Ontwikkeling van Aero-Derivate Gasroeriemtegnologie

Deur politieke, militêre en ekonomiese faktore beïnvloed, is die ontwikkeling van vliegtuigmotor tegnologie vinniger as dié van gasroere. Gasroere en vliegtuigmotors het 'n wye verskeidenheid tegniese gemeenskappe, en kan gedeel word in ontwerpsisteme, vervaardigingsisteme, talentisteme en toetsisteme. Daarom, gebaseer op die groot marknaamvraag en duidelike toepassingsvoordele van gasroere, is dit geword 'n bedryfsbesluit om gasroere te ontwikkel deur gebruik te maak van hoë-prestasie, volwasse vliegtuigmotors en gevorderde industriële tegnieke en ontwerpmetodes. Daar is twee maniere waarop vliegtuigmotor tegnologie oorgedra kan word na gasroere, soos in Figuur 1 getoon: een is om direk bekende vliegtuigmotors aan te pas en af te lei om aero-afgeleide gasroere te vorm; die ander is om vliegtuigmotor tegnologie na swaar gasroere te transplanteer en 'n nuwe generasie swaar gasroere te ontwikkel.

Ontwikkelingsgeskiedenis van Aero-afgeleide Gasroere

Saam met die ontwikkeling van lugvaartmotortechnologie en die toepassing van gevorderde sikletechnologie, het die tegniese ontwikkelingsproses van afgeleide lughelikturbinemotors deur die tegnologieverkenningfase, die ontwikkelingsfase van tegnologie en die fase van toepassing van gevorderde sikels gegaan, wat die ontwikkeling van afgeleide lughelikturbinemotors van eenvoudige aanpassing tot hoë-prestasie kernmotorontwerp, van eenvoudige sikels tot komplekse sikels, en van die erfenis van die volwasse ontwerpsisteem en materiaalsisteem van lugvaartmotors tot die ontwerp van nuwe komponente en die toepassing van nuwe materialen moontlik gemaak het, wat die ontwerpnivo, prestasie, betroubaarheid en lewen van afgeleide lughelikturbinemotors 'n aansienlike ontwikkeling laat bereik.

Tegnologieverkenningfase

In 1943 is die wêreld se eerste lughawe-afgeleide gasroerleninge suksesvol ontwikkel. Daarna het Rolls-Royce, GE en Pratt & Whitney die eerste groep lughawe-afgeleide gasroerleninge ontwerp gebaseer op volwasse vliegtuigmotorveranderinge, insluitend industriële Avon, industriële Olympus, Spey gasroerleninge, LM1500 en FT4. Tydens hierdie fase was die tegnologie van lughawe-afgeleide gasroerleninge in die verkenningstydperk. Die struktuur het direk die kern van die vliegtuigmotor geërve, en die uitset word bereik deur 'n geskikte kragroerlening te voeg; die algehele prestasie van die masjien was nie hoog nie, en die sikwys effektiwiteit was gewoonlik minder as 30%; die aanvanklike temperatuur voor die roerlening was minder as 1000 ℃ , en die drukverhouding was 4 tot 10; die kompresor was oor die algemeen subsonies; die turbineblaaie gebruik eenvoudige lugkoelings tegnologie; die materiaal wat gebruik is, was die aanvanklike hoëtemperatuur legering; die beheersisteem gebruik oor die algemeen 'n meganiese hidrauliese of analoog elektroniese regstelsel.

Tegnologie Ontwikkelingsfase

Met die volwasse toepassing van lughartmotors, is hoë-werkverrigting, hoë-vertrouenswaardige moedermotors en gevorderde ontwerptechnologieë verskaf vir die vinnige ontwikkeling van afgeleide lugturbo-gasmotors. Tegelykertyd bied die vraag vir gevorderde afgeleide lugturbo-gasmotors deur die marine van die Verenigde Koninkryk, die Vereenigde State en ander lande ook 'n wyd toepassingsplatform, wat gelei het tot die vinnige ontwikkeling en beduidende verbetering in prestasie van afgeleide lugturbo-gasmotors. 'n Reeks afgeleide lugturbo-gasmotors met goeie prestasie en hoë vertrouenswaardigheid is gelans. Soos die LM2500-reeks, industriële Trent, FT4000 en MT30, ens., word wydverspreid in skeepsmag, elektrisiteitsopwekking en ander velde gebruik.

