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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 % f5 J) h% n8 T% K5 j

1 i; r3 o$ J9 V2 R. {“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”。: u* \. L  [* @% q) ]
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太行110重燃, u( R( [3 P( y, H, k: t, A" a! _

8 R. Z5 B" u( P3 C ) o; F9 x9 m% q8 \2 N4 x6 S
已经发运了& m5 E- a2 e! H
: ]1 B6 }/ x# ?$ G0 i0 d4 W
“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。
3 T, R5 D0 v: P* p& i2 `0 N) K
& c" O! w: |6 K8 F2 p0 J) v“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。# k5 y( X. w/ S) }
+ s% N5 W9 q3 J* E, s* e
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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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。
5 c+ i! I* G; \' |1 ?
& @* D! |. H0 J, K3 M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。
* ~" i- a2 V7 _0 H9 G
" B' F% T- }) T$ R% U) b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”。: y9 U4 r/ {) z0 e% @' i1 E  c1 g

5 ], F8 `. I5 P+ G: 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。
0 {$ D+ v( A1 @  k5 q* b9 \  e* n6 `. 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”。
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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。- b; Z3 t7 e! M* A/ S7 D+ n: g
$ d6 w+ z8 q( a3 \, V" ^
; f" y$ y) D0 ]* w& D: _
和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗, U$ Z  ~5 s' j& d8 j' n9 o6 n

2 k0 t) k- b) k5 i 7 ^! h3 q' J( `% k
LM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的
1 N& Q+ `2 o+ ?/ g
# R; r0 S- g  K6 ~) Q( ^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。
7 V7 c! V+ {. L. L+ {8 r3 R; o. c1 ]+ M6 ^
“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。( n& X; T: I7 u( h5 \
' s. z- v- e& N8 |$ B
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。
8 Z4 @" E# J9 J  a$ a9 `6 i1 u$ Q$ d! o3 p: G1 V; T2 h
“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。1 U- ?7 H4 d! |3 P# r4 X

' l6 m, Z3 s0 D3 ?“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 M8 K" r* d: }6 [

6 J5 S) i* [3 {% s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 z1 D1 f- ^( z" O. I/ J5 @8 R: M% R7 H* i! k( R
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?, [  w/ Z% ?  X( H. [6 H

5 B# E; \; `9 H. F( v3 I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。
- i$ n, ]% z3 O8 j3 T* f# d
; k1 R- S# C* W. X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。; j9 @6 Q3 f' q, z3 P4 y/ n" ^2 r% s
  R! Y' A. ^9 W/ V5 @' y
重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。
5 Y! ^/ Q/ t' Y0 B( ^# d
0 z( _2 |# ^( F# 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。
  S/ k" Y4 |1 i" V  C7 ]7 [. a8 E0 G- d% _8 Z8 x* c$ M3 l5 s

0 r! ?0 L6 P$ C# }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
: g- l* y, Y+ D% _  `% F; g! f- W; u) M, \- i

# r1 x7 T0 Q$ \) z- \% m罗尔斯-罗伊斯WR215 C/ ]5 l6 j* U/ C% o; F

7 O* U# n, [$ k' N8 \这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。
2 B, F0 h$ g' g5 }+ \% y0 N: }/ U. E( s# o1 B6 q% l9 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。/ E! }9 @  m$ B% {/ j( s

) u2 P  z" n$ @9 t/ x& ^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。
" @) ?' v, n/ n! U9 k
1 \5 `3 J0 R+ p5 r5 |3 vICR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。
* X* B) Z6 B+ v4 g4 }7 ~; A# Z
4 Y$ V3 Z. U* Y: u3 cICR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。# S  r/ D1 r. q' n$ f: @9 y- P+ m
/ L1 X! _+ h8 V; o" h- t/ [
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。8 N! q' e6 l5 I
' K% c( N; l: B1 U& V% r: Y
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 C( |3 D! z: V- E
$ }! R0 A% @0 F
0 U& G3 r" C9 Q! p! }7 e燃蒸联合循环
( L! `/ _, `7 c3 a" w5 k+ P
; T' N" q+ \" w' c* i! l7 n# H% }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。
/ v2 [# B7 C1 ~0 Y! }  k! ?# P- K+ \6 Y& U# j5 Q0 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。
) K  G3 w2 i+ H2 D0 u  ~2 A% E
! d- Y" v- P, s) 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。& \2 t7 h) `6 B( b3 G# w
6 d- O" N3 x- f0 ?, Y" 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。7 x/ T' ^2 _5 ~2 i5 P' K2 J9 A

6 {9 C6 |' g& c$ H: T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。
% N- B% Q/ r. ~9 A8 x  ~
7 I' D. p2 c2 h+ W* J' r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。
  c9 `8 w, [9 t" ?4 p5 p- O7 c
# v  a( E2 x+ c& u5 _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
% O: f- m1 |* V! ]- ^1 ^; m应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

" O; _1 E3 ?' E8 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' v; m1 O* o( \7 t! g
那倒不是。太行110是为发电设计的。
% d6 w9 p* C5 b: L0 V
说都这么说
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  • TA的每日心情
    奋斗
    3 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
    ! {# B% k7 l  J, E那倒不是。太行110是为发电设计的。

    ! f' A5 y2 B" P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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    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
    - Y9 d: A8 C3 r4 ~# e: |所以004是全电推动?

    & y" u( L: i% Y* S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
    # ?4 N  ?, i  c2 x3 P0 q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 ...
    - I. f  j1 E) M% v) X$ W1 W8 b: q
    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
    14 小时前
  • 签到天数: 3081 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
    14 小时前
  • 签到天数: 3081 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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    该用户从未签到

    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. \8 ]- c7 r& p8 G' `0 `2 V9 P4 V
    “太行110” 能烧重油吗?

      z/ a5 y2 [5 o  r不烧重油烧什么?3 `5 m/ O+ c6 y

    - K. W+ W" e5 Z$ u4 X. X工业燃气轮机都能烧重油.
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    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/ p3 i5 Y$ w5 F4 M1 D3 M
    “蛀牙哦武器”
    % {5 }8 x9 }, E; r  |
    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( ^' U$ i+ g4 A) ^0 h4 ^/ c$ Z; ]
    应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

    + a! H, p/ i; j& t/ r9 S似乎看到已经有分项招标公告了。
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