Dijejaskan oleh faktor politik, ketenteraan dan ekonomi, perkembangan teknologi enjin pesawat lebih pantas berbanding turbin gas. Turbin gas dan enjin pesawat mempunyai pelbagai persamaan teknikal, dan boleh dikongsi dalam sistem reka bentuk, sistem pembuatan, sistem bakat dan sistem ujian. Oleh itu, berdasarkan permintaan pasaran yang besar dan kelebihan aplikasi yang jelas bagi turbin gas, ia telah menjadi konsensus industri untuk membangunkan turbin gas berdasarkan prestasi tinggi, enjin pesawat matang dan teknologi perindustrian termaju dan kaedah reka bentuk. Terdapat dua cara untuk memindahkan teknologi enjin pesawat kepada turbin gas, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1: satu ialah mengubah suai secara langsung dan memperoleh enjin pesawat matang untuk membentuk turbin gas terbitan aero; yang lain ialah memindahkan teknologi enjin pesawat kepada turbin gas tugas berat dan menyelidik serta membangunkan turbin gas tugas berat generasi baharu.
Sejarah Pembangunan Turbin Gas Aero-derivatif
Seiring dengan pembangunan teknologi enjin penerbangan dan aplikasi teknologi kitaran lanjutan, proses pembangunan teknikal turbin gas aero-derivatif telah melalui peringkat penerokaan teknologi, peringkat pembangunan teknologi dan peringkat aplikasi kitaran lanjutan, merealisasikan pembangunan aero-derivatif. turbin gas daripada pengubahsuaian mudah kepada reka bentuk pengoptimuman enjin teras berprestasi tinggi, daripada kitaran mudah kepada aplikasi kitaran kompleks, daripada mewarisi sistem reka bentuk matang dan sistem bahan enjin penerbangan kepada reka bentuk komponen baharu dan penggunaan bahan baharu, yang telah membolehkan tahap reka bentuk, prestasi, kebolehpercayaan dan hayat turbin gas terbitan aero untuk mencapai pembangunan yang besar.
Peringkat penerokaan teknologi
Pada tahun 1943, turbin gas aero-derivatif pertama di dunia telah berjaya dibangunkan. Selepas itu, Rolls-Royce, GE dan Pratt & Whitney mereka bentuk kumpulan pertama turbin gas terbitan aero berdasarkan pengubahsuaian enjin pesawat matang, termasuk Avon industri, Olympus industri, turbin gas Spey, LM1500 dan FT4. Pada peringkat ini, teknologi turbin gas terbitan aero berada dalam tempoh penerokaan. Struktur itu secara langsung mewarisi teras enjin pesawat, dan kuasa keluaran dicapai dengan melengkapkan turbin kuasa yang sesuai; prestasi keseluruhan mesin tidak tinggi, dan kecekapan kitaran secara amnya kurang daripada 30%; suhu awal sebelum turbin adalah kurang daripada 1000 darjah, dan nisbah tekanan ialah 4 hingga 10; pemampat biasanya subsonik; bilah turbin menggunakan teknologi penyejukan udara mudah; bahan yang digunakan ialah aloi suhu tinggi awal; sistem kawalan biasanya menggunakan sistem pelarasan hidraulik mekanikal atau elektronik analog.
Peringkat Pembangunan Teknologi
Dengan aplikasi aeroengine yang matang, mesin induk berprestasi tinggi, kebolehpercayaan tinggi dan teknologi reka bentuk termaju telah disediakan untuk pembangunan pesat turbin gas aeroderivatif. Pada masa yang sama, permintaan untuk turbin gas aeroderivatif termaju oleh tentera laut United Kingdom, Amerika Syarikat dan negara-negara lain juga telah menyediakan peringkat aplikasi yang luas, yang membolehkan turbin gas aeroderivatif berkembang pesat dan meningkatkan prestasinya dengan ketara. Satu siri turbin gas aeroderivatif dengan prestasi yang baik dan kebolehpercayaan yang tinggi telah dilancarkan. . Seperti siri LM2500, Trent perindustrian, FT4000 dan MT30, dan lain-lain, digunakan secara meluas dalam kuasa kapal, penjanaan kuasa dan bidang lain.
