Aerojärgsete gaasiturbiinide tehnoloogia areng

Mõjutatud poliitilistega, sõjalistega ja majanduslikuga teguritega, areneb lendusõrme tehnoloogia kiiremini kui kaasgasesoovritid. Kaasgasesoovrid ja lendusõrmed jagavad laialt tehnilisi ühisharuid ning neid saab jagada projekteerimissüsteemides, tootmissüsteemides, talentide süsteemides ja testisüsteemides. Seega, põhjustatud suure turu nõudluse ja ilmselgete rakendusjuhtudega kaasgasesoovrite puhul, on olnud tööstuses üldine kokkulepe arendada kaasgasesoovreid alustades kõrgedifitsentsi ja tuntud lendusõrmetest ning kasutades edasijõudnud tööstuslikke tehnoloogiasid ja projektimismeetodeid. Lendusõrme tehnoloogia ülekanne kaasgasesoovritele toimub kahe võimaliku tee kaudu, nagu näidatakse joonisel 1: üks võimalus on tuntud lendusõrmeid otse muuta ja tuletada, et moodustada lendusõrmetelt tuletatud kaasgasesoovrid; teine võimalus on lendusõrme tehnoloogiat transplanteerida rasketele kaasgasesoovritele ja arendada uue põlvkonna raskeid kaasgasesoovreid.

Lendusõrmetelt tuletatud kaasgasesoovrite arengulugu

Lennuvingutehnoloogia ja edasijõuliste tsükli tehnikate rakendamise kaasaegseks arenguga on lennuvingupärastete gaasiturbiinide tehniline areng läinud läbi kolme peamist etappi: tehnoloogia uurimisetaapi, tehnoloogia arendusetaapi ja edasijõuliste tsüklite rakendamise etapi. See on võimaldanud lennuvingupäraste gaasiturbiinide arendamise lihtsast muutmisest kättesaavale optimeeritud tugeva tuumaveoki disainini, lihtsa tsüklist keerukate tsüklite rakendamiseni ning lennuvingude kogemuse ja materjalide süsteemi põhjaliku kasutamisest uute komponentide disainimiseni ja uute materjalide rakendamiseni, mis on omakorda võimaldanud lennuvingupäraste gaasiturbiinide disaini tasemele, jõudlusele, usaldusväärsusele ja eluaja suuremat arengut.

Tehnoloogia uurimisetaap

1943. aastal arendati edukalt maailma esimene õhusoovitud gaasiturbiin. Sellest peale disainisid Rolls-Royce, GE ja Pratt & Whitney esimesed õhusoovitud gaasiturbiinid, mis põhinesid tugevdunud lennukimootorite muudatustel, sealhulgas tööstuslikul Avonil, tööstuslikul Olympuses, Spey gaasiturbiinidel, LM1500 ja FT4. Sel hetkel asus õhusoovitud gaasiturbiinide tehnoloogia uurimisperioodis. Struktuur järgnes otse lennukimootori tuumaks ning väljundvõimsus saavutati sobiva võimsuse turbini varustamise teel; masina üldine jõudlus ei olnud kõrge ja tsüklieffektiivsus oli tavaliselt vähem kui 30%; turbii enne algtemperatuur oli vähem kui 1000 ℃ , ja surve suhe oli 4 kuni 10; kompressor oli üldiselt alahülgne; turbiini lehed kasutasid lihtsat õhukülmundustehnoloogiat; kasutatud materjal oli algne kõrgtemperatuuriline ligav; juhtimissüsteem kasutas tavaliselt mehaanilist hüdraulikku või analoogelectroonilist regulatsioonisüsteemi.

Tehnoloogia arengueetap

Lennuvedade arenduse tõelise kasutamisega on kättesaadavate kõrge jõulisusega ja kõrge usaldusväärsusega emamootorite ning edasijõudnud disainitehnoloogiate tulemusena pakutud kiirelt arenevale aerotüüpi gaasmootoritele. Samal ajal on ka Ühendkuningriigi, Ameerika Ühendriikide ja teiste riikide merevägede nõudmine edasijõudnud aerotüüpi gaasmootorite poole pakkunud laia rakendustahet, mis on võimaldanud neile kiiresti arenduda ja merkusaagi parandada oma jõulisust. On välja toodud mitmeid seriale kõrge usaldusväärsusega ja hea jõulisusega aerotüüpi gaasmootoritega nagu LM2500 seriaal, tööstuslik Trent, FT4000 ja MT30, mida kasutatakse laialdaselt laevade mootorina ja elektrijaamades.

