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标题: 太行110能上航母吗 [打印本页]

作者: 晨枫    时间: 2023-10-24 07:01
标题: 太行110能上航母吗
本帖最后由 晨枫 于 2023-10-24 08:25 编辑
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“太行110”重型燃气轮机通过产品验证鉴定了。看来已经量产、发运了。这是与涡扇10“太行”涡扇同源的发动机,当然不是简单的“航改燃”。/ |" h- I+ i# H+ i8 t5 r

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" ^/ k8 p6 h& R" ~, ?5 O5 ^& U太行110重燃
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! r5 `0 ^% D$ `( ?, O! F+ ^已经发运了8 y) A6 Z9 Z8 C8 I# I3 n( t
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“太行110”设计功率110兆瓦,可使用燃油、天然气等多种燃料,适合热电联产、天然气调峰、联合循环发电等,还可配合风电、光伏、水电等作为调峰电力。与同等功率的火电相比,一年可减少碳排100万吨,联合循环一小时发电超过15万千瓦-小时,可满足15000个家庭一天的用电。
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/ N+ `9 g3 h+ z- _“太行110”在2019年获得国家能源局列为首批燃气轮机创新发展示范项目,2020年改进型重燃总装下线,2022年在中海油深圳电厂气动示范运行,目前已累计运行超过14000当量小时,其中单台运行时数超过7000当量小时。
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" U5 @, p* }) G* `3 d从一开始,人们就对“太行110”是否会上舰有浓厚的兴趣。作为驱护舰的动力,“太行110”嫌大了,但用于航母动力,在功率级上正合适。美国“小鹰”级航母用8台锅炉,产生210兆瓦的功率。两台“太行110”正好合适。
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根据“小鹰”级运作经验,在中速巡航时,4台锅炉停炉节油,余下4台锅炉就足够航行动力和一般电力需要了。问题时剩余公路很少,加速时间很长,从10节加速到20节需要150-300秒,加速到30节需要其余4台锅炉开始出力才可能,4台锅炉的极限速度为28节,另外4台锅炉从升火到全功率则需要1-2小时。
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相比之下,核动力反应堆是常年运转的,没有升火时间的问题,从10节加速到20节只需要60-90秒,加速到30节则在10分钟以内完成。加速性是航母使用核动力的原因之一。最大功率、油弹载量、补给频次、在航率、全寿命使用成本等方面,核动力并无特殊优势。# h& L6 _. _: N* A( T4 a
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中国海军见识燃气轮机是从美国LM2500开始的,装在052级112舰(“哈尔滨”号)和113舰(“青岛”号)上。LM2500体积小、功率大、耗油低、启动快,据说90年代中国工程师首次接触时,惊叹“此物只应天上有”。
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# D/ I0 _7 s# u  V% F当然,见少识寡的年代早都过去了,中国海军也解决了燃气轮机动力问题。这是1993年中国从乌克兰引进的UGT25000(也称DA80),人称“狗头两万五”。国产化后,也称AGT25000,更多时候直接简称为GT25000。4 l0 ~8 o# N% S

$ h5 R  A+ |' T& \乌克兰的Zorya-Mashproekt及其前身研发和制造了前苏联所有的舰用燃气轮机,UGT25000是在90年代设计的第三代。有意思的是,UGT25000诞生时,乌克兰和俄罗斯已经渐行渐远,而且乌克兰和俄罗斯都没有相应的造舰需求,UGT25000意外地成为“中国特供”。) `' O1 [+ {! W" ~) B/ A

; Y: ?8 i+ C2 n' V2 p( Q- H# b国产化并解决了最初的技术问题后,GT25000已经成为中国海军的主力燃气轮机,装用052x级和055级驱逐舰。
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6 t3 x9 {6 v. Z2 S和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗/ V4 k- n7 H! T/ c+ u6 J

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LM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的/ t% C6 e: _1 S( Z: `# o3 a

% e# U3 ~6 U! O& \" b! @% F但受限于母体基本技术,GT25000比较“傻大黑粗”,不过热效率和LM2500相当,都在36-38%范围。- e3 [/ A: |- L8 `4 U  f* N
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“太行110”与UGT25000或者LM2500相比,明显短粗。短是因为压气机效率大大提高,用较少的级数达到更高的压缩比。粗是因为更大的空气流量,毕竟这是110兆瓦,UGT25000和LM2500都是25兆瓦级的。( X) f* G" v% i& _0 t/ E

6 x3 Y6 \; \; g3 r0 w这也意味着“太行110”不可能直接替换GT25000,功率太大了。但用于航母呢?这是一个有趣的问题。$ q7 U/ f: p$ S$ Q) e; K: o

