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汽轮机与燃气轮机的应用与发展
wusaite 2020-9-14 14:43
汽轮机与燃气轮机的应用与发展 伍赛特 1 汽轮机及其应用 汽轮机 Csteam turbine ）是一种旋转式的动力机械，将蒸汽的热能转换为机械能，广泛应用于火力发电厂、核电厂、舰船、化工、冶金和交通运输等重要领域，具有运行平稳、单机功率大、效率高、使用寿命长等优点。 现代汽轮机技术以大容量、高参数作为主要发展方向。经过几十年的发展，超临界技术日臻成熟，在经济发达国家中广泛应用并取得了显著效果。我国通过引进、消化国外技术，目前几大汽轮机厂也已具备超临界和超超临界汽轮机设计与制造能力，超临界以上机组已成为我国火力发电行业的主力机组。 2 汽轮机未来发展与现存主要问题 由于汽轮机的容量和参数并不是可以无限制的提高，在大型化过程中依旧面临着一些重要技术问题。 2.1 部件材料 随着现代汽轮机的发展，对工作部件材料的力学性能、结构性能和热力学性能等要求越来越高。根据热力学原理，在材料性能允许的前提下，应尽可能提高汽轮机的进汽参数，特别是提高蒸汽温度。但是，随着蒸汽温度的提高，所用材料的热力性能和许用应力下降，汽轮机的承压部件和转动部件的强度降低。汽轮机组的厚截面部件，如汽缸、转子、喷嘴室及阀壳等，在启停过程、参与电网调峰运行或负荷快速变化过程中都存在很大的温度梯度，产生过大的热应力而引起低周疲劳等问题，特别是末级叶片等转动部件还需承受离心应力，严重影响着这些部件的使用寿命。因此，为满足更高进汽参数汽轮机的需要，必须不断研发在高温下具有更高机械强度的新材料。 2.2 蒸汽激振 超临界汽轮机由于主蒸汽参数的增加，会导致主蒸汽密度大幅提高，高压转子因蒸汽的作用易发生汽流激振，使得轴系稳定性变差，甚至诱发转子失稳。研究结果表明，汽流激振力来自动叶片叶顶间隙激振力、汽封蒸汽激振力和作用在转子上的静态蒸汽力等三个方面。这三类蒸汽激振力是目前国内外公认的超临界机组轴系动力学研究中的重点问题。根据蒸汽激振的形成机理，要消除和减少超临界参数汽轮机蒸汽激振故障，原则上应从增加高压转子的临界转数和刚度、增大系统阻尼和减小蒸汽激振力等方面着手。 2.3 轴系稳定性 轴系稳定性直接关系到汽轮机组运行的安全性和设备的可靠性。随着超临界机组容量的增加，汽轮机的汽缸数增加，单跨转子的直径、长度和质量也相应增加，使机组轴系的总长度增加，对轴系运行稳定性的要求也日益提高，需要引起重视。 3 燃气轮机及其应用 燃气轮机（ gas turbine ） 作为一种先进而复杂的成套动力机械设备，在能源电力、航空航天、舰船、汽车等与国计民生密切相关的领域得到了广泛应用。 3.1 发电、供热 燃气轮机在工业领域中一个主要利用途径是用于发电、供热。简单的燃气轮机循环发电系统由燃气轮机和发电机构成，具有装机快、起停灵活的特点，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。为了回收燃气轮机排出的高温乏气的余热，在简单循环发电系统基础上，在涡轮排气扩压器出口安装了余热锅炉，回收乏气的余热用于产生蒸汽或热水 : 热水主要用于供暖，实现热电联产 ; 若产品为蒸汽，一方面可注入蒸汽轮机，实现前文所述的燃气 - 蒸汽联合循环发电系统，也可以将部分蒸汽回注入燃气轮机以提高燃气轮机出力和效率。国际四大燃气轮机公司（日本三菱、德国 Siemens 、美国 GE 和法国 Alstom ）不断开发出更加先进的燃气轮机产品，简单循环发电效率已超过 40% ，采取热电联产等复杂循环系统，循环发电效率则已超过了 60% 。 随着燃气轮机向高参数、大型化发展的同时，也在向着小型化、微型化以及超微型方向发展，进一步拓宽应用领域。功率为数百千瓦及以下的燃气轮机早在 20 世纪 40 ～ 60 年代就已存在，但由于其发电效率低，长期以来一直由内燃发电机组占领着小型发电机组市场。随着科学技术的不断发展，微型燃气轮机技术有了质的飞跃发展 : 利用高效回热器替代常规回热器 ; 实现高速交流发电机与燃气轮机同轴工作 ; 结构设计和加工制造工艺日益先进。受益于这些先进技术的应用，微型燃气轮机的发电效率已提高至与小型柴油发电机相当，尺寸和重量却为柴油机的 1/3 ，并且还具有移动性能好、维护费用低、寿命长等优点，在分布式能源系统、军事装备、燃料电池联合发电系统等得到了应用。 3.2 舰船动力 由于燃气轮机具有结构紧凑、重量轻、振动小、操作灵活等优点，非常符合船舰对动力的需求，因此已在多种舰艇和商船上得到重用，如瑞土斯坦纳航运公司三艘 HSS1500 大型高速渡船、美国皇家加勒比航运公司六艘“卓越”级和“黄金时代”级旅游船、英国 45 型驱逐舰和“伊丽莎白女皇”航母等。在将来，船用燃气轮机的发展重点是大功率船用燃气轮机，其次是小功率船用燃气轮机。船用燃气轮机是未来 10 ～ 15 年各国海军采用的主要机型，新型机型与综合电力推进系统相结合的特点将会更加突出。 3.3 航空动力 航空用动力装置分为空气喷气式发动机和逐步被取代的活塞式发动机两种工业和船舰所用燃气轮机的发展历史，都是以空气喷气式发动机技术为基础发展而来的。船舰和工业发电所用轻型燃气轮机是由成熟的航空发动机改型研制而成，功率在 50 MW 以内 ; 而发电厂、航母等所用到的重型燃气轮机也以航空发动机为基础，但改动较大。在航空领域，发动机所提供的动力主要为飞行器提供向前的推进力和向上的提升力，但由于飞行器类型不同，因此对发动机性能的要求是不样的。例如，战斗机所用发动机以性能先进为首要目标，要求质量轻、推力大、工作状态变化快且范围宽，能够为飞机提供各种速度和姿态下所需的动力 ; 民航客机则往往不追求发动机性能的绝对先进，更加注重发动机的安全性和经济性，要求耗油低、寿命长、维护成本低等。由此，航空发动机可分为喷气式发动机、风扇式发动机、螺旋桨式发动机和涡轮轴发动机等多种类型。 4 燃气轮机未来发展与现存主要问题 燃气轮机作为一种先进而复杂的动力机械装备，集成了多学科、多领域的先进成果，是国家科学技术水平的重要标志之一，具有重要的战略地位。