Lennuautogaasiturbineid tehnilises arendusetasmes kasutatakse tavaliselt ülemallegeemeid ja kaitsekaasi, et parandada temperatuurivastust, ning rakendatakse edasipuuventamistehnoloogiat ja madala saaste kaesatmise tehnoloogiat; turbini ees olev algtemperatuur jõudab 1400 ° C, võimsus võib jõuda 40-50MW, ühekskonna termilisefektiivsus ületab 40% ja kombiretsikli efektiivsus võib jõuda 60%; kasutatakse digitaalset elektronikjuhtimissüsteemi, mis oluliselt parandab juhtimistäpsust ja juhtimisomadusi.

Rakenda edasipuuventamiskaugused

Kui nõuded aerotüübi gaasiturbinate kõrge jõudluse poolest, eriti kütuse kulutamise, väljundvõimsuse ja muude näitajate poolest suureneda, on arenenud tsüklilised aerotüübi gaasiturbined laialdaselt praktilises kasutuses leidnud. Gaasiturbini termotsükli põhjal asetatud vahetüüri või vahetüüriga külmastamisetsükli lisamine võib tugevalt parandada aerotüübi gaasiturbini väljundvõimsust ja madalate töötingimuste jõudlust. Näiteks jõudeline taseme LMS100 vahetüüriga gaasiturbine jõudab võimsuseni 100MW ning tema toime on kuni 46%. WR21 vahetüüriga taastavkusga gaasiturbine näitab madalates töötingimustes oluliselt kõrgemat termotoimet kui lihttsükline gaasiturbine. Laevade käivitusallika kui osana parandab see märkimisväärselt laeva majanduslikku kasutamist ja sõjaväelist tegevusraadiust.

Tehnoloogiliselt edasijõudnud tsükliga aerotüübi gaasiturbiinide väljundvõimsus on suurendatud kasutades interkooleerimist või interkooleeritud külmahajutamise tsükleid, samuti on parandatud termilisest tõhusust kõiges operatsioonimoodis. Näiteks võib võimsus tasemele jõuda 100MW ning termilise tõhususe disainipunkt on kuni 46%; madalate operatsioonitingimuste jõudlus on oluliselt parandatud, termilise tõhususega, mis võib jõuda 40% alates 50% koormusest; interkooleerimine vähendab spetsiifilist jõudlust kõrge survega kompresoril ja terve masina disainipinge suhe võib jõuda üle 40.

Tehnoloogia arendusmudel

Vaadates ajaloo, on aerotüübi gaasiturbiinidel tehnilised arendusmudelid nagu sugupuu arendamine, seriale arendamine, edasijõudnud tsükli tehnoloogia kasutamine ja ühistrükimisrežiimi rakendamine.

Sugupuu arendamine

Perekonnaarendus on kaasate turbine erinevate tüüpide ja jõuveekohadega arendamine ühe ja sama lennukimootori alusel, mis täielikult kajastab lennujaamaharidud kaasate turbine omadusi: "üks masin kui alus, mitu kasutust, säästad tsükli, vähendad kulueid, toodad mitmeid tüüpe ning moodustad spektri."

Näiteks CF6-80C2 lennukimootoriga kasutab LM6000 kaasatürbiin otse CF6-80C2 tuumamootoriga ja säilitab maksimaalse mitmekesisuse madalam jõuga türbiini; LMS100 järgib CF6-80C2 tuumamootori tehnoloogiat, kombineerib F-klassi raskete kaasate turbine tehnoloogiat ja vahemaa-eeritiste tehnoloogiat ning tema võimsus on 100 MW; MS9001G/H kasutab täielikult CF6-80C2 lennukimootori tooremat tehnoloogiat ning rasketurbiinitehnoloogia abil suurendatakse türbiini ees olev temperatuur 1287 ℃ F-klassilt 1430 ℃ , ja võimsus jõuab 282MW-ni. Kolme liigi gaasiturbinate edukas arendamine on lubanud lendusidetekooritud CF6-80C2 lendusidetormiarenduse saavutada "üks masin mitmeid tüüpe, erinevate tüüpide ja võimsusega gaasiturbinate arendamine".

Sariarendus

Sarjarežiimi arendamine hõlbub pidevat uuendamist ja parandamist, toimekindluse tõstmist ja heitmete vähendamist edukal gaasiturbiinil põhjustades aero-tuumaga gaasiturbiinide sarjarežiimi arendamise, millest LM2500 sarjas on kõige typsam, nagu näidatakse joonisel 2. LM2500 gaasiturbiin kasutab ematurbiini TF39/CF6-6 tuumtuuri, muutes ematurbiini madalamatürat tuumturbiiniks; LM2500+ gaasiturbiin lisab ühe staadi LM2500 turbiini kompresori ees, et suurendada õhu massivoolu ja väljundvõimsust; LM2500+G4 suurendab gaasiturbiini õhuvoolu kompresori lehtede profiili parandamise ja turbiini kuularaumi suurendamise abil LM2500+ alusel, et saavutada pideva väljundvõimsuse parandamise eesmärk. LM2500 sarja arendamisega uuendatakse ja parandatakse toodet pidevalt, võimsuspiirkonnaga 20 kuni 35MW ning ülekaalult 1000 seadmega üle maailma, mis teeb selle praegu kõige laialdasemalt kasutatava mudeli.

