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
$ l! ^# {  B9 X' D/ @4 q3 H3 e
) g& N0 g3 c; G5 H3 ]“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”。9 r; t! m' j2 m
; o% y* M2 O7 q* C4 a" i
4 t. [* k1 v1 h$ t# ?$ l' W$ B  e! t
太行110重燃
- a0 g4 z8 Y) L2 U5 V3 S9 L3 W/ I

6 m: M; P% B- c6 v已经发运了7 z; c& |+ @2 k4 Q5 i! J
/ p( ~% W6 Y5 u4 g: C. G$ Z! X0 Z! Q4 `
“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。- [  o: d4 J1 x2 K  x% ^3 f" h
- z+ I: x# r9 P0 c
“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。- m( g" x# g$ ~

5 \- M% u4 F3 l0 `  x' \9 n( f" ]% U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。% n. N; h/ v: M* R9 c$ G
' Q' @, w3 y" f  K, ~) a, w3 B
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。
; E0 B+ y6 {  _5 z# v
/ F' }5 E) N! D) h/ Y" a( P( Z3 S/ H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。
& u5 K. U2 V3 C! D% ^6 p2 J
. z0 o* _: Z- P/ j* a1 u0 W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”。- ^; [# M4 J0 ~& u0 i. ^% J, O

3 ~4 G) e2 \+ t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。
: {+ p5 A( `$ Y1 }4 D) O5 O
! K  q2 `4 d- P% `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”。
! d2 S8 |9 |1 D; p. B& X, X' C- x* k" f) }2 {
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。
3 s, T. c6 K* B% O9 ^; [# @
( S1 b' W. x) [' P  b
( }6 p  B- w  g, f1 N9 w1 K和“太行110”相比，UGT25000有点傻大黑粗
) ?+ g9 b/ Y( o3 Q+ Y5 A& r- E- ~- |8 @
4 W  A% m( q1 R$ E7 O
LM2500要细巧一点，但也没有差太多，毕竟是60年代设计的
( q# }" Q# K! z1 |) |- E& \* b
- u& ], z' ^# }9 U5 X2 M. n* [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。
, C; l3 a; Z1 e# _* u( U4 r: k$ j+ d6 H" {
“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。! y$ n$ j6 l  v! T- S% J, z3 o
. M( _( U, a; y* _9 z* g, J1 ?
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。
- U9 v2 b! m! J0 }
( N3 s! S$ i+ Q# o; 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。
% N& X  f5 Q' `  p; v+ D5 c( Q
“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。
; {; b4 z& W7 T- z+ `9 b
- f; t1 m' m  u, r5 r& E, ]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。
, |7 {+ x1 w9 A* t: b4 m  Z
$ J  f+ }7 m5 `' [3 Q3 s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？  Q- K9 b# `3 l! M. W# A

. z$ g- y; ]( b4 J, I- }6 o! T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。
' D1 \. f+ k3 H& B* h7 |$ }* M5 b% Z" P# W) ]9 G8 s- ^
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。3 T  L8 T& h' E1 O0 \0 ~% r. ?

+ F( r; y1 T$ I/ c$ u2 T重要的是，“太行110”提供了全新的舰船动力可能。3 t& Q9 N# [# J1 \

" E6 b: G# ?8 S( w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。
' T# ^9 f; X6 ?6 m8 _- f1 R, X, x! t' A7 H

7 O& z% I; l; kICR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. |/ \# }& B. i+ q

4 b, s# A' B6 g* P* j
! S5 Q# N6 n& L7 b: F. U罗尔斯-罗伊斯WR21% m" C; v; Z( o* ^* ^6 R4 `
4 K  c, J0 z! ^& x3 K
这样一冷一热貌似多此一举，其实不然。& P5 E9 G/ M/ R- L

6 U: v; A. ]' g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。( f0 k: k  N. l4 b! H3 Q0 ^( {* q) m

( `! H7 e! k; q/ Z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。
/ u0 m. h6 V! @  L0 @! d8 S6 E3 d
, s8 Q2 X* C1 cICR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。$ d3 o6 A# ?1 D. i! b2 q& `) A- m: ]

8 F6 {( r) ]. M# \' c) ZICR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。
# s, [4 T* Y, d2 X6 b) S+ O% ~0 f
7 t' `+ o% y) C. {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。- l9 b4 ?) h% @2 r' S
/ E6 Y2 ^/ U' n) p* y$ S4 s6 i
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。
. B) b4 L3 w  y$ o7 p# z( P9 g9 w+ X
+ {  ~( \6 Z4 v  N
8 W8 X4 g0 R& a) I% K6 }5 s7 I燃蒸联合循环8 W- O8 x4 C' ]9 x8 ?6 X1 G

0 v# z/ W# m6 _1 b1 f  l- U9 ?5 t5 r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。
, o3 V, ^# q% d; Q; Z
" L0 H6 o$ P1 i: r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。) q4 B+ L& ^1 o7 c/ v: Y: |3 L
8 \" `" A, {% b" c
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 e1 J6 B+ u5 ?
$ U' X& N/ X3 e5 s  K1 T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。
4 h; j6 v" Y# g1 x- E% F7 D3 x! T  L* d. g5 R, m1 T
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。" ^  ^  ~6 ^; v9 L0 s/ H
3 H) B; ]) _* G, x/ ~' c
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。; f# ]8 b! {/ q4 J% o; N
1 S( g, m% j, E
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: R; l. D8 h; y: D
应该这就是为004准备的，难怪一直没听到004 的消息

* H) S3 u7 K- q# K0 }- [% N/ ~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 11:250 n3 b$ ?7 a+ j) x
那倒不是。太行110是为发电设计的。
! @7 K# t, h, \0 K+ s: t2 v2 V
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# z4 @  L8 X: B$ R
那倒不是。太行110是为发电设计的。
/ |0 Q( O3 r& M+ q$ F% t! t" \4 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 23:33$ f% i+ `! K5 D$ L
所以004是全电推动？
3 r) h( N/ ~' n. \; w% j3 `2 u
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 [2 G. f# X' L# q7 h8 m. t* W& ~
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 ...

1 O! f) U; h; R3 v# G" Z3 R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 07:493 n/ I. Z7 @  V% a( Y6 ^
“太行110” 能烧重油吗？
: w& R8 G- e% A+ d. Q
不烧重油烧什么？) u7 h! H6 r0 B, t" z

# e9 @' [" z1 _3 \0 |6 V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
* f0 d) C2 k) B% c7 Z8 y! A“蛀牙哦武器”
  F8 f% X" h- f7 V* i/ ~0 H/ u
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
% m# ^  {. x, M6 [) b应该这就是为004准备的，难怪一直没听到004 的消息

, @( U  z7 H* C$ N; c/ F& U6 r, Y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