Die warme einde komponente van aero-afgeleide gasstroombene in die tegnologiese ontwikkelingsfase gebruik gewoonlik superlegings en beskermende bedekings om temperatuurweerstand te verbeter, en pas gevorderde lugkoeltegnologie en la-laaiingsbrandstof-tegnologie toe; die begin temperatuur voor die turbin bereik 1400 ° C, die mag kan 40-50MW bereik, die termiese doeltreffendheid van 'n enkele eenheid oorskry 40%, en die kombinasie-siklusdoeltreffendheid kan 60% bereik; 'n digitale elektroniese beheersisteem word gebruik, en die beheerakkuraatheid en beheerprestasie word betyds verbeter.

Pas gevorderde siklusse toe

Soos die vereistes vir hoë prestasie van aeroderivate gasstroombotte, veral brandstofverbruik, uitsetmags en ander indikatore toeneem, het gevorderde siklus aeroderivate gasstroombotte wydverspreide ingenieurspraktyk verkry. Deur 'n interkoeling of intergekoelde warmterugwin-siklus by die gasstroombottesiklus toe te voeg, kan die uitsetmag en lae bedryfsvoorwaardes-prestasie van die aeroderivate gasstroombott aansienlik verbeter word. Byvoorbeeld, bereik die magvlak van die LMS100 intergekoelde gasstroombott 100MW en is die doeltreffendheid so hoog as 46%. Die termiese doeltreffendheid van die WR21 interkoeling-herwinning gasstroombott onder lae bedryfsvoorwaardes is baie hoër as dié van 'n eenvoudige siklus gasstroombott. As skeepsmag sou dit die skeep se ekonomie en gevegstraal aansienlik verbeter.

Die uitsetmag van gevorderde siklus aeroderivatiewe gasstroombotte wat interkoeling of intergekoelde hitrerugwin-siklusse gebruik, het aansienlik toegeneem, en die termiese doeltreffendheid in al die bedryfsomstandighede is verbeter. Byvoorbeeld, die magvlak kan 100MW bereik, en die termiese doeltreffendheid by die ontwerppunt is so hoog as 46%; die lae bedryfsprestasie is aansienlik verbeter, Die termiese doeltreffendheid kan onder 50% belasting 40% bereik; interkoeling verlaag die spesifieke mag van die hoëdrukkompressor, en die ontwerp-drukverhouding van die hele masjien kan hoër as 40 wees.

Tegnologiese ontwikkelingsmodel

Deur na die ontwikkelingsgeskiedenis te kyk, het aeroderivatiewe gasstroombotte tegnologiese ontwikkelingsmodelle soos stamboomontwikkeling, reeksontwikkeling, aanname van gevorderde siklus tegnologie en toepassing van kombinasiesiklusmodus.

Stamboomontwikkeling

Genealogiese ontwikkeling is die ontwikkeling van gas turbines van verskillende tipes en kragvlakke gebaseer op dieselfde lugvaartmotor, wat volkome weerspieël die kenmerke van lugvaart-afgeleide gas turbines: "een masjien as basis, voldoen aan vele gebruiksoorde, bespaar siklusse, verminder koste, lei tot verskeie tipes, en vorm 'n spektrum."

Deur die CF6-80C2-lugvaartmotor byvoorbeeld te neem, gebruik die LM6000 gas turbine direk die kernmotor van die CF6-80C2 en behou die maksimum verspeling van die lae-druk-turbine; die LMS100 erve die kernmotortechnologie van die CF6-80C2, kombineer F-klas swaar gas turbine-tegnologie en interkoeltegnologie, en het 'n krag van 100MW; die MS9001G/H gebruik volledig die bewese tegnologie van die CF6-80C2-lugvaartmotor, en deur die kombinasie met swaar gas turbine-tegnologie word die temperatuur voor die turbine verhoog van 1287 ℃ van die F-klas na 1430 ℃ , en die mag bereik 282MW. Die suksesvolle ontwikkeling van die drie tipes gasroere het die lugvaartgebaseerde ontwikkeling van die CF6-80C2-vliegtuigmotor in staat gestel om 'een masjien met verskeie tipes, ontwikkeling van verskillende tipes en magte van gasroere' te bereik.

Reeksontwikkeling

Die reeksontwikkeling is om voortdurend te verbeter en te vernieu, prestasie te verbeter en uitstoot te verminder op die grondslag van 'n suksesvolle gasroerdompel, sodat die reeksontwikkeling van afgeleide gasroerdompels bereik kan word, waarvan die LM2500-reeks die mees tipies is, soos in Figuur 2 getoon. Die LM2500 gasroerdompel gebruik die kernmotoring van die moedermotor TF39/CF6-6, en verander die lae-druk roerdompel van die moedermotor na 'n kragroerdompel; die LM2500+ gasroerdompel voeg een stadium voor die kompresor van die LM2500 gasroerdompel by, om die lugmassavloei en uitsetkrag te verbeter; die LM2500+G4 verhoog die gasroerdompel-lugvloei deur die kompresorblaaierprofiel te verbeter en die roerdompel-strotarea te verhoog op die grondslag van die LM2500+, om die doelwit van voortdurende uitsetkragverbetering te bereik. Met die reeksontwikkeling van die LM2500, word die produk voortdurend vernuut en verbeter, met 'n kragbereik van 20 tot 35MW, en die aantal toestelle wêreldwyd oorskry 1,000 eenhede, wat dit die wydste gebruikte model tot dusver maak.

