|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-10-24 08:25 编辑
( {' U+ t: `( _4 U1 P. b4 _$ A& O, X2 Q$ A
“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”。' \5 F! M$ P4 l
/ W4 K# `8 M- S `
2 x, v4 z( A) P$ Z
太行110重燃
; k* u2 A; D) Q& g/ C3 J% K0 }' x* ?, \3 F6 j! e' W6 O
4 x& E! \+ r: p+ O/ O! x0 ~/ D" n
已经发运了
0 w9 Q8 x* B5 c4 e |0 e) `& Z( B+ J+ v! \
“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。
6 m% z8 J) q F }
2 d; _. e4 p5 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。
0 P R8 [! C6 V8 T' L( Z& V- |# a% V" {& P0 q
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。
0 C+ t# ]7 K3 F, e9 k: t5 r4 h9 K
5 o, k7 g+ w7 R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。
# R" k, O/ s) _; {8 \6 W. ^7 r
; u% x" S+ d1 S' P$ i3 a$ D0 K5 W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。; i; M+ V& f# O1 f |
/ I# G! B, V5 o7 ]4 p8 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”。
2 C, ?5 e: t* V& [9 i/ ^: ?
! `8 t3 @* v. _4 O* c) b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。
7 n; D- W4 V/ l# D) S2 J7 }7 D+ h; n" E5 K0 C; J6 S
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”。
3 s3 C' }# N0 i5 v- @; [0 G/ M2 k8 s
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。8 O$ I6 ]" c2 V3 e5 A
2 S. P! `2 l8 v v
, j4 s9 q/ W/ G0 y$ e* c和“太行110”相比，UGT25000有点傻大黑粗
5 ~# c' ?+ h( \8 U3 q# C3 ?, v7 d0 \: k! n# m& t$ ]! ^) P5 V9 W
7 O/ z( T4 n1 G _" w( ?7 s KLM2500要细巧一点，但也没有差太多，毕竟是60年代设计的
& U O! |# X& G! Q6 [% y% A
- T* j1 V3 w. Y h3 M: X9 d2 r, j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。
7 ~7 L" J2 n6 N- X) X9 {
/ D4 M' L7 j# h" p" d“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。: _9 c9 S" m. ^3 i( d. H/ y$ o) h
3 U' ?9 ] v& k" i6 K7 q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。
! `8 _* D( B5 V5 p- Y2 {9 i9 \+ Q8 D6 Z: Q# G% X; n
“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。7 x& M6 [! x( s$ K2 V
3 Z2 T- z* x; C5 _. X“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。
* D' P2 O* `: E. |, i7 [ M0 F: t$ H$ \$ h# r
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。- C! w0 P# O% }0 X- A5 k! ~
/ |* N, z& f& g+ _5 F. [, g) 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？0 @. ?( x5 c u" K( j. l: ?* n
% f, j" n- X* L+ v/ o- h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。
* @0 {- _, A* Z6 c- N) f& n1 d- G7 T4 |6 S9 X2 z/ f! s8 k y
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。: Z/ l1 O$ K# K% n: n/ T
, M$ E, {; E }0 }重要的是，“太行110”提供了全新的舰船动力可能。" Q+ ]) L3 N7 [" H6 T
+ g" s# ?# o; N, V! k4 E
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。
( K1 k4 p8 y P/ q6 a
1 ~. T* ]# W' }; R0 z6 D: z
/ o. D8 i% g) E& h4 X UICR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% g* \" d6 k" ^6 I# `
* B+ x% l1 o3 s( q. I
" W( `2 H# v( ^# Z2 s
罗尔斯-罗伊斯WR21% e/ }3 T! @* E6 X1 _
+ V/ c% j" }3 B6 Z+ \4 J这样一冷一热貌似多此一举，其实不然。
1 n2 w' J/ j5 U$ p" _, t/ `' e b# W7 E: R
' f9 u: `5 o* h/ `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。* ]2 g# v( O+ n6 d8 ?% k
8 S h. _- u! R$ V
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。
' |* J6 b% s' |1 V
4 E# l3 b$ }( l5 a% T# yICR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。
+ D& y5 E5 l0 |: O/ U0 i6 h3 F8 w
' @( r# c7 Q# K% J: A! R# yICR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。
2 M+ z9 F) g: z& S. S. ~) J, u
, S6 |: l( k' n4 |% y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。! R% h4 B7 q h
- V6 ~" i7 d( l- G8 K% P( P4 \; Y
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。
# v( D# U$ O n; \( e9 p
* R/ _( g, @! h0 c* ?
, [7 C% z2 C0 {- e M/ q& N
燃蒸联合循环/ b# O8 z$ Y+ Q G: ?
2 w9 S5 }/ R7 y7 j0 F
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。" l* F7 a) y& N1 ?7 x2 Z3 |
- ]7 w: M% u1 E2 H& \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。
! Z! c3 z* O+ ^/ i) x# g" ~7 Z1 C( _ |& r# P/ _
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 |9 _9 W3 |- g j. }1 G" |5 ]0 k
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。
# i% w/ t2 u1 O- @- Y6 U" ]
n; z* \5 M0 z/ x9 i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。! Z8 e& {; \0 i2 Q6 V6 M2 b) S# r
% q$ R% g) v8 `+ Q9 r! b
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。9 t' O" ^6 L. \, h; V- I9 Y
$ K+ Q/ a, R/ z: P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？ |
评分
-
查看全部评分
|
雷达卡
楼主
收藏
分享
淘帖
支持
反对
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
千斤顶
显身卡
发表于 2023-10-24 10:35:51