Komponen hujung panas turbin gas aero-derivatif dalam peringkat pembangunan teknologi umumnya menggunakan aloi super dan salutan pelindung untuk meningkatkan rintangan suhu, dan menggunakan teknologi penyejukan udara termaju dan teknologi pembakaran rendah pencemaran; suhu awal sebelum turbin mencapai 1400 darjah , kuasa boleh mencapai 40-50MW, kecekapan haba satu unit melebihi 40%, dan kecekapan kitaran gabungan boleh mencapai 60%; sistem kawalan elektronik digital digunakan, dan ketepatan kawalan serta prestasi kawalan dipertingkatkan dengan ketara.
Gunakan kitaran lanjutan
Memandangkan keperluan untuk prestasi tinggi turbin gas aeroderivatif, terutamanya penggunaan bahan api, kuasa keluaran dan penunjuk lain, peningkatan, turbin gas aeroderivatif kitaran lanjutan telah mendapat amalan kejuruteraan yang meluas. Menambah kitaran pemulihan haba intercooling atau intercooled berdasarkan kitaran haba turbin gas boleh meningkatkan dengan ketara kuasa output dan prestasi keadaan operasi rendah turbin gas aeroderivatif. Sebagai contoh, tahap kuasa turbin gas intercooled LMS100 mencapai 100MW dan kecekapan adalah setinggi 46%. Kecekapan terma turbin gas pemulihan antara penyejukan WR21 pada keadaan operasi rendah jauh lebih tinggi daripada turbin gas kitaran mudah. Sebagai kuasa kapal, ia meningkatkan ekonomi kapal dan radius pertempuran.
Kuasa keluaran turbin gas aeroderivatif kitaran lanjutan menggunakan kitaran pemulihan haba antara penyejukan atau penyejukan telah meningkat dengan banyak, dan kecekapan terma dalam semua keadaan operasi telah dipertingkatkan. Sebagai contoh, tahap kuasa boleh mencapai 100MW, dan kecekapan terma pada titik reka bentuk adalah setinggi 46%; prestasi keadaan operasi yang rendah telah bertambah baik dengan ketara, Kecekapan haba boleh mencapai 40% di bawah beban 50%; intercooling mengurangkan kuasa khusus pemampat tekanan tinggi, dan nisbah tekanan reka bentuk keseluruhan mesin boleh mencapai lebih daripada 40.
Model pembangunan teknologi
Melihat kepada sejarah pembangunan, turbin gas terbitan aero mempunyai model pembangunan teknikal seperti pembangunan silsilah, pembangunan bersiri, penggunaan teknologi kitaran termaju dan penggunaan mod kitaran gabungan.
Perkembangan genealogi
Pembangunan genealogi ialah pembangunan turbin gas pelbagai jenis dan tahap kuasa berdasarkan enjin pesawat yang sama, yang mencerminkan sepenuhnya ciri-ciri turbin gas terbitan penerbangan: "satu mesin sebagai asas, memenuhi pelbagai kegunaan, menjimatkan kitaran, mengurangkan kos, memperoleh pelbagai jenis, dan membentuk spektrum."
Mengambil contoh enjin pesawat CF6-80C2, turbin gas LM6000 secara langsung menggunakan enjin teras CF6-80C2 dan mengekalkan fleksibiliti maksimum turbin tekanan rendah; LMS100 mewarisi teknologi enjin teras CF6-80C2, menggabungkan teknologi turbin gas tugas berat kelas F dan teknologi intercooling, dan mempunyai kuasa 100MW; MS9001G/H mengguna pakai sepenuhnya teknologi matang enjin pesawat CF6-80C2, dan melalui gabungan dengan teknologi turbin gas tugas berat, suhu sebelum turbin dinaikkan daripada 1287 darjah kelas F kepada 1430 darjah, dan kuasa mencapai 282MW. Kejayaan pembangunan tiga jenis turbin gas telah membolehkan pembangunan berasaskan penerbangan bagi enjin pesawat CF6-80C2 untuk mencapai "satu mesin dengan pelbagai jenis, membangunkan turbin gas pelbagai jenis dan kuasa".