- d! j7 f7 I+ e“尼米兹”级2台威斯汀豪斯A4W反应堆提供194兆瓦的功率。也就是说,两台“太行110”就超过“尼米兹”的功率了。如果说“尼米兹”级的功率受到反应堆的限制,“小鹰”级的8台锅炉提供210兆瓦功率,和两台“太行110”更加接近。
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& T! [0 t& j7 _, K3 B4 B# y. @" t& L, H“小鹰”级的航速达到32节,“尼米兹”级只有“30+”节。在设计的时候,“尼米兹”级稍低的航速还引起过担忧,因为当时美国海军舰载机的起飞是按照“小鹰”级的航速设计的,此前的“福莱斯特”级是34节,“中途岛”级是33节,战时的“埃塞克斯”级也是33节,“小鹰”级已经降低了。0 l' [1 T- Z3 F1 s

: `/ H" D* d: W  P3 ?* v+ `- i据报道,“辽宁”号和“山东”号也是31-32节,8台锅炉提供164兆瓦功率,但排水量比“小鹰”级要低很多。2 e; o  }9 S# W) c4 o( X% f% R

( w1 V$ B/ [7 E- _. @不管“太行110”是否最终上舰,“福建”号是肯定用不上了。未来中国航母也可能更大,达到10万吨满载排水量,两台“太行110”还是核动力?+ t( Q0 z" o7 R7 }7 }

" H& A8 K# Z, P: g核动力有很多好处,但全球航程实际上并不重要,因为护航舰队还是需要加油的,舰载机的航空燃油也需要途中补给。核动力航母最大的好处是自己不需要加油,降低舰队的加油负担。至于核动力才能提供充足的蒸弹或者电弹动力,在蒸弹时代是有意义的,在电弹时代未必。电力就是电力,用什么原动力发电并不重要。: [4 _, L4 m5 J; ]$ c
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而且从中国海军现实的作战半径出发,加油负担并不突出。“小鹰”级的航程达到19300公里,中国常规动力航母也达到相应航程的话,够用了。
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5 C; c3 J/ N+ K+ ~, R- v5 {, J重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。( R1 u  ?4 |& @/ z3 [$ o

8 A& c9 `7 |; W- S舰船燃机已经发展到第四代,采用中冷和回热,简称ICR,以罗尔斯-罗伊斯WR21为代表。中冷是在中压和高压压气机之间对进气水冷,降低进气温度,降低进气背压,提高进气密度,提高进气质量流量。回热是用废气余热预热高压压气机出气,提高燃烧室进气温度,增加燃烧室出力。
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7 T1 k1 r0 p$ W: _* B7 y, ^ICR比一般燃气轮机增加了中冷(intercooler)和回热(recuperator),用中冷提高进气密度,用回热提高进气温度,达到增加出力、降低油耗0 u/ k5 N4 J1 s2 C7 [- A
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) m. Q3 ~( D# U5 j% \罗尔斯-罗伊斯WR21
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/ ?: _' D+ M' t' l9 w1 z这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。
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燃气轮机是外燃机,尽量增加空气流量才能增加燃油流量,提高出力。同时,更大的燃气流量也提供更大的功率,吹动动力涡轮,最终转化成机械能。所以中冷是必要的。先进的汽油发动机也用中冷,对涡轮增压后的空气冷却,提高最终进入燃烧室的空气密度,使得单位体积气缸里能注入更多的空气和燃料,提供更大的出力。  p& y. I1 \8 X; d: E5 g% s
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燃烧室的功用是提高燃气温度。用同样多的燃料,当然进气温度越高,即使燃烧温升不变,出口温度也越高。进气温度提高后,当然空气密度下降,这里就是一个优化问题了。
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$ l( s! Z0 ]3 TICR燃气轮机的油耗与中速柴油机相当,对于舰船动力来说,很省油了。柴燃联合里的柴油机就是中速柴油机,甚至高速柴油机。也就是说,用054A的油耗,达到055的动力。乌克兰号称也在研制ICR燃机,但资金、应用和战争使得这一梦想可能永远停留在梦想里。更加省油的低速柴油机太大太重,一般只用于大型低速民船。
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. F! o/ D1 _' u) h" z+ o' DICR燃气轮机的有点在于高度整合的热力学循环,缺点也在于高度整合的热力学循环。中冷器和回热器要小心翼翼地启动、并入,否则可能造成燃气轮机工况异常,严重的时候可能会停车。
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英国45型驱逐舰用罗尔斯-罗伊斯WR21作为主要动力,但诺斯罗普在设计中冷器的时候,对热带海水温度较高考虑不足,导致燃烧室工作异常,严重时中冷器本身也可能过热损坏。
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. s' ?0 O+ Y3 X1 }# T另一种联合循环是废热循环,燃气轮机在机械出力、直接驱动发电机的同时,高温排气通入废热锅炉,产生高温蒸汽,推动汽轮机发电。燃气轮机的排气温度高达600C以上,足够产生高温蒸汽。
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! K# H8 q! W3 u' a, H% ?燃蒸联合循环- ^' q! ]6 `5 H2 u7 @) i* y

