2014年05月21日

中国燃气轮机攻克这项技术难关 提升军舰战力!

  近日有消息说国内相关单位已经攻克了大中型燃气轮机间冷系统关键技术,研制成功燃气轮机紧凑高效间冷器,为国产燃气轮机提高效率打下了坚实的基础。

  我们知道燃气轮机优点就是体积小、功率大、安静性能好,已经成为现代水面舰艇主要动力系统,不过现在使用的燃气轮机还处于简单循环阶段,也就是说空气经过燃烧室加热之后直接带动推进系统,因此燃气轮机热效率较低,尤其在中低速之下,所以有些水面舰艇在中低速度下采用柴油机作为动力系统。

  为了改善燃气轮机热效率,人们想出了多种办法,其中一个就是间冷器,燃气轮机从原理上来讲属于热机,能量于空气受热膨胀,因此燃气轮机能量一个衡量标准就是进出燃烧室空气温度差,提高这个温度差最直接办法就是增加燃烧室温度,但是燃烧室、高压涡轮耐受温度也是有限制,所以燃气温度不能无限制提高,在这种情况下,人们反其道而行之,降低进入燃烧室空气温度,这样就可以不增加燃烧室本身温度的情况下,提高燃烧室两侧空气温度差,这就是间冷器工作原理。

  从相关资料来看,间冷器一般安装在低压压气机和高压压气机之间,也就是空气经过低压压气机之后,经过间冷器再进入高压压气机,中冷器降低了空气进入高压压气机时的温度,高压压气机的压缩耗功因此减少,整个机组的比功率得到提高。

  同时,由于中冷器的使用,高压压气机的出口温度也相应降低,这样就增加了燃烧室两侧空气温度之差,提高了燃气轮机效率。不过研制高效率、紧凑型间冷器是这个技术领域的关键,间冷器难题在于不能对空气流动造成太大阻碍,还要进行高效率热交换,处理不好反而会影响燃气轮机效率,水面舰艇上面运用对于设备体积和重量也有一定限制,另外系统工作环境也比较严酷,对于可靠性要求较高,所以研制难度非常大,国内相关单位经过努力,克服了通道形式、结构设计、芯体优化、整体成型等一系列从设计到优化、从理论到工艺的技术难关,研制成功新型高效间冷模块,完成了全温全工况全压力测试,取得了比较优秀的成绩,为国产燃气轮机提高性能打下了坚实的基础。

  需要指出的是单纯凭借间冷器并不能完全改变燃气轮机热效率较低的问题,还需要回热器进一步增加燃气轮机热效率,前面说过燃气轮机能量只有一小部分用于推进,大部分实际上都流失掉了,回热器负责把这些热量再收集起来,送回燃烧室,这样就可以降低燃料需要,从而改变燃气轮机效率不高的问题,在这种情况下,燃气轮机热量循环变得更加复杂,因此采用间冷回热燃气轮机也被称为复杂循环燃气轮机,我们最为熟悉的复杂循环燃气轮机就是WR21燃气轮机,它就是通过采用间冷回热等技术手段,成功提高热效率,改善燃气轮机经济性能。

  中国相关单位除了在间冷器,也在回热器领域取得了技术突破,所以国产复杂循环燃气轮机出现可谓指日可待,国产水面舰艇作战能力将会得到进一步提高。