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[武器展望] 太行110能上航母吗

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 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
# o% [$ [2 }/ M( G, A( U
; @* t3 ^5 U9 v7 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”。
' z( o2 J0 ]. T/ C3 Y1 N2 R* U. R3 }5 Z' J3 u* A: m$ x) S

2 p9 \. W- [+ W3 _- u' H1 r太行110重燃
3 l2 A- j% x$ u$ H
4 I5 }: C) x: W7 N: h' ^: K
& j+ ?9 u  G8 B! s已经发运了' m1 A/ Y- [3 _: Y" x: @
+ ^% L0 P/ o: f( L# B; C  S$ x
“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。
8 l6 ]$ s/ p7 i
  U& b# n  ?6 F6 X( g“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。
4 ~# @& U8 S- S; |% x4 s% I# A* L
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。3 u2 Z7 v6 B2 J

: b3 O8 w! P2 ~# 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。
9 G2 T+ N9 }/ [  w7 u4 Z9 D- j6 D, t% Y6 |
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。
$ v+ X* l- E* {! L' z& `3 U: W, ]! h8 U. S, a: ?1 }
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”。: a: S! B" b" m" E7 Z3 C+ @

! g6 U$ o9 S; ]. t) h% U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。$ J' s4 @/ j, C# S  d' D

" x, d1 O/ C- K+ W  Q1 `/ L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”。4 b1 _/ i" |5 |* Z

( y7 x& D" s5 N4 H& b/ n1 v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。
4 }) @% v" |' ~1 w9 U1 B7 }% b: b0 F, Y1 s# V% l
3 H* K0 d( _  I2 f( V6 u
和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗# Z0 N: o+ N/ e  G- s$ l

9 s0 b# v$ I8 h; `( A' s
) T) L  W% }( ALM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的0 X! ~, u# {! l

' S& O. n) h, 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。1 x; e. p" T8 K5 W; C% D1 F( D7 q4 z

% |$ u( `5 |8 t8 h. K+ a9 q% i6 o“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。+ @8 O' ]4 W& T; j+ ?# _; I1 w+ s" O
' i% t- Q0 I4 s7 H
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。( u9 k) H% I* b
% a# O% E" h& J; R1 T0 S* w2 G
“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。
5 @) i( s# I- ^( W$ [2 b6 D
9 a( d: M; D, f! S8 `- _“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。9 b/ b  a$ s4 j5 z/ q
) J, S, _8 v: u
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。0 k3 `5 ?9 |5 K/ s% ^3 c! N3 c

, g% P3 _+ R, J9 Y& H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?
8 q$ G9 a3 ~) i" @9 i
( T; P! I) b$ d# _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。
9 G# |% r( r2 k5 r# H4 h) ?" S) i( U! N
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。9 o& t0 P5 q$ d& }, L3 x6 \

/ O% R' P8 j% K5 \% l: N) t重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。
: Y( y  I, E# c; Z0 [, @9 |. u
& p$ U  K  C& h3 G% A& s) p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。& K) x! ]& @( Q4 I6 x9 i

* b" n- J) I2 D8 L, D& W7 n, y ( n6 _6 {# i" Z9 }& E' t
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# F/ B* N) _. [6 ?) [* Z
7 y  s$ a. E: E+ p9 r3 N1 U0 J5 m

" N( }, {# ~5 y: \罗尔斯-罗伊斯WR21
$ A5 f9 R! T& `! Z3 m$ Z" Y1 e) q) l9 {; B" H4 d
这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。
6 p# S5 N  y! D% }2 S/ {# L& m" I! ^) z% i1 ]
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。
" Q. M( q! I1 c+ P# \# r4 s+ A7 @2 z& j  p- ~/ ]
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。
' p6 n5 y2 @' c( q! T1 f
" @0 l: q; `2 tICR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。4 @5 D" h; ~# t# b9 R2 E" ~) O

/ `/ F- u- s5 g4 |( H: DICR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。
3 k0 g. a5 f( A3 Q8 u
9 q7 i! c. J4 C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。
7 W( B+ R9 g. z6 l' g& Z6 }! j! T6 N7 @: y% {/ s
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。
# g: T2 s: i7 b3 [# t5 e
! q2 F, V8 l" ^: ^4 ^ 4 h( C- a0 E. b/ s# g% u0 \" K
燃蒸联合循环& {# ?9 U- W2 p: z- P. K4 U/ ?, A

: Z6 U4 [( H2 M4 J3 [" q& ?% p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。
( x- z% s& M) N* e+ [# y6 Y- s7 Z- q/ y
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。
' g1 g  l5 T, W5 x  M0 f! h1 j1 i9 I; t* S
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。
' H3 D) ^) K9 Z0 Q+ L  y3 z! ?4 e3 v1 n$ U2 i
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。
) Z: s- N- ~9 y8 u9 |* L* u( G! P( J0 t  c" l, O) 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。3 y. ^3 F- \, Y& r3 ?

$ ~! G* j4 {" L* q  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。" M: ]. j4 f8 g0 ]+ C

7 V; x0 D0 Q& c% u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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住在乡下 + 4 涨姿势
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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
% v  C. f* v6 [+ n8 [7 U1 o5 {应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

& u. J# l! r# |8 M! V9 O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 11:255 [% p: \) o' Q: I- u9 W+ X
那倒不是。太行110是为发电设计的。

" E- {+ a; h6 f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( q% l. [0 w1 o4 j, ~& ^
    那倒不是。太行110是为发电设计的。

    ! m, q  ^. A! C$ J" [2 W1 p. B" k6 W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
    . R" L6 Q( U5 U1 e, h) d所以004是全电推动?
    , v' N1 q5 j1 d8 b  r+ X2 `0 [
    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
    ' G8 C( a. O: S9 s5 ~4 u% }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 ...

    ! j, |. c+ L9 \' R# T/ Y' [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
    2 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
    2 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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    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
    ; A0 m& m& e/ r1 r2 Y“太行110” 能烧重油吗?

    2 Q/ ]3 z& Z( l: X' r不烧重油烧什么?/ i8 J# W  f! g% j9 B

    . r' H! ]  a9 J$ T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 07:471 o2 f0 n/ r0 D1 b: h$ N* {
    “蛀牙哦武器”
    " D2 u) i2 S& z/ 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- q) s5 u( }. X
    应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

    1 N' ^  _: S6 C$ w似乎看到已经有分项招标公告了。
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