Aero-gazinių dvigubai naudingų turbinų technologijos kūrimas

Tikslai priklausantys nuo politinių, kariuomenės ir ekonominių veiksnių, lėktuvų variklių technologijos vystosi greičiau nei dujų turbinės. Dujų turbinės ir lėktuvų varikliai turi plačią techninių panašumų sritį, o jie gali būti bendrai naudojami projektavimo sistemose, gamybos sistemose, talentų sistemose ir bandymo sistemose. Taigi, remiantis dideliu rinkos paklausa ir akivaizdžiais taikymo pranašumais, yra pramones sutarimas, kad reikia plėtoti dujų turbinės pagrindu aukštos našumo, pažangios lėktuvų variklio technologijos ir modernius pramonės metodus bei projektavimo būdus. Yra du būdai, kaip perkelti lėktuvo variklio technologiją į dujų turbinę, kaip parodyta paveikslėlyje 1: vienas – tiesiog modifikuoti ir išvesti pažangesnius lėktuvų variklius, darydami oro išvestines dujų turbinės; kitas – transpluot lėktuvų variklio technologiją į sunkias dujų turbinas ir kurti naują kartą sunkiųjų dujų turbinų.

Oro išvestinės dujų turbinės plėtrumo istorija

Kartu su aviacijos variklių technologijų plėtra ir aukštosios ciklo technologijų taikymu, oro varomų dujų turbinų techninis plėtros procesas praejo per technologijų tyrimo etapą, technologijų plėtros etapą ir aukštosios ciklo taikymo etapą, realizavus oro varomų dujų turbinų plėtrą nuo paprastos modifikacijos iki aukštos našumo branduolinio variklio optimizacijos dizaino, nuo paprasto ciklo iki sudėtingo ciklo taikymo, nuo aviacijos variklių pažangaus dizaino sistemos ir medžiagų sistemos panaudojimo iki naujų komponentų dizaino ir naujų medžiagų taikymo, kas leido pasiekti oro varomų dujų turbinų dizaino lygį, jų našumą, patikimumą ir gyvenimo trukmę.

Technologijų tyrimo etapas

1943 m. pasaulio pirmasis oro technologijų pagrįstas dujų turbininis variklis sėkmingai buvo sukurtas. Po to, Rolls-Royce, GE ir Pratt & Whitney sukūrė pirmąjį oro technologijų pagrįstų dujų turbinių seriją, remiantis patyrusiais oro variklių modifikacijomis, įskaitant pramoninius Avon, pramoninį Olympus, Spey dujų turbinas, LM1500 ir FT4. Šiame etape oro technologijų pagrįstos dujų turbinės technologija buvo tyrinėjimo etape. Struktūra tiesiogiai paveldėjo oro variklio branduolį, o jėgainis garsas pasiektas buvo įstatant tinkamą jėgainę; mašinos bendras našumas nebuvo aukštas, o ciklo efektyvumas bendrai būdavo mažesnis nei 30%; jėgainės prieš jėgą temperatūra buvo mažesnė nei 1000 ℃ , ir slėgio santykis buvo 4 iki 10; sužadinys buvo bendrai subzvukinis; turbinos lankeliai naudojo paprastą oro šaldymo technologiją; naudotasis medžiaga buvo pradinis aukštos temperatūros lyginis; valdymo sistema bendrai naudojo mechaninę hidraulinę arba analoginę elektroninę reguliavimo sistemą.

Technologijos kūrimo etapas

Su suaugusiu aerožagarų taikymu, aukštos našumos ir aukštos patikimumo pagrindiniai gaminiai bei modernios dizaino technologijos buvo suteiktos greitam aeroderivatinių dujotvarkių vystymuisi. Tuo pačiu metu Jungtinės Karalystės, JAV ir kitų šalių jūros pajėgų poreikis moderniems aeroderivatiniams dujotvarkiams suteikė plačią taikymo areną, kurioje aeroderivatinės dujotvarkos greitai iškilo ir skaitmeniškai pagerino savo našumą. Buvo paleistos serijos aukščiai patikimos ir gerai veikiančios aeroderivatinių dujotvarkių, tokių kaip LM2500 serija, pramoninis Trentas, FT4000 ir MT30, kurios yra plačiai naudojamos laivo jėgose, elektros gamyboje ir kituose sektoriuose.

Gresinių turbinų, kurių technologinis vystymasis yra daromasis, karštos dalies komponentai paprastai naudoja superaliejus ir apsauginius sluoksnius, kad pagerintų temperatūros varžymo gebėjimus, bei taiko modernias oro šaldymo technologijas ir mažų teršalų degimo technologijas; turbinos prieš degimą temperatūra pasiekia 1400 ° C, jėga gali pasiekti 40-50 MW, vieno ciklo termodinaminis efektyvumas viršija 40 %, o jungtinis ciklas gali pasiekti 60 %; naudojamas skaitmeninis elektroninis valdymo sistemą, kurio dėka valdymo tikslumas ir charakteristika didžiai patobulėjo.

