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[武器展望] 太行110能上航母吗

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 楼主| 发表于 2023-10-24 07:01:48 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2023-10-24 08:25 编辑
( K  Y  I4 e* k$ ]+ |
6 p. l$ _' E$ b. l. A9 ^7 ], n1 @$ n- s“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”。" ~( |6 z8 x$ e/ l7 M) m- L) p7 S

, |) P- }+ r+ `/ G& U1 S
! U6 g" S5 k0 w5 O太行110重燃
) p3 {) P; x/ ^1 R: U9 Q0 s$ }7 ^; C* `6 S& e

# p. O# r8 f& \2 y" ?1 p  k/ {5 a已经发运了6 ~) F( F, z0 E: @, [
1 i! @( T4 w7 X7 a0 z
“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 B+ e0 L! J3 \  W6 O* [
! r! x: n3 Y. b$ B, ~5 l3 D
“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。: [9 j9 T- L! [

! b3 h- J' a) \& P% f8 Q* t# f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。1 W/ E( ?. Z! ?" G
, m  {  P0 o2 Y' E% Z$ o, \1 e
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。* X, ^2 w# v8 k% R
' d) b( Y" {/ c. R0 x; t$ [7 [
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。
, y9 j# O6 M3 B4 @# N; @2 t, X' Z: \  F/ _( H# h5 o9 I
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”。
, [- P$ ]/ d2 o0 g" {4 j1 b) p( V* O
3 b5 u, [5 _8 S8 H# 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。
9 I2 r( D5 `( }
5 v& }  H* H2 y( n) r( u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”。7 L# B  h7 u9 T  X% y
, I8 C2 U; h% n' b1 Y
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。
! ~4 a3 N* K8 M% @0 s
9 {) X, ^5 g% K
1 W) _: j0 f, k4 v: c) z和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗% m+ f8 {7 A* B7 |( J+ p8 c0 J

8 {$ G2 B' p7 [; s2 a
8 `/ c1 _7 k* g5 Q, Y9 ^LM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的
5 ]5 e' \6 ~: b# k& e  f& b" Y/ _) l* ~* U, S9 |* a& A
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。
- \5 g* m! o5 z; W+ }0 G& C- C
0 E8 ?5 B3 i& k, p5 `6 |“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。
; b6 J* y) Z+ N+ O& J; |4 C% J6 M7 J
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。9 I# M# R1 d, G& Y

3 e: @$ ~+ s% ]5 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。
$ m( P4 Q0 ^5 t. b+ b
2 K: \$ B, ^1 G/ N( d“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。  ]( ?$ ]& A/ D; M* [% I$ W) o" _) q

# a1 R! K& m5 z% 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。
0 e) a7 |# H! a6 A: d
- f3 q# W" W+ {! N4 f( m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?" V$ ?  c  K, t# b4 r

3 O  ^' x: k: U/ M2 m$ A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。
' Q! F4 z, N1 r6 a( f# `0 H+ V- Y! R, n) |) q- W3 i$ ^
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。) W, c7 f7 `- {! i, G; |
4 k) j' M+ U- _; z& [( M) E5 X2 l
重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。
  \' C, y& l6 H& q4 l
4 M* R6 a. B+ `' K2 \' |7 a: 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。) }5 a8 g0 Y! G& S; y6 S9 p, Z

  {# _! I+ e) @  a 7 j5 q) B& j$ f( ]! g
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* H1 s) W+ }7 w5 Q: j+ ~9 H
8 g) b/ w0 C6 k- m+ Z7 e; P& Y

' _  I: Z! c0 D罗尔斯-罗伊斯WR21
  |' Q  Q, c0 z1 d2 B# R
9 _: R, H- a9 T: b3 h) v这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。
0 x" G7 ?2 G+ ~  G' e$ @( H5 T
! C, {- ]+ f/ s4 ]' A+ D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。
& v7 c: _2 ?0 w  H9 S$ C; E4 I
' |3 z' o$ W" q; \1 h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。: r! q4 y. C+ n- \6 @

1 W0 C  p; h4 ~- e6 AICR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。
# }) \6 N; C+ i/ W$ t% \, _/ L
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。, c( W! N. m: y4 G5 Y0 f& u
: U3 L+ S- v4 {4 x  K; @7 M" `
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。0 |4 W- U3 a4 v! u3 J4 Y

3 Z0 ]3 Z; n$ L$ V- W9 _2 p* X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。
  `0 ~/ f. a7 a1 o2 @, R5 {8 U" Z$ `

