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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 5 Y' C1 h! d' r* h: H* {  T, L; u- Q# ]

2 I# V: {+ U8 E0 t# F“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”。
% W& u% v* p% [! A1 Q" K5 |" z# @& }# e( B7 ~

0 N* T) \" e3 N$ u太行110重燃
) n' X0 J" ]5 ?* W  ~
1 J  O3 ]- l0 X; l1 T! R
( E9 u) ]7 X- s" |* n" H已经发运了
2 o: p2 ]' m6 E2 d/ {' u) M+ ~# N( i: n2 z; [- K8 q% A
“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。
$ s  B4 i" |/ o8 x2 X' H# _
; c; o& I/ q" e“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 B: C+ J6 h0 P3 X
: j' M$ w- @$ ?( F2 d; O: V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。
7 r/ P2 X' a7 p: f: J8 Y5 c$ r* _6 I6 ~! t- l4 B* m* q9 i0 N* [
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。  G" h4 n: `9 M0 |# t

7 H4 B: q2 N% G' z7 ]) J# \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。% ]9 y: e* z% Z. C

' V7 S% j5 Q0 o/ 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”。
5 I3 W0 x; v3 I6 u7 ]' Z& L
, H; j4 h( V' w% l- |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。6 g. s9 J8 _- W! ^7 o6 Y

, f, [+ H7 `8 @4 d8 N8 h, f( R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”。( N( [3 g& h: t) J

0 H9 ]% D5 M. H+ s: H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。& h# G& |4 A1 b3 v

# A6 l8 {  w  g2 z: k2 h4 J
7 h9 [; ?  s, z2 S+ [和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗' W# I4 p$ `3 n- m- ?9 _
1 a+ o& _! Q  v% Z8 L
- j8 C6 A+ b8 V, g$ o% Z! ~3 X
LM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的
  V% v, f5 d: T2 N/ j) V
/ q: r9 G& n" P+ b3 ?0 c; @) F* n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。) ]1 ^) i5 d" D5 N

9 p7 H* b+ G, N8 n0 E. e, 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。, ~6 ]2 l) \+ A" z- K# X0 D" b* V6 I
) A, ~  {" ?2 m1 U) H- 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。
5 p: c2 D  E7 {$ m, F8 ^
: Q4 `8 I! X+ k7 r“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。
9 c. L3 t8 Q. B/ t. ]
( m8 C9 t4 e; q“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。
5 a+ Z* G8 Y' Z% ?4 |6 M* B, \: {) {% f- o" K; d7 [. n, [
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。
" M* z2 _' G- @! O" Q( l' m+ v+ a8 b/ b8 P& A1 o, q
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?
) h$ R: {- m2 ?5 {& w& U- B! O9 @0 a* G% P! \$ e6 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。+ r6 x7 @; w- D+ R. d5 f

# o; O5 k1 f3 N. t9 z) \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。
8 z7 e; f, T3 j5 F
0 r# O1 A( @  T" Z1 @9 @3 H1 i9 ~重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。: {# c$ h& ]' K4 `1 @1 T: o) n2 K

& G( y: B, R: i3 A8 L; |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。
- |" z& C" T1 L6 C0 z
4 s/ T9 Q$ Q" K; Z; [! X& w/ S
* S3 U" O9 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
  r0 N3 \3 F- k- p4 C3 _% _' V. t7 q9 p- X

" z4 X+ Z. c" i罗尔斯-罗伊斯WR21: K6 U: s7 k; P# Y- l. H  f
5 x- g3 v" q1 h0 F" L
这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。
" g0 Y4 i2 O7 A& b9 b+ g* }9 }7 a% ~6 s5 u
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。
6 Y9 t' p' W* ^0 i+ S" p. L% P/ q0 B' ?, `* A
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。
) X! Q0 A7 @6 I, a8 @  e4 }+ J# r4 b2 h% _- V" X- C* v$ ]
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。
- U. l9 F. R1 ^) F" r
) r( Z, A& i* f; [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。' K2 f9 z* R0 z- i$ s, d" K

& R! k6 }/ P* k; f5 C& q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。
" x  _% a/ i( H- i* \  y$ V
% Z* U" H0 I* |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。
. g8 ~" w7 s! I4 V7 Z- {, `, U& s9 Y$ I) S  W! C# e+ V0 K
  w" h7 ~" p& _1 M& F3 M! `
燃蒸联合循环: Z1 {& @: T- R4 V% A: L  c  M
: ~; I  N' Z3 ^$ m4 ^' A: Z
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。( O8 H8 F  }  w$ u- s( C4 Z
/ T+ l5 L! \6 t2 ^2 x( K/ {% k
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。
4 R0 k  R: [; {  `7 ~, w, A" R2 _( p9 B$ C: f7 S5 \1 _! M* F
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。
+ P  A; H& |/ b$ B: W- S* u/ Y
2 C4 X% |; y8 E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。9 c( C/ N# k. @. h

# K1 R+ v& y- v) J( S- x* B. i3 d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。
& j" X; O3 {9 a. Q8 x$ M$ f, `: {/ l2 |1 ]/ p6 c
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。
' Z  J: E" y+ ?9 [* e& i) n4 t, @- Y% F
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 20:350 Y: x# \0 a" g! O* L4 W" X
应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

+ ~- Q0 G  S) P% x$ [. _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# L* g6 r4 F0 @: l" D8 W
那倒不是。太行110是为发电设计的。

! y. w0 F  U6 i* V2 E. l' k7 B5 z* I1 ?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 11:259 J0 P4 F! @. E9 f
    那倒不是。太行110是为发电设计的。
    1 ~% D; A& Y- K1 L' B4 h
    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
    7 f% R+ F. K$ x所以004是全电推动?

    & z; D$ \* a1 h0 X* F8 m: 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: [5 p  v8 z# u7 S; {! Y# M
    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 ...
    8 |( B3 ~0 `" q" q! e/ N7 d
    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
    1 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
    1 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- g+ E, w- I. T& ?
    “太行110” 能烧重油吗?
    & F+ f  @; Y* @5 S
    不烧重油烧什么?0 _( G3 |* r; p" c, i

    1 i  M; i; c% _7 }; S. G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
    ! c1 ~( S" e% Y“蛀牙哦武器”

    - ~' U4 g  V& Y% U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 10:351 k$ F9 q1 S' m  u! u5 v1 z. q6 L
    应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息
    - k+ s) a- f, ~
    似乎看到已经有分项招标公告了。
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