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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
& d( ?: M9 K5 k  O, t" ]  X% Z, `9 E/ e& m; [6 T  E
“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”。- F4 q4 ~8 j0 p& t1 ?4 N$ R
5 M# I5 O- K2 s: b
4 N  [) K; r9 A( T: F1 m1 }2 |: T
太行110重燃
( y# r$ Q, J' l6 B0 n5 \1 ~- @9 }. _. R* q

" ?; X$ x+ }5 J) H已经发运了
6 B0 I( @" U8 h6 y2 ]- Y
$ Z) k, I; }+ E: p“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。# q1 ~0 g$ L7 s4 K, C& Z' r

6 E% A  A/ Y" H: E6 D6 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。) o2 }, {  t1 M; @3 R! t
; P& k& n- b6 l# s  a& {
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。# a% D3 g9 Y# h( |3 z1 z

- F; R# }2 S4 p5 l4 `: m8 F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 D# O' @& ]6 ^0 q6 t6 ~

% i7 y+ ]' ?( D$ a; T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。
8 [( X, @' P: [6 f4 j9 `3 g3 D) R* E/ G: Z. e& C" ^8 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”。9 u( _2 M, @4 @3 |# x' b! `$ n* x
& E: L9 ?. p5 K8 N* d$ i
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 a2 h7 [6 {% m% n' d$ X/ W, f2 E: F0 z! v: I( V
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”。: }  A0 E6 P; Y* ]/ \/ k6 \& H) X

- k$ X  `5 r' B2 O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。
) e! ^. p) M" p
- a8 F* C" j8 |! w* n" r# A % @8 E& w# i* H8 \% J# Y
和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗( Z9 S8 ?% A6 C

# W  k( N& v" |* b: F: a
3 W+ X: X$ x6 p  a' E. P& |LM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的
1 O" V) Q7 F6 F% o
8 s- f) S0 j1 z0 w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。
- k: \+ Y( H- I; n
* `! G2 M* q8 K3 P' j“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。
2 w' I4 M3 Y* d5 W9 W. y4 H: H: O" E! Q' F) {' P' Z6 `
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。
: i7 a5 Y6 ^: H8 K- k: b1 t7 @& g6 u/ ^1 a
“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。
- ^2 g: K# t% x) [# U0 c* {2 d2 K
+ t* n- y* Q  w5 d! g“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。
' ^) @  z# O# P6 B7 D
( [7 Q  X, a; C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。, k' G  O4 W3 H4 s% \8 y
' p# _5 Y9 F2 Q1 K- `7 P) P) I
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& b& F' q7 K0 K6 t3 B5 j& D9 b
$ f& D/ A4 d; p' r! k" Q5 o! f8 f4 F
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。3 j% F( E( W, Q% t4 p& q" h, u5 X
! \, \1 c  m) f/ O' k- ]  B
重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。
9 `& q$ s8 M# m) i9 W4 Z: L4 d" h& d9 x
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。
  N, K& X, s+ \! l+ [5 B  I9 E, L
1 z+ x* }, d7 w- G3 m% G2 p 8 [3 H  F' l9 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  W% S5 _: f6 q* S7 m) Z1 Y" {' z: h
3 i+ s3 V1 e5 p

5 G5 g: i$ y+ u' t: x  Q# ?4 |0 u罗尔斯-罗伊斯WR219 I, @  i6 y& E3 ?% B
. G% C5 o( g; m5 }- U+ f5 r
这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。
4 \' W, A( h! Y7 P9 r6 w7 M2 A* s& u3 o8 h. m5 G$ p
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。
1 m$ F( X- G& q6 e( V8 r& V5 |. [8 i7 h& `1 `- 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。! G/ Q& ^# v  W

1 @& D9 C0 G9 [  v4 Z; FICR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。
8 ^& X8 y& d; s- l: J2 V
5 J% |* ]- }- y. @" a: R7 \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。( N7 \* [) {% A( u

& z( N& Y# g1 s/ ]/ l+ b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。% j' A$ q5 y% o

, h& Q6 H! a1 G7 L0 o8 T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。
$ K# ]+ ^2 Q$ S; C% J2 a5 \4 j. T- ]% x  Y1 i

; G: l  T- w/ A: U8 N, g- K( C. b' X9 d燃蒸联合循环
( J- c2 ~" o' C, Q$ w8 `7 m5 H% m5 f2 Z0 k9 _
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。8 `' _! a9 A" L; S( m
5 K* q: S& T$ h/ g2 d
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。7 G; K/ T  J3 o! _9 P& x
* g" d. X5 @. A
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。5 o3 w& w- s( Q- |/ n& s% j; U

; s/ u2 M- ?3 S2 Z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 ~1 {: x! s, ^8 ^4 F9 @7 s7 l
2 g* W7 O3 q0 X3 p+ k* h! f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。
2 x/ b& ^+ S( u' Y4 z. H& B$ Z  K! ]* x/ V
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。$ R7 f5 S/ ?! g  ~  ^6 C4 T

/ W( i; }+ [1 c9 k8 a* a( L. S" j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" D  ^: {* z/ u
应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

% S5 Z+ {2 q6 [; x! I& W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
) C) ^  O6 i/ K4 A! |  c那倒不是。太行110是为发电设计的。
8 M8 [% Q  J7 P/ a% K/ e( z- N7 S) |
说都这么说
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  • TA的每日心情
    奋斗
    4 天前
  • 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) n$ U/ D" C: n. L6 k
    那倒不是。太行110是为发电设计的。

    3 N0 E$ ^8 _8 A, x& v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
    # A1 q3 K7 `/ P* D8 X7 W所以004是全电推动?
    9 w9 @* V7 W! I3 J0 F
    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 00:363 m4 o" K" F  V! f8 {8 C: B
    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 ...

    3 C( Z! M  A" q9 ?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
    12 小时前
  • 签到天数: 3082 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
    12 小时前
  • 签到天数: 3082 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
    0 h6 c9 i) K/ n: v9 j“太行110” 能烧重油吗?

    * Z; J2 z7 ]- J/ N/ {不烧重油烧什么?
    % M$ V9 x+ w3 u( H- |/ Z. }, E0 W5 G2 N& P  g& M5 v
    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( y9 I$ K# x1 A( Q
    “蛀牙哦武器”
    * p0 z% K" p7 E+ f3 r8 g# q
    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
    * t6 c, Y3 m! j$ \/ X$ w# S应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

    0 r" y4 n2 D  a* o% g  f似乎看到已经有分项招标公告了。
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