随着社会的发展和科学技术的不断进步，燃气轮机技术将会得到更大的发展和更广泛的应用，而高效率、低能耗、低污染、高可靠性等性能参数依然是燃气轮机未来发展追求的性能目标。 4.1 初温提高与耐热技术 涡轮叶片能够承受温度的不断提高将会大幅提高燃气轮机的效率。为此，一方面可通过研发与应用高温合金材料、耐高温涂层以增强热端部件的耐热能力，另外一方面是开发先进的热端冷却技术以对部件进行热防护。 4.2 结构设计与制造技术 燃气轮机的制造是一项技术含量非常高的加工技术。由于涡轮中叶片的工作环境温度高、受力复杂，是燃气轮机制造的核心与关键，其型面的优化设计与精细加工将直接关系到燃气轮机的性能和安全性。 4.3 燃烧污染物控制技术 NO x 在燃料燃烧过程中的形成机理有热力型、燃料型和快速型三种。燃气轮机中 NO x 的形成主要来自于热力型，为空气中氮气和氧气在高温环境下反应生成，并且当燃烧温度超过 1500 ℃后，热力型 NO x 呈现快速增加趋势。因此，燃烧温度是导致 NO x 形成的重要因素。提高初温虽然可以提高燃气轮机的效率，但会导致热力型 NO x 大量产生，从而不得不采取先进的技术控制 NO x 的排放，如贫燃预混燃烧技术、分级燃烧技术、湿化燃烧技术和催化燃烧技术等。 4.4 重型与微型燃气轮机发电技术 我国的能源结构以煤为主。煤燃烧产生的污染物（ NO x 、颗粒物等）成为我国大气污染物的主要来源，该状况在未来很长的一段时期很难改变。在改进煤燃烧技术的同时，调整我国能源结构，选用清洁的天然气资源，应用于燃气轮机及其联合循环发电机组，可以很好地解决煤燃烧带来的环境污染问题。重型燃气轮机和小型、微型燃气轮机是燃气轮机技术未来应用于发电领域的重要发展方向。重型燃气轮机应用于发电厂，实现集中供电、供热，而作为补充的分布式能源将会更多地采用小型、微型燃气轮机技术，使得发电与用户离得更近。 参考文献 伍赛特 . 微型燃气轮机技术特点研究及其应用于分布式发电领域的前景展望 . 通信电源技术 ,2019,36(06):45-48. 伍赛特 . 航改燃气轮机技术特点研究及应用前景展望 . 自动化应用 ,2019(07):127-130. 伍赛特 . 船用燃气轮机动力装置技术特点研究及发展趋势展望 . 交通节能与环保 ,2020,16(02):26-28+46. 闻雪友 , 肖东明 . 现代舰船燃气轮机发展趋势分析 . 舰船科学技术 ,2010,32(08):3-6+19. 刘霞 . 超超临界汽轮机中压转子轴径堆焊试验研究 . 上海交通大学 ,2007. 马丽娜 . 微型燃气轮机 C30 气体排放实验研究 . 中国矿业大学 ,2014. 赵豫 , 于尔铿 . 新型分散式发电装置——微型燃气轮机 . 电网技术 ,2004(04):47-50. 韩少冰 , 钟兢军 . 燃气轮机在商船上的应用及其技术发展趋势 . 中国航海 ,2011,34(02):35-40+45.
个人分类: 科普集锦|9253 次阅读|0 个评论
舰船动力系统发展趋势展望
wusaite 2019-8-25 10:53
舰船动力系统发展趋势展望 伍赛特 1 舰船柴油机领域 舰船柴油机技术在当前的发展主要表现在以下几个方面： （ 1 ）现代设计理论和方法在舰船柴油机上的应用。 （ 2 ）现代测试技术、新材料（如钛合金、碳纤维和耐高温耐磨陶瓷等）在柴油机上的应用。 （ 3 ）其他工业技术领域（航空、宇航和汽车等）已成功应用的新技术移植到舰船柴油机上。 （ 4 ）机电一体化技术在工业领域中的广泛应用，电子元器件可靠性的提高，将会加速电子调速器、电子喷射、可调进排气正时、可调式增压器等新技术在舰船柴油机上的应用。 （ 5 ）高速大功率舰船用柴油机的发展重点是提高可靠性和使用寿命、降低成本、降低油耗、改善低工况性能、降低排放、增加柴油机的适应性、简化维修和提高自动化水平。 舰船柴油机技术发展的基本趋势是：不但提高平均有效压力、提高单机功率、减少比重量和体积，尽可能降低各种工况下的燃油消耗率、降低 NO 及烟度，采用高压共轨或其他电喷供油系统、采用相继增压、低负荷用进排气旁通、高负荷用放废气等技术实现柴油机的全工况优化以及电子监控系统集成智能化。 2 蒸汽推进策统和联合推进统领域 我国海军在大中型驱逐舰上，多采用蒸汽推进系统和联合推进系统。由于舰船蒸汽推进系统的发展受到舰船柴油机和燃气轮机发展的影响，蒸汽动力在中小型舰船上的应用日益减少，但由于常规蒸汽动力具有功率大，寿命长和造价低等其他推进系统所不及的优点，因此其在大中型舰船和航空母舰上将被继续采用，并占有重要的位置。 3 舰船燃气轮机的展望 （ 1 ）海军大中型水面舰船推进动力的燃气轮机化趋势越来越明显，渐成不可逆转之势。 （ 2 ）舰船燃气轮机将继续奉行¨航空派生”为主的政策。 （ 3 ）现在简单开式循环燃气轮机已得到充分的发展。民航发动机的压比已从低于 12 提高到 30 左右，燃气初温也从 1 200 ℃增加到 1 600 ℃左右，近期内将可达到 1 700 ℃，考虑到航空改装的船用燃气轮机的初温一般比相应航空发动机的初温低 70 ～ 100 ℃，故近期内，预期会出现以燃气初温 1 600 ～ 1 650 ℃、压比约 35 运行的由航空改装的船用燃气轮机。此时发动机最大连续功率的耗油率约为 120 g/ （ kW · h ），比功约为 325 kW/ （ kg/s ），使较大功率的燃气轮机的耗油率至少在全功率下接近甚至低于目前高速柴油机的水平。 舰用燃气轮机的发展将围绕着提高功率、降低油耗（最大和部分工况）、更大的比功、低的排放指标、减少尺寸和重量，以及提高可靠性与可维性进行。 （ 4 ）发展燃气轮机装舰技术日趋重要。 4 综合电力推进系统领域 随着超导技术、电子技术和整个工业技术水平的发展，可以预料综合电力推进系统将会在今后的大中型军用与民用舰船上有较大的发展。美、英、法等国海军都相继制订了开发水面舰船综合电力推进计划，瓦锡兰等公司也在大力研究开发这项新技术。 5 常规潜艇动力系统领域 目前我国常规潜艇动力系统存在直接推进和电力推进两种形式。