Taikyti modernius ciklus

Kai didėja reikalavimai aeroderivatinių dujotvarkių aukštos našumos, ypač kuro vartojimo, išvestinės galios ir kitoms rodikliams, sudominti ciklai aeroderivatiniai dujotvarkiniai gana plačiai taikomi inžinerijos praktikoje. Dujotvarkių šiltnamio cikle pridėtas tarpinis šaldymas arba su šiltnamio atkūrimu ciklas gali esminiu būdu pagerinti aeroderivatinių dujotvarkių išvestinę galios ir mažų veikimo sąlygų našumą. Pavyzdžiui, LMS100 su tarpiniu šaldymu dujotvarkinės galia siekia 100 MW, o efektyvumas pasiekia 46 proc. WR21 su tarpiniu šaldymu ir šiltnamio atkūrimu dujotvarkinės šiltnamio efektyvumas mažose veikimo sąlygose yra daug didesnis nei paprastajame cikle esančioje dujotvarkinėje. Kaip laivo jėga, ji labai gerina laivo ekonomiškumą ir kovos spindulį.

Išvestinės galingumo turbinės su aeroderivacijos ciklu, naudojančios tarpinių šaldymo ar šilumos atgaunimo ciklą, buvo didžiai padidintos, o termodinaminė efektyvumas visose eksploatavimo sąlygose buvo pagerintas. Pavyzdžiui, galingumas gali pasiekti 100 MW, o termodinaminė efektyvumas projektavimo taške gali būti iki 46%; mažoms eksploatavimo sąlygoms buvo didžiai pagerinta našumas, kuris gali pasiekti 40% ant 50% apkrovos; tarpinis šaldymas sumažina aukštos slėgio kompresoriaus specifinį galingumą, o visos mašinos projektuojamas slėgio santykis gali viršyti 40.

Technologijos plėtros modelis

Žiūrint į istoriją, galima pastebėti, kad oro technologijų turbinės turi technologijų plėtros modelius, tokiais kaip genties plėtra, serijinė plėtra, naujųjų ciklų technologijų pritaikymas ir jungtinio ciklo režimo naudojimas.

Genties plėtra

Genealoginis vystymasis yra skirtingų tipų ir jėgų lygių dujotvarkių kūrimas, remiantis tuo pačiu oro laivyno varikliu, kas pilnai atspindi oro išvestinių dujotvarkių savybes: „vienas aparatas kaip pagrindas, tenkantis daugeliui naudingų paskirties, taupant ciklus, mažinant išlaidas, gauti kelis tipus ir sudaryti spektrą.“

Paimdamas CF6-80C2 oro laivyno variklį pavyzdžiu, LM6000 dujotvarkė tiesiogiai naudoja CF6-80C2 branduolinį variklį ir išlaiko maksimalią verslumo paklaidą mažos jėgos turbinėje; LMS100 paveldi CF6-80C2 branduolinę technologiją, jungia F klasės sunkiosios našumos dujotvarkių technologiją ir tarpinio šaldo technologiją, o jos galia siekia 100 MW; MS9001G/H visiškai prisiima patvirtintą CF6-80C2 oro laivyno variklio technologiją ir sujungia su sunkiosios našumos dujotvarkių technologija, padidindama turbinės priešais temperatūrą iki 1287 ℃ F klasės iki 1430 ℃ , ir jėga pasiekia 282 MW. Sėkmingas trīs tipų dujotvarkių kūrimas leido lėktuvo variklio CF6-80C2 aviaciniam plėtrui pasiekti "vieną mašiną su daugybe tipų, kuri plėtoja skirtingus dujotvarkių tipus ir jėgas".

Seriinis kūrimas

Sekininis kūrimas yra nuolatinių patobulinimų ir gerinimų procesas, siekiant pagerinti našumą ir sumažinti išmetimus sėkmingo dujoturbinos pagrindu, kad būtų pasiektas aeroaplinkinių dujoturbinų sekinis kūrimas, kuriausias pavyzdį sudaro LM2500 serija, kaip parodyta 2 paveikslėlyje. LM2500 dujoturbina naudoja matynosios turbinos branduolį TF39/CF6-6 ir pakeičia matynosios turbinos žemųjų slankio turbiną jėginės turbinos; LM2500+ dujoturbina prieš LM2500 dujoturbina kompresorių prideda vieną etapą, siekiant padidinti oro masinis srautą ir išvestinę galios vertę; LM2500+G4, gerindama kompresoriaus lopų profilių ir didinant turbinos garso plotį ant LM2500+, padidina dujoturbinos oro srautą, siekdama nuolat tobulėjančios išvestinės galios tikslą. Kartu su LM2500 sekiniu kūrimu produktas yra nuolat patobuliuojamas ir gerinamas, su galios diapazonu nuo 20 iki 35 MW, o visame pasaulyje įrenginių skaičius viršija 1000 vienetų, dėl ko tai yra plačiausiai naudojamas modelis iki šiol.