Pembangunan siri
Pembangunan bersiri adalah untuk terus menaik taraf dan menambah baik, meningkatkan prestasi dan mengurangkan pelepasan berdasarkan turbin gas yang berjaya, untuk mencapai pembangunan bersiri turbin gas aero-derivatif, antaranya siri LM2500 adalah yang paling tipikal, seperti yang ditunjukkan. dalam Rajah 2. Turbin gas LM2500 menggunakan enjin teras enjin induk TF39/CF6-6 dan menukar turbin tekanan rendah bagi enjin induk kepada turbin kuasa; turbin gas LM2500+ menambah satu peringkat di hadapan pemampat turbin gas LM2500, supaya dapat meningkatkan aliran jisim udara dan kuasa keluaran; LM2500+G4 meningkatkan kadar aliran udara turbin gas dengan menambah baik profil bilah pemampat dan meningkatkan kawasan tekak turbin berdasarkan LM2500+, supaya mencapai tujuan menambah baik output secara berterusan kuasa. Dengan pembangunan bersiri LM2500, produk ini terus ditingkatkan dan dipertingkatkan, dengan julat kuasa 20 hingga 35MW, dan bilangan peralatan di seluruh dunia melebihi 1,000 unit, menjadikannya model yang paling banyak digunakan setakat ini .
Disebabkan kesukaran pembangunan dan pengeluaran, pembangunan bersiri berdasarkan turbin gas yang berjaya merupakan model pembangunan teknikal yang penting untuk turbin gas aero-derivatif, iaitu untuk terus menaik taraf dan menambah baik, meningkatkan prestasi dan mengurangkan pelepasan. Pembangunan bersiri turbin gas aero-derivatif adalah serupa dengan pembangunan pedigree, yang bukan sahaja dapat memendekkan kitaran pembangunan, tetapi juga memastikan kebolehpercayaan dan kemajuan yang lebih baik, dan dengan ketara mengurangkan kos reka bentuk, pembangunan, ujian dan pembuatan.
Kecekapan
Matlamat peningkatan kecekapan adalah untuk terus meningkatkan prestasi keseluruhan mesin, terutamanya kuasa keluaran keseluruhan mesin dan kecekapan haba di bawah semua keadaan operasi. Cara-cara utama adalah seperti berikut.
Salah satunya ialah penerapan kitaran lanjutan. Penggunaan kitaran lanjutan boleh terus meningkatkan prestasi turbin gas aeroderivatif, seperti kitaran panaskan semula, kitaran penyuntik semula wap, kitaran pemulihan kimia, kitaran udara basah, siri kitaran turbin lanjutan udara basah dan kitaran Kalina, dsb. Selepas menggunakan kitaran lanjutan, bukan sahaja prestasi unit turbin gas aeroderivatif akan dipertingkatkan, tetapi kuasa dan kecekapan terma keseluruhan unit juga akan meningkat dengan ketara. bertambah baik, dan pelepasan nitrogen oksida akan dikurangkan dengan ketara.
Yang kedua ialah reka bentuk komponen kecekapan tinggi. Reka bentuk komponen kecekapan tinggi memberi tumpuan kepada reka bentuk pemampat kecekapan tinggi dan reka bentuk turbin kecekapan tinggi. Reka bentuk pemampat kecekapan tinggi akan terus mengatasi kesukaran teknikal kelajuan tinggi dan kecekapan tinggi dan kelajuan rendah dan sempadan lonjakan tinggi yang dihadapi oleh pemampat. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, reka bentuk turbin akan terus berkembang ke arah kecekapan tinggi, rintangan suhu tinggi dan jangka hayat yang panjang.