从世界常规潜艇发展趋势来看，电力推进已取代了直接推进的方式。从 20 世纪 80 年代开始，常规潜艇在延长水下经航时间、提高推进效率和采用新型推进器等方面有了很大的进展。常规潜艇动力系统的发展主要在以下几个方面。 5.1 加装AIP系统 常规潜艇加装 AP 系统是其发展趋势，西方许多国家竞相研究开发 AIP 系统就说明了这点。由于各个国家的潜艇活动区域不同，技术水平、拥有的产品专利各异，以及对常规潜艇的任务需求也不一样，因此形成了世界上常规潜艇 AIP 系统百花齐放的局面。但是随着时间的推移以及对 AIP 系统的深人研究，现在形势比较明朗，在众多的 A 系统系统中，热气机、小型核动力推进系统和燃料电池三种 AP 系统脱颖而岀，均已达到了实艇应用阶段，取得了预期的效果。其中热气机 AIP 系统在瑞典皇家海军的潜艇上已经服役了相当长一段时间，并向许多国家出口了该系统，是惟一在役的常规潜艇 AIP 系统。 热气机（ SE ）的热力循环方式是斯特林循环，因此也称为斯特林发动机。其工作特点是工质不与外界环境交流，形成闭式循环，振动和噪声小；低工况扭矩特性好；在整个负荷和转速范围内，热效率变化率比柴油机小；与柴油机相比，其由冷却水带走的热量大一倍，由排气带走的热量却很小；启动性能较差。 燃料电池（ FC ）是将燃料中的化学能直接转变成电能的一种特殊动力转换方式。从其最初实验至今已有一百多年历史，直到 20 世纪 60 年代才取得突破性进展，目前已在宇宙飞船、深潜器、航标灯和无人声纳站等领域得到应用。燃料电池具有热功转换效率高、几乎无噪声声隐蔽性好、排温低——红外隐蔽性好、排放无污染—一光隐蔽好、易于布置和安装、维护保养简单方便等优点，所以在舰船上有着广阔的应用前景。 燃料电池是缩短常规动力潜艇和核动力潜艇之间技术差距的有效途径之一，美国、德国、意大利、荷兰和日本等国正在进行这方面的技术开发工作，其中主要是美、德等国，美国以磷酸型燃料电池为中心开展研究，德国已完成常规柴电动力加装燃料电池的混合动力潜艇的海上试验，目前正在研制全燃料电池推进的潜艇。日本等其他国家正在进行将其应用在水面舰船和民船方面的研究工作。虽然燃料电池目前尚未真正达到可供经济实用的阶段，但在近几年内，预计将会在包括军船和民船在内的整个船舶领域开始进入实用化的阶段。如采用电热联供装置，其效率可达 80% 以上，是其技术发展的一个飞跃，也是舰船极为理想的动力源。所以在 21 世纪内，燃料电池作为舰船电源系统将受到人们日益普遍的重视。 常规潜艇采用 AIP 系统，极大地提高了潜艇的水下续航力，吸收了常规动力潜艇和核动力潜艇的长处，必将对常规潜艇的发展带来革命性的影响，可以预料，加装 AIP 系统必将是 21 世纪常规动力潜艇的标志性技术。 5.2 采用永磁推进电机 严格地说，永磁电机的概念早就提出来了，但是由于永磁材料的问题尚未解决，所以技术上的可行性未能实现，随着磁稳定性时间长、抗冲击、振动和高温的高导磁率磁体的出现，此项技术得以实现。与传统的舰船推进用电机相比，永磁电机诸多优点使其在舰船推进领域具有广阔的发展前景 目前永磁技术已应用于潜艇上，德国 U212 级潜艇采用了西门子公司的永磁电机作为推进电机。新一代柴电推进一一全电力舰船肯定会考虑采用永磁电机。 5.3 采用泵喷推进和磁流体推进 英、美、法等国新型潜艇广泛采用泵喷推进，使其全艇辐射噪声已经降到海洋背景量级，俄罗斯的“台风”级潜艇也准备采用喷水推进技术。 美国于 1980 年完成了 300 W 的磁流体推进船海上试验，并制造了 2 250 kW 的样机。日本在这一领域进展很快，于 1985 年成立了“磁流体推进开发委员会”，开始从事磁流体推进船的开发。 1992 年，世界上第一艘载人磁流体推进船“大和一号”在日本神户港正式试航成功，标志着磁流体推进技木进入实用阶段。 磁流体推进器是一种全新的推进装置。它利用海水的导电性能，让海水通过一定形状的槽道，槽道与海水形成电的回路，槽道外面由超导磁场广生高强度的永久磁场，当电流在槽道内的海水中流动时，在磁场的作用下，海水会产生洛伦兹力将海水推向船后或船首，使船产生向前或向后的推力。超导磁场是这种推进技术的必要因素，因为它们以较小的电损耗提供高磁场，而超导磁场需要深冷能量维持低温。 磁流体推进由于不需要螺旋桨和轴系等运动部件，而是直接将电磁能转换成推力，因此不会产生“空泡”现象，也不存在传动轴振动造成的噪声，所以速度快、效率高、隐蔽性好，它在潜艇、超高速客货轮等方面有着很好的应用前景。 5.4 采用综合全电力系统 舰船综合全电力推进系统研制已列入美、英等国海车的发展规划，并正在有计划地实施在我国综合全电力系统也开始受到关注，但仍有待技术决策部门规划，作出研制具体安排。 5.5 动力系统控制的网络化和智能化 随着计算机技术的发展，动力系统控制由单纯的遥控、微机自控向网络集中控制发展；由程序化控制冋智能化控制发展；由动力系统本身自成体系的控制系统向全艇分布总线式控制系统发展；由控制、监测、自动记录向控制系统性能监测、故障定位和专家系统方向发展。 5.6 开展仿生推进的先期研究开发工作 仿生推进是潜艇推进技术的革命，这种推进方式是仿生学和潜艇推进结合在一起的产品，它不光对潜艇的推进技术是一个跳跃式发展，对潜艇艇体设计、潜艇控制等都是一个全新的设计概念。 6 传动装置领域 随着舰船动力系统的发展，简单标准型后传动装置已不能完全满足需要，后传动装置今后的发展会有以下特点： （ 1 ）从单个传动部件的研究设计发展到整个后传动装置的综合研究设计。 （ 2 ）传动装置的研究设计与船一机综合分析研究相结合 （ 3 ）开展大功率、大扭矩，低重量功率比，高机动性，高抗冲击与振动，低噪声，并车传动和行星传动技术方面的研究。 7 舰船隐身性领域 为提高舰船的隐身性，对于动力系统而言，必须重点减小两方面的物理场： （ 1 ）降低舰船水下噪声场和水上噪声场，其中尤以动力系统机械设备运行时产生的结构噪声而形成的水下噪声场最为关键，这种噪声具有容易被识别的特点，对舰船隐身性的威胁最大。这方面的发展情况请参见第十三章有关内容。 （ 2 ）舰船的红外场主要由动力系统机械设备运行时排气中携带的热量产生，使之成为红外侦察仪和红外制导武器的目标。 同等功率下形成的红外场强依次为：燃气轮机（排气温度最高，排气中携带的热量次之），蒸汽轮机（排气温度第四，排气中携带的热量最多），热气机（排气温度次之，排气中携带的热量第三），柴油机（排气温度第三，排气中携带的热量第四），燃料电池（两者均第五），核反应堆则基本上无排放。其 250 ～ 600 ℃的排气是产生波长 3 ～ 5 m 中红外的辐射源，而中红外是红外制导导弹的目标，所以对中红外频段的抑制比较重要，现在都在对降低由前四者的排放而引起的红外场强进行研究。 8 推进监控系统 舰船推进控制系统包括推进系统自动控制和远操系统。舰船推进监控系统的主要功能是对推进系统的主要运行参数进行釆集、处理、运算并进行显示、报警和纪录，并对机器的运行状态进行监视、故障诊断和趋势预报等。在 20 世纪 60 年代以前，推进监控系统重点是发展主要设备的单元自动化。 到了 70 年代前后，计算机技术的引入给舰船推进监控系统带来了一场革命，舰船推进计算机监控系统的发展经历了从单个中央监控机到分布式小型机 / 微机再到现场总线网络系统。这种全数字、全分散和全开放式的局域网络推进监控系统的发展开创了难以预计的生命力。计算机网络技术的发展，通信可靠性大大提高，现场总线网络的出现又使控制与监测都可集成于一个系统之内，因而推进系统以至于机舱系统，可实现分散控制，集中管理。 目前国际上先进的军、民舰船领域正在发展以现场总线控制系统计算机网络技术标志的综合 平台管理系统（ PMS-Integrated Platform Management System ），它是当前推进监控以及机舱自动化技术水平的标志。民船则将从全船自动化向船岸一体化过渡。 PMS 的基础是可靠的平台网络和符合标准化、模块化的设备。 参考文献 邵开文，马运义 . 舰船技术与设计概论 . 北京：国防工业出版社 , 2009.07. 伍赛特 . 船用柴油机应用前景展望 . 柴油机设计与制造 ,2018,24(03):1-4. 伍赛特 . 燃料电池技术应用研究及未来前景展望 . 通信电源技术 ,2019,36(05):86-89. 伍赛特 . 船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究 . 机电信息 ,2019(15):159-160. 伍赛特 . 船用柴油机及轮机系统的节能措施研究 . 上海节能 ,2019(04):271-274. 伍赛特 . 高性能船舶动力装置发展前景 . 水运管理 ,2019,41(06):21-25. 伍赛特 . 核动力舰船发展前景展望 . 节能 ,2019,38(03):117-120. 伍赛特 . 潜艇用闭式循环柴油机 AIP 装置研究综述 . 中国水运 ( 下半月 ),2019,19(02):94-95. 伍赛特 . 斯特林发动机应用于潜艇 AIP 动力装置的前景展望 . 装备制造技术 ,2019(01):107-110+114. 伍赛特 . 基于潜艇 AIP 动力装置的热力发动机闭式循环特征研究 . 内燃机 ,2018(06):54-57+62. 伍赛特 . 舰用燃气轮机动力装置的前景展望 . 现代制造技术与装备 ,2018(12):204-206. 伍赛特 . 燃料电池应用于船舶动力装置的可行性及展望 . 内燃机与动力装置 ,2018,35(04):87-90+94. 伍赛特 . 加汽式燃气轮机应用于舰船动力装置的前景分析 . 机电信息 ,2019(24):51-52.
个人分类: 科普集锦|4321 次阅读|0 个评论
国内燃气轮机产业现状及行业需求
wusaite 2019-8-22 12:18
国内燃气轮机产业现状及行业需求 伍赛特 0 研究背景 自 1939 年燃气轮机诞生以来，经过 80 年来的发展，燃气轮机效率由 17% 提高到 40% ，压比由 10 左右发展到 30 左右，重型燃气轮机功率发展到 260 MW 。 随着燃气轮机技术的发展，燃气初温基本以每年 20 ℃的速度提高，由 550 ℃提高到 1 600 ℃；随着环保要求的提高， NO x 排放指标南 20 世纪 70 年代的 75 ppm 发展到 21 世纪初的不高于 25 ppm ，美、日等国如今将排放标准限制在 9 ppm 。 1 技术发展概况 在过去几十年中，英、美、日、德、俄等国家均将先进的燃气轮机技术研究作为国家攻关项目，部署实施了一系列国家研究发展规划（先进透平系统计划、高性能涡轮发动机综合计划、新日光计划等）。通过这些规划的实施，它们建成了支撑可持续发展的燃气轮机能力条件，并凭借相应的基础研究、技术研发、产品应用及改进提高，相继研发出先进成熟的系列化燃气轮机产品，从而垄断了全球的燃气轮机市场。 目前，燃气轮机正朝着大功率、高效率、低排放、燃料多样化及长寿命方向发展，其发展趋势集中体现在： （ 1 ）提高压比和涡轮初温，提高整机性能：目前先进燃气轮机基本达到了单级压比接近 1.3 的水平，进口多级高效跨音设计，整机的全工况稳定裕度不小于 15% ，压气机压比达到 30 以上，效率达到 90% 以上。 （ 2 ）拓宽燃料适应性，实现多种能源高效、低碳利用；采用新型燃烧技术，降低污染物排放，满足环保要求；发达国家已经掌握了多燃料低污染燃气轮机燃烧室核心技术，并成功开发出多种不同型号燃气轮机，最低 NO x 排放仅为 5 ～ 8 ppm 。 （ 3 ）采用先进循环和设计技术，部件及整机效率不断提高。 （ 4 ）研制新型高温材料，采用先进冷却技术，提高热端部件的性能和可靠性。随着涡轮进口温度的不断提高，涡轮叶片材料在耐热合金及金属基复合材料的基础上，发达国家已将低密度、耐高温、抗氧化复合材料的开发及应用列入了其国家的高技术发展计划。世界各大燃气轮机生产商对热端部件冷却技术进行了集中科研攻关，发展了蒸气冷却技术等先进高效冷却技术，初温超过 1 600 ℃，并成功得到工业应用。 