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。

《鐵道科學(xué)技術(shù)名詞》第一版。 2100433B