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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
" `7 `& Z- d% N0 w# x1 k$ _
; s3 d0 j9 p/ |“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”。% m. H9 U; `8 i3 K: k

6 X$ k7 G, k8 M( ^. R
* ?; b: U/ }  r太行110重燃
& r3 A) o6 T9 V3 u. ?; I. }( S
( _( T: ]  b5 @* y, h% P  K
, Q4 I! n3 B9 x) l已经发运了
7 e9 K- _' r' D, U6 R% e& W- O4 A1 h# i0 J- f
“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。
$ i' r& U5 b: L  L/ ]- v" Q
& A- c1 r9 y' _. p“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。
' D; J/ v, Z" J; U4 P, X0 _& P
5 w, F/ q) C3 o9 f6 u* T2 y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。
" {; U$ g( z( v
8 @; [1 a% [; E7 w! ~; i# ?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。( F. W5 X4 [; ]3 r
2 F6 a/ F7 ?4 U
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。3 e) U' N2 q; Z
7 h7 p+ e$ h) t  l
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”。
$ K& w) x# T- L3 o' Q& b. u" C9 N$ J" |8 `3 p1 g
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。+ L3 }! M% Q5 \9 K% Z

7 L# ^; z, f1 W$ q& W: j2 r. a9 K$ |7 b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”。
& |/ t+ r) I6 h* {( ?: L3 J
7 g9 \, w; }4 {! |6 a! u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$ ~& w/ @( {3 ?7 T2 X
+ Z2 x. {  O5 s7 r0 a$ P; c # q) y+ A* O# G
和“太行110”相比,UGT25000有点傻大黑粗# _; B  f( V! s: q
# S4 K% [9 I/ h6 ^
# r$ d( X  q% e( P) h1 Z
LM2500要细巧一点,但也没有差太多,毕竟是60年代设计的3 g3 G. V4 b- w% X

* p7 z/ @, }; O: ]+ V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。( A; z- {, V3 `. y
0 e: A" l; b  K* n: [7 @3 f2 e  s
“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。
" a/ T8 o1 }7 c+ w* B, H$ Q2 g* u* u& W+ ^* l
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。
: z0 X9 }( G9 Y# y! m* M  t7 O, a' N5 O4 y* z# p# ~% 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。
7 {+ ~4 A& x4 K" p5 X
, ]5 ]- g2 r. S“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。
, c0 J: e2 t1 [  U% d- i6 \; }  z, B3 G" T  W- V5 i, |
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" K4 t! M% y4 W& `7 l& b, L$ z6 x8 X, K' G: x7 X
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?4 F- g  ^. i! y  X* L: G) \4 L$ j

3 G1 r- g3 Y3 i4 O4 P6 y* }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。
' C( P/ `6 p7 L
/ y8 Q0 ~  Q' r- a! J# D3 Y3 U' U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。' l7 a) ]' X9 B- g
; r1 A2 D3 J) Q& O1 K
重要的是,“太行110”提供了全新的舰船动力可能。
) h& i: @" ^* n8 f5 g7 Q, U# ~  Z# z
: P  c7 y  `6 T6 v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。# A$ s5 N6 \# [+ G: l

2 g5 F. R" [- ?9 K  F* o + _% Y9 I) n; i8 s/ }( a; [
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3 s4 a3 J0 g) E7 ~+ ?

! D1 `0 g" u) n4 L1 m. G - K/ q2 R, q, V' t# s
罗尔斯-罗伊斯WR21' O% N) Y7 u, p+ g8 w
/ c6 P4 ~& k. a1 s: h
这样一冷一热貌似多此一举,其实不然。; f) W+ F6 R+ @
( N; g9 y) L1 A
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。
; M  }# g% I' p+ z9 X" |3 {& p4 \( o- A3 U8 r
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。
/ ]- `: I0 e  g6 Y- F
: R2 K) s* ?9 d8 D+ KICR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。
5 U- z$ G5 o; v4 S( `6 k: f2 r9 N. |8 Y. f/ A1 d( @- m
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。$ G3 L0 g3 D6 _1 z

) t% g8 M% i$ u5 g  p8 v- |$ {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。, P% F6 ?* j: P% D
& B5 U5 X: e& c
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。
9 `( h5 i! p4 N  \9 @* z
1 X  U5 w2 y" D ' W! U% z( l3 N# G! T
燃蒸联合循环" E6 S- Y. O3 c) b2 \; m) b

3 p  c3 [2 ]9 z  f3 G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。
0 a9 C% g; i& m9 O$ f! [9 n
8 x; ]3 G8 A2 m7 q. g8 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。" D: G# o% W3 @. H/ d8 ~3 h8 U
7 J" P7 B$ y% b$ M$ C' i
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。
: K" B7 B! B/ Q$ B, I. K& G3 K/ p+ Z) _( g9 w7 o8 H0 g& |
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。8 D! v! f; G; Y8 ]0 K% p

9 B) A0 L2 t+ _3 |( u3 x# _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。
$ T+ H7 ^3 j* H. d, r( h- {' [' I( `6 L# i" o
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。
' t; ?: d7 o* _; y& Z6 m
  }" ]" ~5 r4 i4 r. x6 o! m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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pcb + 4 伙呆了
住在乡下 + 4 涨姿势
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本帖被以下淘专辑推荐:

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
' l1 r$ @( R0 t( P& }应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息
/ M, F% J) W. L/ g' s
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
* P, M) \& S* h那倒不是。太行110是为发电设计的。

, e0 F& r( @& j& x% g% N说都这么说
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2026-3-17 22:01
  • 签到天数: 1133 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
    2 B* [& H" E9 R6 Z6 L! l: ]1 @) c那倒不是。太行110是为发电设计的。

    % R7 Z- T7 W; F1 i, _9 ]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
    * W; a# G9 I1 X! y1 R9 x* }所以004是全电推动?
    ! y2 i3 k5 F2 C8 J) 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
    " k$ {' T3 Q1 U/ t- y& e1 r' `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 ...

    1 ]2 Y( f# E4 I" r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
    昨天 20:26
  • 签到天数: 3485 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
    昨天 20:26
  • 签到天数: 3485 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- I' O2 r+ @4 {$ Q; ]. M
    “太行110” 能烧重油吗?
    6 e+ U! Y4 Z* V/ }# `, l
    不烧重油烧什么?2 F7 w4 U+ r! w
    4 {& P- _; z) N
    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
    ! ~# T9 R! {* l% L* L+ @“蛀牙哦武器”
    9 |& Z8 w4 c8 x) 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
    # t% S) I& F3 Y  v, m2 H9 w应该这就是为004准备的,难怪一直没听到004 的消息

    " {2 z( F9 a0 r2 M似乎看到已经有分项招标公告了。
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