As gevolg van die moeilikheid van ontwikkeling en produksie, is reeksontwikkeling gebaseer op 'n suksesvolle gasroeriem 'n belangrike tegniese ontwikkelingsmodel vir lugheling-afgeleide gasroerimes, wat bestaan uit voortdurende opgraderings en verbeterings, prestasieverbetering en emissiereduktie. Die reeksontwikkeling van lugheling-afgeleide gasroerimes is soortgelyk aan stamboomontwikkeling, wat nie net die ontwikkelingsiklus verkort nie, maar ook beter betroubaarheid en vooruitgang verseker, en beduidend die ontwerp-, ontwikkelings-, toetsings- en vervaardigingskoste verminder.

Doeltreffendheid

Die doel van doeltreffendheidsverbetering is om voortdurend die prestasie van die hele masjien te verbeter, veral die uitsetmag van die hele masjien en die termiese doeltreffendheid onder al die bedryfsomstandighede. Die hoofmaniere is as volg.

Een is die toepassing van gevorderde kroe. Die toepassing van gevorderde kroe kan voortdurend die prestasie van aeroderivatiewe gasstroombewe virbeter, soos die herwarmskroew, stoomherinvloekroew, chemiese hernuwingkroew, nat lugkroew, reeks nat lug gevorderde turbinakroew en Kalina-kroew, ens. Nadat die gevorderde kroegetoets is, sal nie net die prestasie van die aeroderivatiewe gasstroombewe-eenheid verbeter word nie, maar ook sal die mag en termiese doeltreffendheid van die hele eenheid betekenisvol verbeter word, en sal stikstofoksied-uitstoot betekenisvol verminder word.

Die tweede is hoë-effektiwiteit komponentontwerp. Hoë-effektiwiteit komponentontwerp fokus op hoë-effektiwiteit kompresorontwerp en hoë-effektiwiteit turbinontwerp. Hoë-effektiwiteit kompresorontwerp sal voortgaan om die tegniese moeilikhede van hoë spoed en hoë effektiwiteit, asook lae spoed en hoë skokgrens wat deur kompresore ondergaan word, te oorkom. Soos in Figuur 3 getoon, sal die ontwerp van turbine voortgaan om in die rigting van hoë effektiwiteit, hoë temperatuurweerstand en lange lewe te ontwikkel.

Die derde is die ontwerp van doeltreffende lugstelsels. Die tegniese ontwikkelingsrigtings van doeltreffende lugstelsels sluit in die ontwikkeling van lae-storiese, slijtbestendige en doeltreffende sigtechologieë, soos byenvormsigte, dun-bladsigte, borsel-sigte en gecombineerde sigte; doeltreffende weerstand-verminderingontwerp-tegnologieë om lugvloei-prestasie te verbeter, soos de-swirl-weerstand-vermindering-ontwerp en vloei-doeltreffende beheerbaar-ontwerp; gevorderde voor-swirl-ontwerptechnologieë om voor-swirl-effektiwiteit nader te verbeter, soos aerodinamiese voor-swirl-gaatjie-ontwerp en kaskade-voor-swirl-gaatjie-ontwerp; onsekerheid-kwantifisering-analismetodes wat die robuustheid en betroubaarheid van lugstelsels kan verbeter, ens.

Gevolgtrekking

Lugvaart-afgeleide gasroere word wydverspreid gebruik in skeepsmag, elektrisiteit, meganiese oordrag, bose olieplatforms, tankmag en verspreide energie weens hul wye magreeks, hoë termiese doeltreffendheid, goeie manewerbaarheid, lange lewe en hoë betroubaarheid. Met die vinnige ontwikkeling van lugvaartmotor-tegnologie en die voortdurende toepassing van nuwe ontwerpe en tegnologieë sal lugvaart-afgeleide gasroere vinnig ontwikkel in die rigting van hoë doeltreffendheid, lae koolstofvrysetting, nuwe kwaliteit en digitale intelligensie. Die ontwerp en vervaardigingstegnologie van lugvaart-afgeleide gasroere sal ook groot vooruitgang maak, geleidelik verbeter in terme van ekonomie, lae verontreinigende uitstoot, betroubaarheid en onderhoubaarheid, en die toepaslike uitsigte sal onvermijdelik breër wees.