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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
3 @0 }. u" m! o9 P1 K! M" g& B1 I0 F1 o" L6 y/ M$ l
“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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. X4 c1 U. e' g
! |. q* G9 {, T太行110重燃
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9 D# t  B1 b$ N3 F0 o+ C' z已经发运了/ ?8 Q0 }: Z7 K" n1 b

  w+ Y2 L2 y+ v& m0 W7 o“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。
7 V9 h3 f# Q: X4 e" w- T) i0 P; N- H8 m! k" H5 h/ A: r/ O
“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。
: ]: ^; P5 T  V# L, W/ g6 q' N+ o( ^0 O0 w5 h' b( k: t
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。' l6 m5 m5 P- l
1 K/ X  N7 u4 h
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。
2 Z  m! K$ H5 r* c5 O. `
+ H7 P) a3 h9 L9 [# T  p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。
, ~. H+ }* Z  o4 P* K: T/ g. w- Q' J6 ~. p* p0 e
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”。
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- P8 k$ d; s" U: W6 N( 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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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”。/ d3 }. d  i" ~& s* P# m
, O: q" ?( M+ n0 ~  X" y8 d2 ~
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。
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和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗
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6 L, r7 s7 Q! F  J, O
LM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的+ r  [/ L4 o! Y7 X8 H

+ d- M8 R* X* k% L8 m0 q$ z1 D& {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。
) Q' N' F/ J  H# o, X$ p$ G- M# Z! E8 v" r0 H* p! x, [% A
“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。
3 Y, |* @( R/ _  S* L+ W" w
, R: y* O0 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。
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8 K7 c1 b. @1 k0 y“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。
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“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。
1 t4 |; a' N& w9 d( B3 J0 g- ^  _
9 W5 ~& e; {  v! R, U* 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。. x, f7 B/ j. K9 m' h6 T
1 B. n* u0 L) `/ B1 E& B, B) B
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?3 U9 E% y5 M( W% F

" O1 T: M4 W" H% i$ o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。
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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。
' Q* t5 U1 Z0 P$ _7 B- w) ~
% \6 l" a3 I' F重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。$ K  a8 i8 V% z2 Q7 Y

0 ]3 P+ ]0 f7 ?6 b& Z9 U) `, G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。4 L; J! B. m6 c% G( L, }
$ S8 Y# Q2 K- _( q$ f
: ~8 B; z+ T- N4 }' F
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
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" n1 \& P; H4 p) w9 j) ]' z% P ! u7 v) l- S/ m3 q8 Y6 l
罗尔斯-罗伊斯WR21
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这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。
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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。
. J3 G/ s' u8 k, |, b
; u0 E. Q# f8 B8 D; i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。
0 @& Z' u3 g/ l
" ^8 q* p8 G3 v8 R7 b2 _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。5 @; E  C% ^" d. Q7 u

4 y. `4 x6 i* b! IICR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。) K2 Y7 q6 C, I( x1 D

, @# g$ N; \0 i. A- @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。
/ I. r& A( p% X2 |" ?" n" z4 b2 ]) t0 \8 e2 L7 C  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 E* p( ^& r$ E3 h+ K& D( N) W/ T" D: _2 R: J

  X0 t  r6 X) L" n* g' r: ]6 i2 L燃蒸联合循环
, i- i  y5 g* i3 q5 l
* ?# o1 i3 Q5 u+ n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。
  G; a; o' n! W: g- K$ {
/ o) m' D, l$ [7 b3 p% P: L3 t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 t% e$ I2 z; \6 [& v- d% U
* S$ B( ]* g% V- s! |- 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。
  b, F4 o6 e8 @+ Z9 m4 ?
) m4 s$ T7 S2 r# z  a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。7 Q) E' k1 A! z

) Q; b8 y& p: {0 a4 A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。* K$ g) ]2 U3 f+ l

  x- G& c1 \6 j3 y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。$ `' j. p( D8 g/ I. k; ^3 l

8 F# e3 \; ]' a: |# ^0 |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 20:359 ^( a$ e/ p+ \0 p
应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息
& v9 [) y% g' W+ A1 h$ u
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
! R1 `( f, `6 g, B; I! I, Z0 k3 R那倒不是。太行110是为发电设计的。

3 n7 m+ K2 ]- O* [: a4 e说都这么说
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2025-3-31 00:13
  • 签到天数: 1129 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
    0 y6 J4 E7 k" w/ p7 r  o那倒不是。太行110是为发电设计的。
    8 W2 O4 h% i- n  m3 M
    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
    * y# }) S$ A4 ~$ r4 i  i所以004是全电推动?

    : ]4 ~5 s, `: q- v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 00:36" C* G& d* M, a7 X. O  S! e8 a
    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 ...
    # ~, ~" T1 D# l! e
    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
    8 小时前
  • 签到天数: 3104 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
    8 小时前
  • 签到天数: 3104 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
    - C# J9 l  ?' v& U8 j$ j“太行110” 能烧重油吗?
    ) a3 {, n0 d1 d5 _
    不烧重油烧什么?
    . C! M; o" ~5 `9 P/ I0 H: r& ?& G" |/ M- t( m9 b
    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
    % ^! J$ J$ h4 j" M2 m7 ^9 U0 e% K“蛀牙哦武器”

    0 }8 F$ e" \6 F5 o( p/ m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- z; T5 f- n0 z
    应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

    * b( @- P3 }3 j9 Y$ f; G! @6 g. c似乎看到已经有分项招标公告了。
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