最高效率達46%!大型軍艦首選動力:燃氣輪機耗油率怎麼樣?

2020-12-05 航空之家AH

Fly Knight/文

燃氣輪機和航空發動機具有重量輕、啟動快、功率大、汙染小、加速性好和可靠性高的特點。目前世界知名航空發動機已經進展到第四代輕型燃氣輪機了,例如2003年美國開始研製的LMS100航改燃氣輪機就傳承了 CF6-80C2/E1航空發動機和重型燃氣輪機技術,它的壓比高達42,效率更是提升至46%,可以說是大型水面艦船的首選動力。

航改燃氣輪機具有投資小、周期短、見效快、經濟效益高、可靠性高和使用維護便利等特點。燃氣輪機的工作過程是壓縮機從大氣中吸入空氣並壓縮,壓縮後的空氣進入燃燒室,並和噴入的燃料混合燃燒成為高溫燃氣,它會流入燃氣渦輪中膨脹做工,並推動渦輪帶著壓氣葉輪共同旋轉,高溫燃氣此時的做功能力提升明顯。

早在1940年代末,航空燃氣渦輪發動機就開始往其他領域應用。1950年,英國就成功將「海神」航空燃氣渦輪機改成艦用燃氣輪機,並在「勇士」號快艇上得到應用。

1960年開始,英美蘇都開始將各種類型航空發動機改裝成輕型燃氣輪機,並應用在工業發電、艦船推進,於是第一代航改燃氣輪機應運而生。典型的有奧林帕斯、埃汶、TF4等,當時的壓比能達到14,渦輪進口溫度能達到1050攝氏度,效率在30%左右。

後來在1970~80年代,航發廠商又在RB211、JT9D、JT8D、F404、PS-90A的基礎上衍生出壓比為20,效率在36%~42%的第二代航改燃氣發動機。1980~90年代,第三代航改燃氣走上歷史前臺,它主要在CF6-80C2、遄達、GE90、PW4000等基礎上研製而成,其壓比能達到25,效率為42%,渦輪進口溫度能達到1450攝氏度。

可以說航改燃氣發動機直接繼承了航空發動機的成熟技術,未來產品趨勢也會向熱力參數不斷優化,性能也會逐步提升。汙染排放量也會明顯降低,可靠性和維修性也不斷提高。可以說前景非常廣闊。

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    眾所周知,航母是當之無愧的「海上巨無霸」,為了推動排水量達數萬噸甚至數十萬噸的龐大軀體,必須有特製的動力系統。總的來講,目前航空母艦所能採取的動力裝置有三種類型:常規蒸汽動力裝置、核動力裝置、燃氣動力裝置。
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    小型船隻的近海活動用人力,稍大的船隻及遠洋活動就依賴風力的幫助,帆船這種純粹利用風能作為動力的船隻幫助人類在大海上走了一千多年,直到蒸汽時代的到來。 有趣的是,蒸汽機並不是新鮮產物,它的存在也有一千多年,但瓦特的改良終於讓各種機械裝備能夠運用,這對於大型機械來說是一件突破性的事情,新的時代就在一片霧茫茫的蒸汽裡到來了。
  • 高速旋翼機變轉速動力渦輪的發展
    研究表明上述概念的應用收益較小,能夠降低巡航狀態1%的耗油率,在懸停、單發應急狀態下提高功率2%,但造成發動機重量增加約5%。性能的提高無法有效彌補發動機重量、成本和複雜性的提高。帶串列轉子葉柵的四級動力渦輪為解決四級動力渦輪攻角變化範圍大的問題,轉子葉片採用串列葉柵設計,以降低轉子葉片的攻角敏感性。
  • 【行業新聞】東方電氣50mw重型燃氣輪機,在世界上屬於什麼水平?
    2020年11月27日,在院士專家、政府領導和客戶代表見證下,燃氣輪機順利實現滿負荷穩定運行。重型燃氣輪機的級別越高代表著熱效率也越高,E級燃氣輪機的單循環熱效率為34%左右,聯合循環為53%左右。F級的單循環在38%左右,聯合循環在57%左右。而效率越高,意味著同樣的能源,將能夠獲得更多的電力,這個對於艦船,對於電廠等是非常關鍵的一個指標。
  • 燃氣輪機的內部結構
    燃氣輪機有重型和輕型兩類。重型的零件較為厚重,大修周期長,壽命可達10萬小時以上。輕型的結構緊湊而輕,所用材料一般較好,其中以航機的結構為最緊湊、最輕,但壽命較短。  與活塞式內燃機和蒸汽動力裝置相比較,燃氣輪機的主要優點是小而輕。單位功率的質量,重型燃氣輪機一般為2~5千克/千瓦,而航機一般低於0.2千克/千瓦。
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    6、GE推出世界上效率最高的新型重型燃機,並獲首個訂單2019年10月,GE公司宣布推出新的H級重型燃氣輪機7HA.03,這是該公司自2014年推出高效風冷型(區別於蒸汽冷卻)HA級重型燃氣輪機以來的最新型號。
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  • 國內首臺功率最大車載燃氣輪機發電機組問世
    本網訊(劉曉紅記者倪偉齡報導)6月30日,哈爾濱東安發動機(集團)有限公司自主研發的國內首臺用於北京奧運電力保障的1600kW車載燃氣輪機發電機組研製成功。2臺套該型號機組披紅戴花啟程開赴北京,交付北京市電力公司使用。這是東安集團公司依靠自主創新,最新研製出的國內功率最大的車載式發電機組。