爱吱声

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
  Q9 c& W) `# x5 B. z8 [
1 J8 T9 y5 i  }; N! d“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”。
- s" m, d4 P, b2 U/ s( N& n- ~+ t* o" E% c% ~3 U9 q

6 _" ^. u4 I$ e3 r  w5 `太行110重燃1 p9 o& b! ^1 i( c3 d/ k

1 O8 x9 ]( `$ b   q3 U5 p) `3 s
已经发运了- k" B8 m- _. {9 I; m1 v  q

0 b" \% k- [, Z5 r! p; l“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。' W8 ?6 g9 ^1 F) H/ I
1 S& L, v! e4 V/ E! a; b
“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。
3 R; h" z0 K! _. |, h# ?
! I' g; d$ E8 ]8 w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。# a9 O" ^( _% ]  ?+ d  W7 b
3 U5 N6 c3 L3 n
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。8 x0 G) ?' o; P6 V8 _
4 V! Y  \4 J/ n1 Q+ d% ?1 e
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。6 p/ k$ {# a) ?) ~" h

" D! }, ^$ A: g* l% R/ R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”。/ _1 c  W$ D7 b' T/ [6 S

6 K5 o7 ~- P1 i+ }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。
+ i% q. Q" }9 r$ l- o6 N1 |/ z; F; z) e( P% b7 ?( Y
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”。' a$ C/ p1 `" w# Q

; q) I$ Q' [) T- l5 q& C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。7 r$ T3 k% W9 h0 K0 H4 k8 U
) y. L- Z  K! R: O% d( m

( J$ F) D4 Q& ]8 u! B和“太行110”相比，UGT25000有点傻大黑粗
+ q2 _; I' k/ x" f( k7 _! {4 J8 R. S9 t5 G; I  L  F
/ i3 Z4 J7 b! l9 i0 v7 _
LM2500要细巧一点，但也没有差太多，毕竟是60年代设计的  B1 g- z) w2 w. P' \3 _

* j; q* M* ]+ t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。
( s# K( k) X+ P) V; X
0 Z/ f5 j8 U; l, W9 z) U“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。8 K& H6 |1 G6 q% _5 R9 W
' f" n0 S: ?8 k+ T
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。* D) `3 p- n. @  [* ]5 k
; v& I) X1 A6 R
“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。
+ U; a' Q3 J3 Y: `3 O2 U) ]! a5 p) M' n/ V
“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。  |( U- _: t6 Z! {

' t$ F; U& g, ^9 K4 C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。3 I& `' j8 h# t6 t9 \( r

# s8 ~8 v8 u5 Q# y% K# V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？
' f+ C8 z/ P' [. _! K
1 U' Y" m, T) A4 O" ^1 p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。
  C5 R) V! H8 m; R3 \$ H% |
# C) K: ~0 l0 n# D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。$ e. b  ^3 ~  P7 h) o& x

8 E7 m4 d! f/ {. }重要的是，“太行110”提供了全新的舰船动力可能。0 w. {3 @4 e2 x& O  k: a. p
9 {3 x- f: b  W/ b, b: s% p
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。
( m8 O9 k( G( w8 t( _/ {$ S& l% h0 }5 [

; M4 l$ w1 D! R8 v1 mICR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5 e; N, M) P. E7 t5 L3 `

& y' b* Q0 X" h$ `1 s" G3 z # e: O, ]8 k3 V0 ^4 O
罗尔斯-罗伊斯WR21
5 ~- l1 e- n4 o: j2 U) G5 Y( o2 ?+ y7 T2 [+ F6 {
这样一冷一热貌似多此一举，其实不然。
: C0 S0 d% H+ M" l; C2 o% p# g$ N# J9 k6 _+ ]: |" e* W' c
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。
/ E# M% {0 ?) p" H+ f1 z+ I' |( E
, A" V- @# o: h) u. W- f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。
, i& @5 |( O. d. e+ R( g6 B3 O9 {3 p/ Z( a) Q! O8 o
ICR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。' I. ~- {9 U) h6 a" |
% r: k' e* I9 H4 y) K2 p* u. q  v0 ?9 E; ^
ICR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。
  O3 U4 q4 B; \4 n4 O+ T1 s, i. G0 r; [' ^( X- B+ G0 ?# d
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。
2 ?# R6 P% S/ c; ?" |6 ~# E, ]. H3 Y+ v  R
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。1 l$ ]* ^/ Y3 z5 I( Y) E  N% ]6 o

; D) z- R6 F1 h# n4 ?: p; O* r , b1 L; m' J+ g2 w" r* t
燃蒸联合循环
' S& r: j" ]' F; }2 W2 p7 w0 {% f6 A9 |, d3 O, d
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。1 j, ]0 S* D, Q2 |! J
' \" q7 E" ]1 e, y! n
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。0 F+ t6 g  ~! N
+ @1 j4 h3 _) |! }
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。9 U6 i8 W" g+ D( U6 R
7 x9 q& y% }5 O. k2 I3 y
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。
: L/ u; P2 y0 s3 l! b7 F$ ~2 K8 F5 s
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。8 @/ |8 f+ o* D$ X

8 {/ @+ W, {" B/ F/ s: i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。# M' h; V6 _+ w" d9 {5 h9 F) J5 a

- n" _+ n+ p5 }4 [8 W7 J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 20:354 ^& N' @# r3 d/ U
应该这就是为004准备的，难怪一直没听到004 的消息
9 r2 L; d6 H& e# F0 V0 g7 H& R/ \
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
9 j$ d9 m1 s1 ]4 z那倒不是。太行110是为发电设计的。
0 k* `+ e- M6 T6 z; A
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
# b  z6 H1 _& ]4 M: g5 W$ z那倒不是。太行110是为发电设计的。

& s. I& d( Y3 `3 s+ N! I3 r( T) q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 23:33
9 C' }0 s6 X0 X  K' Z. P( N所以004是全电推动？
" ~) s4 ~& h8 e
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 00:365 l: j. T* @1 `! I* K
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 ...

. ~. F  I$ W. ]4 v) x! Q) p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 07:49
, P/ H* t( Z( L$ o$ m+ ~( [“太行110” 能烧重油吗？
. T3 c- P6 g) K3 [0 c
不烧重油烧什么？
! n5 {( W. \+ Z; S7 V* K% F; b
& M) J3 @9 K7 W9 w5 a! V8 h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 07:474 c6 c% B7 s& E# x' t( m
“蛀牙哦武器”

/ u% J1 }2 F3 G$ L% i& i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
' D  r; H: m# W) R; p9 }) a( g应该这就是为004准备的，难怪一直没听到004 的消息
/ n/ ]  }, s' M$ ^$ K) |+ z; @/ B
似乎看到已经有分项招标公告了。



欢迎光临 爱吱声 (http://129.226.69.186/bbs/) Powered by Discuz! X3.2