Utviklingen av Aero-Derivat Gassøyler Teknologi

Påvirket av politiske, militære og økonomiske faktorer, er utviklingen av flymotor teknologi raskere enn den av gass turbine. Gass turbiner og flymotorer har en bred vifte med tekniske felleskap, og kan dele designsystemer, produksjonssystemer, talentsystemer og testsystemer. Derfor, basert på den store markedsefterspørselen og klare bruksfordelene ved gass turbiner, har det blitt en bransje konsensus å utvikle gass turbiner basert på høy ytelse, modne flymotorer og avanserte industrielle teknologier og designmetoder. Det finnes to måter å overføre flymotor teknologi til gass turbiner, som vist i figur 1: én er å rett og slett modifisere og derivere modne flymotorer for å danne aero-deriverte gass turbiner; den andre er å overføre flymotor teknologi til tunge gass turbiner og forskning og utvikling av en ny generasjon av tunge gass turbiner.

Utviklingshistorie av aero-deriverte gass turbiner

Med utviklingen av flymotor teknologi og anvendelsen av avansert sirkleteknologi har utviklingsprosessen for aero-deriverte gassrør gått gjennom en teknologisk utforskningsfase, en teknologisk utviklingsfase og en fase for anvendelse av avanserte sirkler. Dette har realisert utviklingen av aero-deriverte gassrør fra enkel modifisering til høy ytelsesnivå kjerne-motor optimaliseringsdesign, fra enkel sirkel til kompleks sirkelanvendelse, fra å arve det modne designsystemet og materialsystemet fra flymotorer til design av nye komponenter og anvendelse av nye materialer, noe som har muliggjort at designnivået, ytelsen, påliteligheten og livslengden til aero-deriverte gassrør har oppnådd betydelig utvikling.

Teknologisk utforskningsfase

I 1943 ble verden sin første aero-derivert gass turbine utviklet med suksess. Etterpå designet Rolls-Royce, GE og Pratt & Whitney den første serien av aero-deriverte gass turbiner basert på modifiserte, modne flymotorer, inkludert industriell Avon, industriell Olympus, Spey gass turbiner, LM1500 og FT4. I denne fasen var teknologien for aero-deriverte gass turbiner i en utforskingstid. Strukturen arvet direkte kjernen fra flymotorene, og utgangs effekten oppnåddes ved å tilrettelegge en passende kraftturbine; den generelle ytelsen på maskinen var ikke høy, og syklusseffektiviteten var generelt mindre enn 30%; den initielle temperaturen før turbinen var mindre enn 1000 ℃ , og forholdstallet var 4 til 10; kompressoren var generelt subsonisk; turbinebladene brukte enkel luftkjølingsteknologi; materialet som ble brukt var den initielle høytemperaturalloyen; kontrollsystemet brukte generelt en mekanisk hydraulisk eller analog elektronisk justeringssystem.

Teknologisk utviklingsfase

Med den modne applikasjonen av flymotorer, har høy ytelse og høy pålitelighet mor-maskiner og fremragende designteknologier blitt tilbudt for den rask utviklingen av aerderverte gassdriftsmotorer. Samtidig har kravene til fremragende aerderverte gassdriftsmotorer fra marinekorpset i Storbritannia, USA og andre land også gitt en bred anvendelsesarena, noe som har gjort det mulig for aerderverte gassdriftsmotorer å utvikle seg raskt og betydelig forbedre sin ytelse. En rekke aerderverte gassdriftsmotorer med god ytelse og høy pålitelighet har blitt lansert. Slik som LM2500-serien, industrielle Trent, FT4000 og MT30, osv., som brukes utfort i skipsdriveverk, kraftproduksjon og andre områder.

De varme sluttkomponentene i aero-deriverte gassøyler på teknologisk utviklingsnivå bruker vanligvis superlegemer og beskyttende overflater for å forbedre temperaturmotstand, og anvender avansert luftkjølingsteknologi og lavforurensende forbrenningsteknologi; inngangstemperaturen før turbinen når 1400 ° C, kraften kan nå 40-50MW, termisk effektivitet for enkelt enhet overstiger 40%, og kombinert sirkel-effektivitet kan nå 60%; det brukes et digitalt elektronisk kontrollsystem, og kontrollnøyaktigheten og kontrollytelsen er betydelig forbedret.