Arengu ja tootmise raskuse tõttu on edukate gaasiturbiinide sariareng oluline tehniline arengumudel kaasderivaatsete gaasiturbiinide jaoks, mis hõlmab pidevat uuendamist ja parandamist, jõudluse tõstmist ja heitmete vähendamist. Kaasderivaatsete gaasiturbiinide sariarendus on sarnane sugupuuarendusele, mis ei ainult lühenda arenguküsimust, vaid tagab ka parema jõutähtsa ja eduka, samuti märkimisväärselt vähendab disainimise, arendamise, testimise ja tootmise kulueid.

Toimivus

Jõudlust parandamise eesmärk on kogu seadme jõudluse pidev parandamine, eriti kogu seadme väljundjõudlus ja termilisefektiivsus kõigis töötingimustes. Peamised viisid on järgnevad.

Üks on täiendavate tsüklite rakendamine. Täiendavate tsüklite rakendamine võib pidevalt parandada aerotüübi gaasiturbiinide jõudlust, näiteks ümberkütutava tsükli, veeparge uuestiinjecteerimise tsükli, keemilise taastatava tsükli, mõistva õhu tsükli, seriaalse mõistva õhu edasijõudva turbiini tsükli ja Kalina tsükli jne. Pärast täiendava tsükli rakendamist paraneb mitte ainult aerotüübi gaasiturbiinikomplekti jõudlus, vaid ka terve komplekti väljundvõimsus ja termojõudlus oluliselt suureneb ning hapniksüsiniku heitmed vähenevad oluliselt.

Teine on kõrge efektiivsusega komponendi disain. Kõrge efektiivsusega komponendi disain keskendub kõrge efektiivsusega suhtepindade disainile ja kõrge efektiivsusega turbiini disainile. Kõrge efektiivsusega suhtepindade disain jätkab tehniliste raskustega, mis seonduvad suurte kiirustega ja kõrge efektiivsusega ning madalate kiirustega ja suure surge piiriga, millele suhtepindad silmitsi seisavad. Nagu näidatakse joonisel 3, arendub turbiinide disain pidevalt kõrge efektiivsuse, kõrge temperatuuri terviklikkuse ja pikema elu suunas.

Kolmas on efektiivsete õhusüsteemide disain. Efektiivsete õhusüsteemide tehniline arengu suundumused hõlmavad madalate katkestuste, ausasest vastupanulise ja tõhusa segemiste teknoloogiate arendamist, nagu kärbesegemed, tiprasegemed, harissegemed ja kombinatsioonsegemed; tõhusaid õhuvoo jõudluse vähendamise tehnikaid, et parandada õhuvoo jõudlust, nagu de-swirl jõudluse vähendamise disain ja voolu kontrollitav disain; edasiarendatud eelkinkimise disainitehnoloogiaid, et veelgi parandada eelkinkimise tõhusust, nagu aerodünaamiline eelkinkimise nõrke disain ja kaaskordne eelkinkimise nõrke disain; ebakindluste kvantifitseerimise analüüsimeetodeid, mis võivad parandada õhusüsteemide jõukindlust ja usaldusväärsust jne.

Kohustuslik väljaandmine

Lennuühenditega gaasiturbiinid kasutatakse laialdaselt laevade energias, elektritootmisel, mehaanilises edastuses, mererõhpaltidel, tankerite võimsuses ja jagatud energia süsteemides, sest neil on lai võimsuskaal, kõrge termilisuse efektiivsus, hea manöövrikooskus, pikk eluiga ja kõrge usaldusväärsus. Lennukonna mootorige tehnoloogia kiire arenguga ja uute disainide ning tehnoloogiate pideva rakendamisega arenevad lennuühenditega gaasiturbiinid kiiresti suunas, mis hõlmab kõrget efektiivsust, madalat süsiniksidusust, uut kvaliteeti ja digitaalset intelligentsoome. Lennuühenditega gaasiturbiinide disainimise ja tootmise tehnoloogia teeb ka suuri edusamme, parandades järk-järgult majanduslikke näitajaid, madalate saasteheiteid, usaldusväärsust ja hooldusmahulisi omadusi, nii et rakenduskatsed muutuvad kindlasti veel laiemaks.