2 产业现状 我国国家发展和改革委员会于 2001 年发布了《燃气轮机产业发展和技术引进工作实施意见》，采用以市场换取部分制造技术的方式，并相应进行了 3 次捆绑招标，引进美国通用电气、德国西门子和日本三菱重工 3 种 F 级大型单轴燃气轮机机组共 54 套，全部建成后总装机容量超过 20 000 kW 。日本三菱重工的 10 台燃气轮机有 8 台为 350 MW ，分别提供给 4 座电厂。美国通用电气的 13 台燃气轮机为 GE9 FA 型，供给另外 6 座电厂，用于总价值 9 亿美元的联合循环发电系统。哈尔滨动力集团和美国通用电气组成的联合体共同生产 109 FA 机型；东方电气集团和日本三菱重下组成的联合体共同生产 M701F 机型；上海电气集团与德国西门子组成的联合体共同生产 V93.4A 机型，几乎超越了 9E 系列燃气轮机发展过程，直逼 9F 系列。 到 2020 年，我国将建成约 60 000 MW 的天然气发电装机容量，除去目前已建和在建的 26 000 MW 规模，今后还将建设 35 000 MW 左右的燃气轮机电站。如果再考虑综合气化联合循环（ Integrated GaSification Combined Cvcle ， IGCC ）等燃煤、燃气、蒸汽联合循环等洁净燃煤技术的开发和应用，应该说我国重型燃气轮机产业的市场前景广阔。 目前，中国的重型燃气轮机市场主要被美国通用电气、德国西门子和日本三菱重工占领，我国虽然以市场换技术取得了一些突破，但是关键的核心技术还没掌握，大部分要依靠进口。据悉，迄今为止，美国通用电气已成为中国最大的燃气轮机供应商，累计装机容量达 15 000 MW 。 为提高我国燃气轮机关键核心技术的自主开发能力，于近年来，国家科技部在“ 863 ”计划中部署开展了 R0110 重型燃气轮机设计研制、中低热值燃料 R0110 燃气轮机设计研制和 F 级中低热值燃料燃气轮机关键技术研究与整机研制等课题。早在 2002 年 10 月即已开始实施“十五”国家“ 863 ”计划能源技术领域燃气轮机重大专项，以“产学研”联合体的形式重点开展 R0110 重型燃气轮机（输出功率 114.5 MW ）核心部件及关键技术的研发，为进一步的自主研制、形成国产重型燃气轮机产业奠定技术基础；继续实施“ 863 ”计划先进能源技术领域微型燃气轮机重点项目”和“ 863 ”计划先进能源技术领域重型燃气轮机关键技术及系统重大项目”计划，开展燃气轮机的自主研发工作。 为了提高燃气轮机相关基础研究水平，国家科技部计划实施了“燃气轮机的高性能热一功转换科学技术问题”和“大型动力装备制造基础研究”两个项目。通过这两个项目的实施，系统地建设了测量技术先进的机理性实验平台，建成了重型燃气轮机全尺寸转子综合试验系统。鉴于天然气分布式能源高效、节能、环保，目前许多发达国家已将分布式能源综合利用效率提高到 90% 以上。我国《关于发展天然气分布式能源的指导意见》指出，天然气分布式能源在国际上发展迅速，但我国天然气分布式能源尚处于起步阶段。推动天然气分布式能源，具有重要的现实意义和战略意义。 2012 年，国家相关部门又公布了首批 4 个天然气分布式能源示范项目名录；目前，多个示范项目正在稳步推进。 由于“西气东输”、“西电东送”和沿海经济发达地区能源结构调整，以分布式能源发展的需要，一个全新的以燃气轮机为动力源的发电设备市场开始出现，发展天然气分布式能源除了加强低压配电网信息化控制、微电网智能管理与控制系统等微电网关键技术研究，尽快突破微电网自愈控制、智能互动用电与需求响应等技术外，还必须加快燃气轮机关键技术研发，尽快突破燃气轮机热端部件和联合循环运行控制技术等核心技术。天然气分布式能源的关键设备燃气轮机成本占项目总投资的 40% 左右，要发展这个产业，必须从降低关键设备成本做起，因此，国务院拟将航空发动机和燃气轮机技术发展列为国家第 17 个重大科技专项，其投资将接近千亿元，目前已处于审批阶段。 此外，各地区也积极出台相关政策以促进燃气轮机的快速发展，例如， 2011 年 7 月，上海市与清华大学签署的《关于开展燃气轮机领域战略合作的框架协议》，双方就深入贯彻落实国家战略，建立跨区域“产学研用”相结合的产业化体系达成共识，明确将重型燃机、轻型燃机和微型燃机并举；在燃气轮机人才培养、基础研究、产品设计、部件试验、材料与工艺、整机产品制造及验证、示范工程等全产业链进行合作；在承担国家重大任务、燃气轮机基础技术研究、关键技术攻关、试验资源共享和建设、民船燃气轮机研究、专业技术人才交流培养等方面开展深入合作、 2012 年，黑龙江省出台了《重点产业发展“十二五”规划》，提出以哈尔滨为重点，加快重型和中小型燃气轮机总装、整机实验和配套设备平台建设，建成国内唯一的全系列燃气轮机研制生产基地，保持黑龙江燃气轮机装备在国内的领先地位。 3 行业需求 在制造技术方面，目前我国重型燃气轮机实现了 70% 的本土化制造能力，但仍不掌握热端部件制造技术；在关键技术上，重型燃气轮机由于采用与国外合作的生产模式，基本不掌握核心技术和整机设计技术；国内的重型燃气轮机的基础理论研究非常薄弱，对前沿技术的研究探索不足，尤其在高效、低排放、低碳基础技术等方面的基础理论研究严重缺乏，无法支撑重型燃气轮机关键技术的突破和先进产品的研制。 发达国家发展高效、低碳重型燃气轮机的装备体系清晰，掌握关键技术，基础研究扎实与之相比，我国只是近年来在生产能力和设计技术方面得到较大提升，但在理论基础研究、核心能力形成与产品研制应用方面没有取得实质性突破。 我国的重型燃气轮机基础薄弱，过去国家投入很少且分散，很难形成发展的合力，并且缺少国家级的共性基础技术和试验设施平台。由于基础薄弱、投入严重不足，基础技术、关键技术、产品研制和产业发展的各个环节一直没能形成有机结合、良性互动的体系架构，各环节的脱节及部分环节的缺失或薄弱，使产业发展缺乏体系支撑，最终没能走出受制于人的被动局面。因此，我们面临着在补全历史欠账的同时，争取同步跨越发展高效、低碳重型燃气轮机产品的严峻考验。因此，产品制造能力、关键技术突破、基础理论研究需要并行同步开展，设施条件统筹结合建设。 参考文献 杨铁军 . 产业专利分析报告 燃气轮机 . 北京：知识产权出版社 , 2014.05.