Anvend avanserte sirkler

Med hensyn på kravene om høy ytelse for aeroavledede gassmotorer, spesielt brændstofsforbruk, utgangs effekt og andre indikatorer, øker, har avanserte syklus aeroavledede gassmotorer fått bred ingeniørpraksis. Ved å legge til en mellomkjøling eller mellomkjølt varmeopptakssyklus på grunnlaget av gassmotorsyklusen, kan den utgangseffekten og den lave driftstilstandens ytelse av aeroavledede gassmotorer forbedres betydelig. For eksempel når effektnivået til LMS100-mellomkjølte gassmotorer når 100 MW og effektiviteten er så høy som 46%. Termisk effektivitet til WR21 mellomkjøling med varmeopptak gassmotor under lave driftstilstande er mye høyere enn enkeltsyklus gassmotor. Som skipskraft kilde, forbedrer det skipets økonomi og stridscirkel betraktelig.

Utgangsleddet fra fremragende syklusbaserte aeroderiverte gassøyler med bruk av mellomkjøling eller mellomkjølte varmeoppdateringsløkker har blitt sterkt forøket, og termisk effektivitet under alle driftstilstander har blitt forbedret. For eksempel kan effektnivået nå opp til 100 MW, og termisk effektivitet ved designpunktet er så høy som 46%; ytelsen under lav drift har blitt betydelig forbedret, og termisk effektivitet kan nå 40% under 50% last; mellomkjøling reduserer spesifikk effekt fra høytrykkskompressoren, og designtrykkforholdet for hele maskinen kan nå over 40.

Teknologisk utviklingsmodell

Ved å se på utviklingshistorien har aeroderiverte gassøyler tekniske utviklingsmodeller som slektskaputvikling, serieutvikling, innføring av avansert syklusteknologi og anvendelse av kombinert syklusmodus.

Slektskaputvikling

Genealogisk utvikling er utviklingen av gass turbine av forskjellige typer og effektnivåer basert på samme flymotor, noe som fullt ut speiler karakteristikken til luftfartsdrevne gass turbine: "en maskin som grunnlag, oppfyller flere brukerbehov, sparer ressurser, reduserer kostnader, utvikler flere typer og danner et spekter."

Med CF6-80C2-flymotor som eksempel, bruker LM6000-gassturbin direkte kjernen av CF6-80C2 og beholder maksimal versatilitet i den lavtrykksturbinen; LMS100 arver kjerneteknologien fra CF6-80C2, kombinerer F-klassens tunge gass turbin teknologi og mellomkjølingsteknologi, og har en effekt på 100MW; MS9001G/H bruker fullt ut den ferdige teknologien fra CF6-80C2-flymotoren, og ved å kombinere med tunge gass turbin teknologier økes temperaturen før turbinen fra 1287 ℃ til 1430 for F-klassen. ℃ , og effekten nårr 282MW. Den suksessrike utviklingen av de tre typene gassdrivere har gjort at den luftfartsbaserte utviklingen av CF6-80C2-flymotor kan oppnå "en maskin med flere typer, utvikle gassdrivere av forskjellige typer og effekter".

Serieutvikling

Serielutviklingen er å forbedre og oppgradere kontinuerlig, forbedre ytelsen og redusere utslipp på grunnlaget av en vellykket gass turbine, slik at serielutviklingen av aero-deriverte gass-turbiner kan oppnås, deriblant er LM2500-serien den mest typiske, som vist i figur 2. LM2500-gasturbinen bruker kjernen av motoren TF39/CF6-6, og endrer lavtrykks-turbinen til en kraftturbin; LM2500+-gasturbinen legger til et steg foran kompressoren til LM2500-gasturbinen for å forbedre luftmassestrømmen og utgangsytelsen; LM2500+G4 øker gass-turbinens luftstrøm ved å forbedre kompressorbladets profil og øke turbinhalsens areal basert på LM2500+, for å oppnå formålet med å forbedre utgangsytelsen kontinuerlig. Med serielutviklingen av LM2500, blir produktet kontinuerlig oppgradert og forbedret, med en effektmarg i området 20 til 35MW, og antall enheter verden over overskrider 1,000 enheter, noe som gjør det til den mest brukt modellen fram til i dag.

