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[武器展望] 太行110能上航母吗

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楼主
 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 ) Z- x. e9 y( b
8 A, s' p$ S' M( N& F8 t
“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”。
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7 g2 Z7 j+ ?, b2 V太行110重燃% N& N  |  ~# ^
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已经发运了. W  Q8 X  M" \9 G* ^0 v
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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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“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。6 c" B/ a& t4 d# y6 x+ Z3 g% i

+ D  C5 h6 a8 L: U8 \6 v- ^  P8 p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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1 Q4 c5 E4 j/ ^  f$ L/ t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。0 d8 t( _2 J, \+ O. o4 ~! N2 U4 p9 m7 p

0 I" O3 C# X( y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。; N7 V) S3 Z; m7 O/ {  n
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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”。. D& x# F" O$ m% D$ L

# b, V9 N+ s9 v( W$ j; }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。
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/ G+ R* Q& m- Q/ V6 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”。. p3 Q% r% I& H  \9 G0 B

7 ?& a0 E8 B8 ?( g& B$ v2 ?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。' `! z3 ?7 f$ @  y: K

+ L7 H! `! m" k& c% I9 K3 d 5 w% c8 E5 ?. ]
和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗
  _& {+ J  m* Z5 t/ q4 A( i* r6 v1 x

$ r. A) G+ \$ U9 a/ dLM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的: E) Z- b2 U7 y* G9 ^

( h, Z. b8 H2 s* @8 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。, L: L9 c) Z* d4 P4 B: p' W
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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。
( ^: Y: o( n/ P$ N8 O$ Z) i4 y! s1 M$ |) G' R' `
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。
4 c$ n% {6 R* L$ {
/ a( F) q- l' H* L% M* ~“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。% @3 N3 N9 r/ y( m& p& {

/ _. j/ @+ V. R0 p, b“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。- s+ Y  ^' k& Q4 A( o
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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 d  D* d: N% f6 e2 j# D4 j* q* w# i: R5 O" s/ ~$ @/ |1 Z
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?5 `: Z0 X# A& h! N7 \1 r

, `1 o. |. u0 f' t8 B* A5 n/ ?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。* m  F; [; M1 M7 Z; r
# l  ?! s- a# q$ J& a, r  E
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。: {7 [. G% p, C4 O2 [% N' T
0 z. Q% G0 Q, T2 U
重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。. k; o1 T$ P% ]: d( R0 K1 I

' t9 O, R+ S0 n: A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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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6 o* V9 f) V: Z, T6 n) y% M3 d

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罗尔斯-罗伊斯WR21
* i: J) Z7 c2 n) U$ k% e) l
5 l3 h. l. ?( r' b3 q这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。& D# R: S4 Y. V5 {! c+ ?6 s

  i* l7 v4 E5 e0 w) i: \, j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。
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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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9 a9 H9 i/ a' e: D8 B, g& j& xICR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。: z. r0 S7 u' y6 v

0 `& `; {* v7 L2 vICR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。
( Y; A9 C5 F( G3 L* e- b$ h7 [" h" Q5 l& J2 P% y( ^" Z' F) m1 c3 X
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。) t. k' r  q) B
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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。6 q7 J" F: q1 p  a

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燃蒸联合循环
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- q+ s( s9 a( }) B; 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。
+ q. @  B- `/ P5 c, {
, N0 m9 `& Z! Y( }2 s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。
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9 e" H1 D5 }8 e3 @2 u2 S; {3 R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。% n2 v" g6 |# r; b7 U4 p

6 Z/ Y+ w1 @6 k3 j; N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。. B5 _  G- ^* W

0 I/ t- P; o3 P2 M$ B4 H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。1 Q3 _; g4 H* z" d4 G3 K# a7 n/ a

9 f+ M9 Y, b; J" S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。
8 n0 H4 u. q0 P7 G( q' D4 `3 Q
# w" U( C, G9 u4 a5 z+ p2 J  K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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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" C. {$ d" X( \" ]* e: r
应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

1 B+ E. ?! z- h" T  K0 Y那倒不是。太行110是为发电设计的。
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该用户从未签到

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$ }. y* C' F# A/ F  A7 O4 D
那倒不是。太行110是为发电设计的。

1 \) m. G% a# g4 n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 11:250 T  c! L/ `+ |. Z* D# x
    那倒不是。太行110是为发电设计的。
    ' C: a+ M% \4 y4 l- K8 m1 @& s
    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
    & }- H" `) d; d4 H: o1 s7 U所以004是全电推动?

    , m- O  h$ Y( |$ ^那得005了,004估计和003一样
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    8#
     楼主| 发表于 2023-10-24 21:36:33 | 只看该作者
    huma 发表于 2023-10-24 00:36: P* O3 X/ |3 A4 D
    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 ...
    % k! A2 v$ Z1 h( C2 B9 Z3 R
    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
    10 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
    10 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 07:499 I" y' O9 @* O$ P( z$ x2 }* m
    “太行110” 能烧重油吗?

    $ }0 e' R! y0 C4 s2 e# ]) G不烧重油烧什么?
    8 z/ x  O$ b4 k- z  g  v1 ~. c9 K
    - U5 F' r) _/ y& M7 Q* c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+ E: R8 A/ Q  j& F' m6 C- Q
    “蛀牙哦武器”

    - u5 Q  o/ b: D/ a9 G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; o6 @8 B6 n, l; @
    应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息
    - N2 t+ @( \  W; G
    似乎看到已经有分项招标公告了。
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