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提高燃气轮机机组功率的技术措施
wusaite 2019-8-21 16:06
提高燃气轮机机组功率的技术措施 伍赛特 对于正在运行的机组，出于某种需要，如要增加机组调峰功率等，是否可得以实现？国外早已着手寻求解决途径，并且已经运用了不少技术措施，确认为行之有效，正在逐步加以推广。甚至有的技术方案已成为成熟产品，可与相适合的老机组配套使用，国内也有购置的。也可以称之为挖潜改造工程，值得我们关注。下面列举几项技术措施，进行简要介绍。 1 燃机进气冷却技术 燃机的一个显著特点是对大气条件比较敏感，其中大气温度对燃机性能的影响最为明显。从气动热力学方面分析燃机性能关系式可以看出，大气温度升高时，致使燃机功率降低的主要原因是： （ 1 ）机组增压比降低，致使透平发出的比功降低； （ 2 ）压气机增压比下降，而压气机所消耗的比功略有增加； （ 3 ）空气质量流量减少，机组有效功下降。 一般大气温度每升高 1 K ，其输出功率下降约 1% 。燃机进气质量流量及出力与压气机进气温度的关系如图 1 所示。 图 1 燃气轮机性能曲线 因此，对于那些在冬夏季节温差大的地区工作的燃机，非常有必要在高温天气，而用电又处于高峰期，采取进气冷却措施。各种进气冷却技术原理，优、缺点及应用情况见表 1 。 表 1 燃气轮机进气冷却技术类型 从表 1 可以看出： （ 1 ）直接接触式虽然冷却能力较小，但是投资小、施工期短，其中喷雾冷却效果好，获得了广泛应用，并且有成熟的进气蒸发冷却装置出售。 （ 2 ）间接接触式的最大优点是冷却能力大，但是有的方案投资较大，很少采用。其中溴化锂吸收制冷可以充分利用电厂余热，冷却能力较大的优越性更具有广泛的适用性。 （ 3 ）如果将进气冷却与其他提高功率措施相结合，可以获得更大功率增量。如 Frame7B 尖峰发电装置，原机组燃机燃用蒸馏油，在 38 ℃和 34% 相对湿度的设计条件下发电 53 MW 。先增添蒸发冷却系统，输出功率达到 57 MW ；后又应用进气冷却方法、改进压气机进口导叶、改烧天然气以及采用喷水等，输出功率提高到 72 MW ，功率增量达 36% 。 2 注水或蒸汽回注 这不仅是降低 NO x 的技术措施，也是增加燃机功率的有效措施。如果对余热锅炉补燃，可增加回注蒸汽温度，功率增量会更大些，此方法也在验证之中。 3 提高燃烧温度 对于老机组，采取在涡轮冷却叶片上喷涂绝热涂层并提高 t 4 的措施具有相当大的潜力。该方法在 FT4/CG4 系列燃机上进行了验证：当叶片涂层厚度为 0.178 mm 时，燃烧温度增加 17 ℃，功率增加 6.5% ；而涂层厚度为 0.381 mm 时，燃烧温度增加 39 ℃，功率增加 16% 。 提高 t 4 对于老机组来说，可能会降低热端部件寿命。因此，有必要权衡得失，进行经济核算后再行决策。 4 多台燃机驱动一台大电机 目前，单台航机改型的燃机功率小于 50 MW （早期小于 36 MW ），用于电站偏小，曾研究过多种方案设法增大功率。其中已付诸实施的方案是采用两台同型号的轻型燃机从发电机两端来驱动，使输出电功率增加 1 倍。采用此方案的好处是： （ 1 ）地面燃机布置限制少，具有可行性； （ 2 ）当负荷降至一半以下，可关闭一台燃机，以提高电站效率； （ 3 ）改动量小，仅将其中一台动力涡轮的叶片反向制造，以及将滑动轴承和辅助传动等适当更改就能适应，而两台动力涡轮的机匣及转子等机件是一样的。 例如，英国罗·罗公司生产的 SK60 电站，用两台 Olympus 燃气发生器（单台功率为 28.3MW ）驱动一台发电机的输出电功率为 56MW ；美国 UTC 动力系统用两台 FT4C — 3F 组成的电站，最大功率为 64.7 MW 等。 除了上述措施，还有水一燃料乳化（可降 NO x 和稳定火焰）、进气增压（增大功率）、锅炉补燃再回注蒸汽等措施。 参考文献 李孝堂 . 现代燃气轮机技术 . 北京：航空工业出版社 , 2006.11. 伍赛特 . 航空发动机燃烧室设计研发过程研究综述 . 上海节能 ,2019(07):584-588. 伍赛特 . 航空发动机效率提升技术研究及展望 . 节能 ,2019(07):164-166.
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地面燃气轮机热端部件的材料工艺特点
wusaite 2019-8-21 15:48
地面燃气轮机热端部件的材料工艺特点 伍赛特 1 地面与航空燃机用料的差别 前面主要针对高性能航空燃机的高温材料及结构发展进行了较全面介绍。实际上，地面与航空燃机还是有些差别的，主要在以下几方面： （ 1 ）地面燃机的热端部件工作温度通常稍低于航空燃机，目前先进的地面燃机的涡轮进口温度为 1 427 ℃左右，而航空燃机的为 1 580 ～ 1 650 ℃。因此，用料的要求也稍低些，但考虑下述特点，又不可能使要求降低太多。 （ 2 ）地面燃机要求工作寿命更长，一般地面燃机的工作寿命达数万小时，例如，叶片的抗蠕变、抗氧化或抗热腐寿命要大于 50 000 h 。但是又必须考虑经济性。 （ 3 ）地面燃机的零件尺寸大、重量大，最典型的是涡轮的静叶和动叶，有的长度大于 300 mm ，重量约 5 kg 。因此，在结构工艺上必须进行特殊考虑。 2 地面燃机各热端部件的用料特点 （ 1 ）燃烧部件受力较小，但工作温度最高，另外有些燃料有腐蚀性。主要要求材料抗腐蚀性好；又由于是板焊结构为主（现在也采用机械加工或铸造件），要求焊接性和加工性好。一般多采用镍基或钴基合金。 （ 2 ）透平动叶是燃机热端部件中工作条件最恶劣的，要求材料高温强度及高温蠕变强度特别高。一般采用镍基（另加 5% ～ 25% 的铬等）的超耐热合金材料，以精铸的方式制造。 （ 3 ）透平静叶的工作温度比动叶的高，但受力小得多，主要要求材料的热疲劳强度高。多采用钴基合金材料精铸造，最近也要求静叶的材料具有蠕变强度，也开始采用镍基合金材料。 3 地面燃机透平全面引进航空燃机技术 除了在气动热力设计方面采用航机技术，还主要体现在以下几方面： （ 1 ）采用定向结晶（ DS ）和单晶（ SC ）涡轮叶片是 20 世纪 80 年代以来航空燃机的重大技术之一， 90 年代的先进地面燃机也采用了该项技术。定向结晶叶片是控制熔化温度，首先凝成一个柱状晶体，然后再横方向逐渐长大，它只存在沿叶长方向的晶界，而无横向晶界。单晶叶片不存在晶界。消除晶界可以增加叶片的蠕变强度、热疲劳强度、抗腐蚀能力。因此，一般 DS 叶片的工作温度可提高 20 ～ 30 ℃； SC 叶片的工作温度可提高 40 ～ 60 ℃。目前，单晶高温合金已由第一代发展到第三代，使航空燃机叶片耐热能力比定向结晶合金提高近 90 ℃。