Grunnet vanskeligheten med utvikling og produksjon, er serielutviklingen basert på den suksessrike gassøyret en viktig teknisk utviklingsmodell for flyderiverte gassøyre, som går ut på å kontinuerlig oppgradere og forbedre, forbedre ytelsen og redusere utslipp. Serielutviklingen av flyderiverte gassøyre ligner på slektskapets utvikling, som ikke bare kan forkorte utviklingscyklen, men også sikre bedre pålitelighet og fremgang, og betydelig redusere design-, utviklings-, testing- og produseringskostnadene.

Effektivitet

Målet med effektivitetsforbedring er å kontinuerlig forbedre ytelsen til hele maskinen, spesielt den totale utgangsverdien av hele maskinen og termisk effektivitet under alle driftstilstander. De hovedsaklige metodene er følgende.

En er anvendelsen av avanserte sykluser. Anvendelsen av avanserte sykluser kan forbedre ytelsen til aeroderiverte gassøyler kontinuerlig, slik som oppvarmingsløkke, dampgenoppløsningssyklus, kjemisk rekurerasjonssyklus, vettluftsyklus, serievettluftavansert turbine-syklus og Kalina-syklus osv. Etter å ha implementert den avanserte syklusen, vil ikke bare ytelsen til enheten med aeroderiverte gassøyler forbedres, men også effekten og termisk effektivitet for hele enheten vil øke betydelig, og utslipp av stikkstoffoxider vil reduseres betydelig.

Den andre er høyeffektiv komponentdesign. Høyeffektiv komponentdesign fokuserer på høyeffektiv kompressordesign og høyeffektiv turbindesign. Høyeffektiv kompressordesign vil fortsette å overkomme de tekniske utfordringene knyttet til høy hastighet og høy effektivitet, samt lav hastighet og høy grense for surging i kompressorer. Som vist i figur 3, vil designet av turbine fortsette å utvikle seg i retning av høy effektivitet, høy temperaturmotstand og lang livstid.

Den tredje er designet av effektive luftsystemer. Teknisk utviklingsretning for effektive luftsystemer omfatter utviklingen av lavsmulings-, motstandsmodne og effektive segltingsteknologier, som bikombi-segl, tyndbladet segl, penselsegl og kombinerte segl; effektive motstandsrøddesign-teknikker for å forbedre luftstrømsytelsen, som de-swirl motstandsreduserende design og strøm-effektiv kontrollert design; avanserte pre-swirl-design-teknikker for å ytterligere forbedre pre-swirl-effektiviteten, som aerodynamisk pre-swirl-hull design og kaskade pre-swirl-hull design; usikkerhetskvantifiseringsanalysemetoder som kan forbedre robustheten og påliteligheten til luftsystemer, osv.

Konklusjon

Aero-deriverte gassrør er vidt brukt i skipsmotorer, elektrisitet, mekanisk overføring, offshore oljeplattformer, tankmotorer og distribuert energi på grunn av deres brede effekttakst, høy termisk effektivitet, gode manøvrerevner, lang levetid og høy pålitelighet. Med den rask utviklingen innen flymotor-teknologi og den kontinuerlige anvendelsen av nye design og teknologier, vil aero-deriverte gassrør utvikle seg raskt i retning av høy effektivitet, lav karbonisering, ny kvalitet og digital intelligens. Designet og produksjonsteknologien til aero-deriverte gassrør vil også gjøre store fremgang, forbedre gradvis når det gjelder økonomi, lave forurensende utslipp, pålitelighet og vedlikeholdbarhet, og anvendelsesutsikterne vil uunngåelig bli bredere.