% L( i; A) ~9 b+ }) ]核反应堆的一回路在150大气压下,蒸汽只能达到342C的温度,真正用于产生动力的二回路只能达到70大气压、260C,二回路蒸汽才驱动汽轮机。燃气轮机的废热锅炉的热工参数大大高于二回路,达不到超临界热电机组的水平,但热力学效率比舰船核动力更高是肯定的。, j' X( }1 w  [/ S% v

' `6 M% ~/ _: m3 O" Q3 g燃蒸联合在发电厂常用,但在舰船上还没有使用,原因在于锅炉的体积和重量较大。既然用上体积小、重量轻的燃气轮机了,就不会再用锅炉。% @5 O! S  m: Y: e2 D& m

' w  C% }& m( j但航母上不一样。8台锅炉降低到2台燃气轮机和2台锅炉,体积和重量上还是有利的。重要的是,热效率比单纯锅炉还要高,而加速性大大高于锅炉动力。+ `/ G& s* b# n( }6 e

6 p2 ?! v# H7 O4 v在中速巡航的时候,一台燃气轮机的功率就够用。但废热锅炉需要两台全时工作,避免升温循环所需的时间,需要工作中的燃气轮机的排气同时通入两个废热锅炉。待机燃气轮机的启动和加速很快,需要全功率的时候,再启动就可以。
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) N& X5 T) q; W. c燃蒸联合循环也是天然的综合电推(IEP)的原动力,电推进和系统用电一体化,特别适合航母上的用电大户如电磁弹射、电磁拦阻、有源相控阵雷达,以及未来的能量束武器。航母的主要武器依然是舰载飞机(包括有人和无人),未必会用能量束武器作为主要进攻武器,但用于防御还是很给力的。, D' `; U, X( ?# R5 ?' c
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按照中国的航母建造模式,004很可能是003的小改,依然采用传统的锅炉动力。一般期望005开始将为全新设计,电弹、电拦已经在003/004上验证过了,核动力还是常规动力将是全新设计设计的核心部份。' x3 c1 }% [( b" k: z* D/ p
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两台“太行110”可提供的功率已经超过“尼米兹”的核动力,而且具有加速性和经济性好的特点。也就是说,常规动力、10万吨级航母在动力上已经准备好了。燃蒸联合循环会是选择吗?
作者: nukearchie    时间: 2023-10-24 10:35
应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息
作者: 晨枫    时间: 2023-10-24 11:25
nukearchie 发表于 2023-10-23 20:35$ G5 C, Y$ a' c7 ?# I
应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

4 p- @( O. T5 W  I# f那倒不是。太行110是为发电设计的。
作者: nukearchie    时间: 2023-10-24 11:47
晨枫 发表于 2023-10-24 11:25  x9 w* _4 v: D5 c9 B
那倒不是。太行110是为发电设计的。
1 N$ A* J" L/ q* F" w
说都这么说
作者: 大黑蚊子    时间: 2023-10-24 13:33
晨枫 发表于 2023-10-24 11:25
2 n$ s3 j7 f4 z- Y+ P那倒不是。太行110是为发电设计的。
. m2 f+ E  ~& P( M6 S/ k1 G
所以004是全电推动?
作者: huma    时间: 2023-10-24 14:36
辽宁号改装是否用他呢!刘大响放屁没想,后来人终于放响了。想要放的更响 ,同志还需努力
作者: 晨枫    时间: 2023-10-24 21:36
大黑蚊子 发表于 2023-10-23 23:336 o# d% j* [8 ]% @" g" P
所以004是全电推动?
) q5 q4 k9 p4 R$ Q* Q! c
那得005了,004估计和003一样
作者: 晨枫    时间: 2023-10-24 21:36
huma 发表于 2023-10-24 00:36
3 v" D5 p8 b' v5 L, n: I辽宁号改装是否用他呢!刘大响放屁没想,后来人终于放响了。想要放的更响 ,同志还需努力 ...

* P0 V! _7 e8 f  i- y这太费事了,比加装电弹还要费事
作者: pcb    时间: 2023-10-24 21:47
“蛀牙哦武器”
作者: pcb    时间: 2023-10-24 21:49
“太行110” 能烧重油吗?
作者: 晨枫    时间: 2023-10-24 22:24
pcb 发表于 2023-10-24 07:494 G& g+ o) L! c$ T  t2 O& A6 g3 u
“太行110” 能烧重油吗?
8 M2 [: k6 S0 _- O
不烧重油烧什么?
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/ X+ H8 G. t5 V4 B( l工业燃气轮机都能烧重油.
作者: 晨枫    时间: 2023-10-24 22:26
pcb 发表于 2023-10-24 07:47( \  F) `! B3 ~/ M& T7 z
“蛀牙哦武器”
6 J6 y  F$ q) L. Z
就怕牙蛀的不够,还要加蛾
作者: 阿迪    时间: 2023-10-25 18:02
nukearchie 发表于 2023-10-24 10:35# l/ d1 k3 T: x* Z" \4 y# h! y
应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

9 L5 I4 o+ h- ]+ f. }似乎看到已经有分项招标公告了。




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