各国争相开发单晶高温合金，因此，单晶高温合金牌号很多，具有代表性的是第一代为 CMSX — 2 ，第二代为 CMSX — 4 ，第三代为 CMSX — 10 。 罗·罗公司在 Trent 工业燃机上采用 CMSC — 10 （能在 1204~C 下工作），比第二代单晶材料工作温度提高 42 ℃。 （ 2 ）普遍采用高温防护涂层，其中一种是防腐蚀和抗氧化涂层，如 MCrAlY 涂层（ M 代表 Co 或 Ni ），早期地面燃机（如 LM2500 等）采用过，耐温仅 927 ℃，易剥落、氧化，寿命短；另一种是可减少燃气与涂层之间热交换的热障涂层（ TBC ），前面已经介绍了其试验和实用结果，可隔温 50 ～ 80 ℃。 （ 3 ）采用复合冷却结构的叶片，这也是地面燃机移植航空燃机技术的另一项内容。目前采用冲击 / 气膜 / 对流组合冷却， t 4 =1 300 ℃时，叶片最高壁温 T w 900 ℃。 高性能的单晶合金与先进的气冷叶片设计，精密的铸造技术和优质的防护涂层及工艺相结合，使航空燃机进口温度提高了 300 ℃左右。例如，采用单晶合金的 F119 发动机比采用定向结晶叶片的 F100 发动机涡轮进口温度提高了 307 ℃，其寿命得以大幅延长。 对地面燃机而言，采用了前述航空燃机涡轮的几项措施，目前先进的燃机透平进口温度已达 1 430 ℃。如果将叶片空冷改为蒸汽冷却， t 4 可大于 1 500 ℃。 4 地面燃机长期开发应用陶瓷材料 陶瓷材料在航空、航天动力上的应用和试用研究工作从未停顿，在地面燃机上也是如此。早在 20 世纪 70 年代，日本、美国和德国都开始着力于陶瓷材料的研究和应用工作，并且陆续取得了阶段性成果。 （ 1 ）日本首先以汽车用的陶瓷燃气轮机（缩写为 CGT ）作为开发重点，这主要是从能源和环境两方面，考虑到 CGT 能燃用多种燃料、效率高（往复式发动机的不足之处）、对环境污染可以控制，加之日本是汽车生产大国，能在 CGT 方面有所突破，其意义重大。早在 20 世纪 80 年代已开始陶瓷部件研究， 1987 年曾用陶瓷增压器转子装车试验。 1990 ～ 1997 年，开始实施“ CGT 的研究和开发”规划，包括发动机初步设计、部件发展、发动机系统的发展、市场价值和技术评估。至 1997 年的目标是： a.CGT 的热效率超过 40% ； b. 气态污染物排放满足客车排放标准； c. 可以使用多种燃料。 研究是按功率为 100 kW 、 t 4 为 1 350 ℃、转速 n 为 100 000 r/min 设计陶瓷涡轮转子、陶瓷环形燃烧室（采用了贫油预混预蒸发（ LPP ）燃烧方案）等。经试验， CGT 在 t 4 =1 200 ℃、 n=100 000 r/min 条件下，输出功率达 97 kW ，污染物排放满足客车排放标准，为进一步发展提供了技术储备。 几乎与此同时，日本电力中心研究所又进行 t 4 =1 500 ℃、 200 MW 工业燃机的陶瓷燃烧室的开发。 （ 2 ）美国为了开发 CGT ，从 20 世纪 80 年代初开始陆续制定了多个阶段性发展规划。最早的 AGT101 发动机规划（ 1980 ～ 1987 年）研究了未来汽车用 CGT 的几项高风险技术。在此基础上，进行了样机设计和生产，并要进行 6000 多小时的耐久试验，准备在波音飞机用的 331 — 200APU 上进行可靠性试验。主要为验证 CGT 在航空燃机上应用的可行性，也为了支持 CGT 在汽车上应用的开发工作。 从 1992 年起，启动了一个由美国能源部出资，分为三个阶段的 CGT 计划，目的是在商业运行中充分研究和验证 CGT 的耐久疲劳性。该计划由 Solar 公司牵头具体实施，曾改造了一台功率为 4.3MW 的 Centaursos 型燃机，涡轮一级静叶、动叶和燃烧室火焰筒采用陶瓷材料， t 4 为 1 121 ℃，在 2 000 h 耐久疲劳试验中因一片叶片受损而暂停试验，计划继续进行 4 000 h 的商业运行试验。该公司在参与 1993 年制定的 ATS 计划中研制的 50TMATS 型燃机，于 1997 年取得初步成功，计划研制用连续纤维增强陶瓷复合材料制造的燃烧室。 （ 3 ）西门子公司自 20 世纪 60 年代就开始采用非冷却陶瓷板拼制的燃烧室。目前该公司已生产数百台具有陶瓷燃烧室的燃机，并且从未出现过陶瓷板引起的停机事故。 目前，虽没有 CGT 投入商业运行的型号，如果陶瓷热端部件最终突破，将可能带来燃机产业的一场革命。 参考文献 李孝堂 . 现代燃气轮机技术 . 北京：航空工业出版社 , 2006.11. 伍赛特 . 民用航空发动机制造技术现状及未来趋势展望 . 现代制造技术与装备 ,2019(03):13-15. 伍赛特 . 燃气轮机应用于车用动力装置的可行性分析研究 . 交通节能与环保 ,2019,15(01):13-15.
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热力发电厂的技术发展方向
wusaite 2019-7-31 10:03
热力发电厂的技术发展方向 伍赛特 以火力发电为主的热力发电厂一直是沿着不断提高蒸汽初参数、增大装机容量的技术方向发展的。我国的热力发电厂中参数较低的机组已经开始逐步淘汰，在建机组以亚临界参数为主，少量引进超临界机组。 目前国产化超临界技术、超超临界技在国内已有应用。由于进一步提高机组的参数受到材料科学技术水平的限制，而各种复杂循环和复合循环技术日渐成熟，所以在能源利用、环境保护和可持续发展等各个方面都具有优势的燃气轮机 - 蒸汽轮机联合循环、磁流体（ MHD ）发电技术、热电联合生产等等多种循环复合技术、多联产能源技术、分布式能源供应系统、多种能源综合供应技术，也是当前及未来热力发电厂的技术发展方向。 核电在热力发电厂的一次能源构成中的比重越来越大，是化石燃料资源枯竭之后、大规模利用太能（太空利用）之前的主要能源。如果材料技术能有所突破，也将在热力发电工业领域引起连锁的技术发展和突破。 由于人类活动中二氧化碳排放量最大、最集中的行业就是火力发电业，所以 CO 2 减排技术也是热力发电厂的重要技术发展方向之一。 参考文献 伍赛特 . 柴油机应用于发电设备的行业前景展望 . 上海节能 ,2019(02):130-134. 伍赛特 . 分布式发电系统技术特点及应用前景展望 . 通信电源技术 ,2019,36(05):123-125. 伍赛特 . 重型燃气轮机研究现状与技术发展趋势展望 . 机电产品开发与创新 ,2019,32(02):65-67. 伍赛特 . 微型燃气轮机技术特点研究及其应用于分布式发电领域的前景展望 . 通信电源技术 ,2019,36(06):45-48. 王承阳 . 热能与动力工程基础 . 北京：冶金工业出版社 , 2010.01:131.