5 T' S5 ?3 ^; T' R* y, f! r燃蒸联合循环
! P6 w  B4 l7 g3 P: ]
' T* a1 [0 e6 Z% V& S. W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。
; [2 p2 w" @1 x
$ S& V7 k" `- @7 B6 _% 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。
% z5 ~. |. o& R1 b% j' }+ g$ Z" {# F7 Y: d9 t
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 k5 A  u3 n* e. l
: F4 [( J1 r8 `
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。
: o$ W8 H: r  w) ?5 V+ R8 }2 r. }' K" O; B( N; @4 y6 q
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。
' f, T# O1 }  V* K1 i6 |/ V; V& s( t& x
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。
6 n) X# z2 T% e0 o
% T: v' ?  t+ Z9 ?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?

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本帖被以下淘专辑推荐:

该用户从未签到

沙发
发表于 2023-10-24 10:35:51 | 只看该作者
应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息
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该用户从未签到

板凳
 楼主| 发表于 2023-10-24 11:25:28 | 只看该作者
nukearchie 发表于 2023-10-23 20:35
4 c  M0 q. A4 v' O应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息
/ a% K; K: `( M" V, k
那倒不是。太行110是为发电设计的。
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地板
发表于 2023-10-24 11:47:50 | 只看该作者
晨枫 发表于 2023-10-24 11:25
& A; C; ]9 s8 b那倒不是。太行110是为发电设计的。

7 M+ P/ p- c4 H说都这么说
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  • TA的每日心情
    慵懒
    2024-11-3 14:45
  • 签到天数: 1128 天

    [LV.10]大乘

    5#
    发表于 2023-10-24 13:33:30 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-10-24 11:25
    ' T1 A+ w' B9 ]$ t% Q9 ?0 A4 p那倒不是。太行110是为发电设计的。
    3 o% o* n0 V; ], L: m' g* ?
    所以004是全电推动?
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  • TA的每日心情
    郁闷
    2024-11-9 11:44
  • 签到天数: 2166 天

    [LV.Master]无

    6#
    发表于 2023-10-24 14:36:54 | 只看该作者
    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
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    该用户从未签到

    7#
     楼主| 发表于 2023-10-24 21:36:04 | 只看该作者
    大黑蚊子 发表于 2023-10-23 23:33
    : l* ]& Y7 \7 q% m1 w. p; t所以004是全电推动?
    , u. k# A* t2 I
    那得005了,004估计和003一样
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    该用户从未签到

    8#
     楼主| 发表于 2023-10-24 21:36:33 | 只看该作者
    huma 发表于 2023-10-24 00:364 p7 G  N/ v9 x/ s- ~, V
    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 ...
    5 s* ?2 q' G3 Q2 R4 v$ L0 @
    这太费事了,比加装电弹还要费事
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  • TA的每日心情
    开心
    16 小时前
  • 签到天数: 2954 天

    [LV.Master]无

    9#
    发表于 2023-10-24 21:47:54 | 只看该作者
    “蛀牙哦武器”
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  • TA的每日心情
    开心
    16 小时前
  • 签到天数: 2954 天

    [LV.Master]无

    10#
    发表于 2023-10-24 21:49:06 | 只看该作者
    “太行110” 能烧重油吗?
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    11#
     楼主| 发表于 2023-10-24 22:24:52 | 只看该作者
    pcb 发表于 2023-10-24 07:49& H4 R/ w! }7 t* a
    “太行110” 能烧重油吗?
    4 r6 g% D2 R- g; ~7 }6 F& D; T4 G
    不烧重油烧什么?, N! k2 Z2 h+ z
    3 c' F" `' J" ~2 g" W) h
    工业燃气轮机都能烧重油.
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    该用户从未签到

    12#
     楼主| 发表于 2023-10-24 22:26:39 | 只看该作者
    pcb 发表于 2023-10-24 07:47
    ; @, Y& A: @" `0 [; U0 b“蛀牙哦武器”

    5 p0 v: |9 ^- v( ?1 w就怕牙蛀的不够,还要加蛾
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  • TA的每日心情
    开心
    2016-1-20 08:33
  • 签到天数: 65 天

    [LV.6]出窍

    13#
    发表于 2023-10-25 18:02:53 | 只看该作者
    nukearchie 发表于 2023-10-24 10:35
    2 a) U7 t* T) v  @" w# a应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

    . j( P' O* ]7 R6 g/ Z* j似乎看到已经有分项招标公告了。
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