Dėl kūrimo ir gamybos sudėtingumo, serijinis kūrimas, atsižvelgiant į sėkmingą dujų turbinę, yra svarbus techninis kūrimo modelis oro dujų turbinėms, kurio tikslas yra nuolat modernizuoti ir patobulinti, gerinti našumą ir sumažinti išmetimus. Oro dujų turbinių serijinis kūrimas panašus į gentinių kūrimą, kuris ne tik sutrumpina kūrimo ciklą, bet ir užtikrina geresnę patikimumą ir pažangumą, bei skaitmeniškai sumažina projektavimo, kūrimo, bandymų ir gamybos išlaidas.

Efektyvumas

Našumo pagerinimo tikslas yra nuolat tobulėjant visos mašinos našumui, ypač visos mašinos išvestiniam galimui ir terminei efektyvumui visose veikimo sąlygose. Pagrindiniai būdai yra šie.

Vienas yra sudėtingų ciklų taikymas. Sudėtingų ciklų, pvz., perkalbimo ciklo, garo suvirkimo ciklo, cheminio atkurimo ciklo, šilto oro ciklo, serijinio šilto oro gazo turbinos ciklo ir Kalinos ciklo, taikymas gali tobulinti aeroderivatinių dujų turbinaus našumą. Sudėtingų ciklų taikymas ne tik gerina aeroderivatinių dujų turbinaus bloko našumą, bet taip pat didina viso bloko galios ir termodinaminį efektyvumą bei skubiai sumažina dvideginio oksido išmetimą.

Antrasis yra aukštos naudingumo komponentų dizainas. Aukštos naudingumo komponentų dizainas koncentruojasi į aukštos naudingumo sužadinimo dizainą ir aukštos naudingumo turbinos dizainą. Aukštos naudingumo sužadinimo dizainas toliau įveiks techninius sunkumus, susijusius su aukštais greičiais ir aukšta naudinguma bei žemais greičiais ir aukštais sužadinimo ribų masteliais, su kuriomis susiduria sužadinimai. Kaip parodyta 3-joje paveikslėlyje, turbinų dizainas toliau vystysis link aukštos naudingumo, aukštos temperatūros varžymo ir ilgosios trukmės.

Trečiasis yra efektyvių oro sistemų dizainas. Efektyvių oro sistemų techninio vystymosi kryptys apima mažos triukšmės, lavinimo atsparių ir efektyvių sigliavimo technologijų kūrimą, pvz., šilkinėlio siglai, plonų lapelių siglai, šluostelės siglai ir kombinuoti siglai; efektyvios trinties sumažinimo dizaino technologijos, skirtos pagerinti oro srauto našumą, pvz., sukimosi sumažinimo trinties sumažinimo dizainas ir srauto efektyviai valdomas dizainas; pažangios ankstyvojo sukimo dizaino technologijos, skirtos toliau pagerinti ankstyvojo sukimo efektyvumą, pvz., aerodinaminis ankstyvojo sukimo skylės dizainas ir kaskadų ankstyvojo sukimo skylės dizainas; neapibrėžtumo kvantifikavimo analizės metodus, kurie gali padidinti oro sistemų tvarumą ir patikimumą ir kt.

Išvada

Gazo turbinos, pagamintos remiantis oro technologijomis, yra plačiai naudojamos laivų jėgose, elektros gamyboje, mechaninėje transmisijoje, jūrų naftos platformose, tankų jėgos ir skirstomojoje energijoje dėl jų ploties galių intervalo, aukštos šiluminės efektyvumo, geros valdymo gebėjimo, ilgo dienos ir aukšto patikimumo. Su oro variklių technologijų greitu vystymusi ir naujų dizainų bei technologijų nuolatiniu taikymu, gazo turbinos, pagamintos remiantis oro technologijomis, greitai vystysios link aukštos efektyvumo, mažesnio anglies paauglysio, naujos kokybės ir skaitmeninio intelekto link. Gazo turbinaų, pagamintų remiantis oro technologijomis, dizaino ir gamybos technologijos taip pat padarys didelius pažangus, pastoviai tobulėdamos ekonomiškumo, mažesnių teršalų išmetimų, patikimumo ir priežiūros srityse, o jų taikymo perspektyvos neabejotinai bus plačiau.