太行110能上航母吗

晨枫

“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”。
- }& `8 e$ Z. Z6 a

% N4 F8 A% b! O7 @太行110重燃

- F) M1 Q: j% j' }4 u- I# j& y
; t( H4 H1 O) w7 q2 o0 P* n% k0 y已经发运了

! Z) {/ r. q$ u4 X& {3 G“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。
& C5 a, F4 a% |& \4 a
: \3 Q9 c, p+ u; ^“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 y; b8 r! u; C
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。
/ |: n; B: C( b
( x5 s, ]1 l9 ]: k, Z0 S- y! g. R% U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。

7 G" O# G2 w2 i- X  \& 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。
* d2 t, K! k- f2 J4 M7 b& b+ `0 M; o
- `5 h( w; ^2 F: V$ B) V. I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”。
4 p3 O/ N0 b: A* j
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。

; I8 @; H! N" t+ K) W" `4 g# g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”。
& x" w& \0 ^. x+ d
' F' Z+ ?8 g5 C  B  h. l7 E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。
( K( u9 e$ I: u& O9 q
# k; Y9 y( U/ |( R% _/ e
  D; f& ]2 t2 Q和“太行110”相比，UGT25000有点傻大黑粗

- n$ x+ ^( C! u+ d% h
' b5 y+ I6 i/ _* ^LM2500要细巧一点，但也没有差太多，毕竟是60年代设计的

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。
0 B3 y. I  I+ v" Z" P  @" c
“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。

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。

“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。
( c# S. f* Y  D0 i! g; J2 v6 n7 X8 u
0 w( e4 l! E' @$ T8 `0 d- T“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。

# M. Y: E4 o, o. s8 n+ b1 H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。

4 T: @, M/ q. \/ t# H" 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？
. \; s# R2 ?) N4 ^
) Y5 Q$ I/ j1 R, }7 q- [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。
1 W& y4 u! h3 j8 U" k' V# _+ N, I
0 n; b0 m5 E7 ^0 X3 f& E9 B2 g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。
2 o/ Q  u, U9 v, Z0 l4 O
" i) k6 ^* m( C. x2 Y重要的是，“太行110”提供了全新的舰船动力可能。
& a+ ]' m- s. y8 n% E
' X6 _9 i* t0 H6 b0 _7 r+ k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/ ^1 O3 l# M6 ^& H, C7 F0 u# r9 {

' N% |5 W2 y4 X4 VICR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
: ]/ ?, _) ]; m# f

+ u& r3 h( D( K0 H0 R罗尔斯-罗伊斯WR21

这样一冷一热貌似多此一举，其实不然。
) u( w2 J0 q+ M! q
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。
( `  G' s1 T" t( K1 R' }5 y8 I
3 y: V4 R5 V0 D7 w% s0 v5 l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。
( n- U, P9 F( c: P5 x1 Z! u
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。

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。

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。

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。

& x) T. F6 j) R/ e9 t. e; v$ r5 g+ H
: N4 ~2 r) A+ v! f& G2 Q6 O燃蒸联合循环

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。
, u! g( S8 k, x0 v; a2 H4 P
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。
) W, L9 C/ k' q" X& v
0 _& e* `0 ^$ u  E3 J( y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。

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。

" p- r8 H% L/ l; O7 R+ s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。
) R* j: S) m& [6 N! ]6 b4 x! g" i
! k0 z" `+ l( E. d  M1 k/ A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。
  Y% c+ s9 t9 Y  p/ ~- ^! O. O
% M+ i( x1 }" \( {# a: s8 y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？

nukearchie

应该这就是为004准备的，难怪一直没听到004 的消息

晨枫

nukearchie 发表于 2023-10-23 20:35
应该这就是为004准备的，难怪一直没听到004 的消息

# k. x/ a4 b/ ~4 P* g( C那倒不是。太行110是为发电设计的。

nukearchie

晨枫 发表于 2023-10-24 11:25
那倒不是。太行110是为发电设计的。

说都这么说

大黑蚊子

晨枫 发表于 2023-10-24 11:25
- q4 I4 n" h9 G3 Y那倒不是。太行110是为发电设计的。

所以004是全电推动？

huma

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

晨枫

大黑蚊子 发表于 2023-10-23 23:33
所以004是全电推动？

' T: x& Y" H$ ^8 m- B+ ]+ Z& Q那得005了，004估计和003一样

晨枫

huma 发表于 2023-10-24 00:36
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 ...

这太费事了，比加装电弹还要费事

pcb

“蛀牙哦武器”

pcb

“太行110” 能烧重油吗？

晨枫

pcb 发表于 2023-10-24 07:49
7 d9 B9 s7 j. l& L  o2 u3 D8 O“太行110” 能烧重油吗？

不烧重油烧什么？

# e' t, X! I8 {; ?& P工业燃气轮机都能烧重油.

晨枫

pcb 发表于 2023-10-24 07:47
“蛀牙哦武器”

6 Y( K! N$ s2 V  U4 W7 v- R: T' N就怕牙蛀的不够，还要加蛾

阿迪

nukearchie 发表于 2023-10-24 10:35
+ G" R8 ^7 |; L- h% r$ |1 E应该这就是为004准备的，难怪一直没听到004 的消息

6 V! l' g5 |( }8 I* g似乎看到已经有分项招标公告了。