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水轮机与汽轮机和燃气轮机的差异
wusaite 2019-7-24 13:01
虽然水轮机和汽轮机及燃气轮机等热力涡轮机械同属于涡轮机械范畴，但不管是从叶轮的形状还是整体的结构来看，水轮机和另外两种机器存在显著差异，当然工作特性也有一些不同。 造成这些区别的主要原因在于，水轮机的工作水头主要由地形条件决定，一方面其能量头显著低于汽轮机，另一方面还存在较大的变化范围。而汽轮机及燃气轮机的工质的压力和温度是人为产生的，可在一定范围内进行控制。还有一个原因是液体通常属于不可压缩流体，并且其密度比气体大得多。 由于水轮机的能量头比较低，所以其转速也低。但液体的密度大，所以其功率密度并不比汽轮机低。与汽轮机相比，水轮机属于低速重载的机械设备。这一事实决定了二者的结构细节有相当多的不同。 同时也由于水轮机的能量头相对较低，因此水轮机通常无需制成多级结构，在实际工程中运用的水轮机基本都是单级的。单级的结构中设置调节机构比多级机组更便捷，所以水轮机具有很好的调节特性。 水轮机的水头在较大的范围内变化。为了适应从低到高不同的水头，水轮机转轮的叶片形状从轴流式经过混流式到切击式，呈现出相应的变化规律。这一点也与汽轮机及燃气轮机存在不同。
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坦克发动机历史发展及未来发展趋势
wusaite 2019-7-13 12:49
坦克发动机历史发展及未来发展趋势 伍赛特 0 引言 凡是将热能转变为机械能的机器统称为热机，蒸汽机、汽轮机、内燃机、燃气轮机和火箭发动机等都属于热机。 18 世纪 60 年代开始了以蒸汽机广泛使用为主要标志的工业革命，这是人类历史上在使用铁器之后的第一次技术革命。到了 19 世纪 60 年代，又发明了一种比蒸汽机更为轻便和效率更高的动力机械——内燃机。 一般所说的内燃机都是指往复活塞式内燃机，其基本特点是燃料在汽缸内直接燃烧，推动活塞往复运动而作功。习惯上又把内燃机称为发动机。内燃机广泛应用于各种军用战斗车辆上，其最新技术水平往往体现在坦克发动机上。 1 国外坦克发动机的历史发展 坦克是在第一次世界大战以后迅速发展起来的一种武器。在坦克发展的初期，都直接选用汽车、拖拉机等车辆上的汽油机作为动力装置，功率范围为 66 ～ 298 kW 。例如， 1916 年英国生产的第一批 I 型坦克是选用大型拖拉机用的直列六缸汽油机，功率为 77kW ；法国坦克采用的是直列四缸水冷汽车用汽油机。第一次世界大战后的若干年内，各国研制、生产了多种坦克，使得各种类型发动机竞相在坦克上得到采用，但除少数柴油机外，主要的应用对象还是汽油机。 随着对坦克发动机性能要求的提高，选用的发动机，不论在功率范围、结构型式，还是在车内总体布置上，已不能满足坦克的要求。因此，一些国家开始研制专用的坦克发动机。美国在 1932 年研制了星形七缸风冷坦克汽油机， 1940 年研制了 12 缸风冷坦克汽油机（ AV1790 — 2 ）； 20 世纪 40 年代，苏联开始设计专门的 B2 型坦克用柴油机，功率为 367 kW ，安装在著名的 T-34 坦克上。但其他国家仍采用汽油机作为坦克动力，功率范围为 88 ～ 515 kW ，且型号繁杂。 第二次世界大战后的 10 ～ 15 年间，坦克主要使用 V 型 12 缸四冲程水冷柴油机或风冷汽油机。但由于柴油机的燃料消耗率低，相同的油箱容积，坦克的行程储备大，柴油运输、储存均比汽油安全等因素，故其他国家也开始进行从汽油机向柴油机的过渡。 20 世纪 50 年代后，基本实现了柴油机化，功率范围为 176 ～ 598kW 。 20 世纪 50 年代，苏联和德国开始研制机械增压柴油机，至 60 年代初，废气涡轮增压技术日趋成熟，并在柴油机上得到广泛应用。具有代表性的是美国 AVDS 1790 — 2 涡轮增压风冷坦克柴油机，功率为 562kW ，安装在 M60 坦克上。 20 世纪 70 年代，废气涡轮增压技术继续得到发展，增压压比不断提高。中冷技术的应用，更使功率得到大幅度提高。德国的 MB873Ka — 501 坦克柴油机，增压压比高达 2.5 ，功率为 1 103 kW ，安装在豹 - Ⅱ坦克上。到了 80 年代，随着微电子控制技术、高压燃油喷射技术、涡轮截面可调技术的应用，使发动机的性能又有了突破性的进展。英国的 CV 2TCA 增压、中冷柴油机，增压压比高达 3.0 ，汽缸容积仅 26.16 L ，功率达 883 kW ，该机首次装有高灵敏度的电子调速器和电子伺服控制装置，安装在“挑战者”主战坦克上。在此期间，法国的超高增压技术也有了很大的发展。 20 世纪 90 年代后，坦克发动机不再大幅度提高功率，而是朝着缩小体积、提高可靠性、维修性，以增加单位体积功率、延长大修间隔期、缩短维修时间为主要目标。法国的带有超高增压、旁通补燃的 UDV8X1500 柴油机，汽缸排量为 16.47L ，功率达 1 103 kW ，单位体积功率为 689 kW/m 3 ，达到了一个新的水平，安装在“勒克莱尔”主战坦克上，于 20 世纪 90 年代初装备部队。而德国研制的 MT883Ka-500 柴油机，单位体积功率更高达 1 144 kW/m 3 。 2 我国坦克发动机的历史发展 我国从 1956 年开始建立自己的坦克工业。通过引进苏联的 B2 柴油机生产设备和工艺， 1958 年生产出第一台大功率 12 缸坦克柴油机，功率为 382kW ，型号为 12 150L ，安装在某中型坦克上，并逐渐形成了 150 系列，通过调整功率、转速，分别安装在轻型坦克、水陆坦克上；其六缸机安装在装甲输送车上。 经过多年对废气涡轮增压技术的研究，以及对性能、结构可靠性、装车适应性等采取的多种试验， 20 世纪 80 年代大功率废气涡轮增压柴油机通过技术鉴定，功率为 537 kW ，型号为 12V150ZL 。 我国自行为新型主战坦克研制的、更大功率的废气涡轮增压、中冷柴油机，功率达 883 kW ，型号为 C12V150ZAL 。在此基础上，又成功研制了功率为 441 kW 的 B6V150ZAL 柴油机和水上功率为 1 176kW 的 D12V150ZALL 等高性能柴油机。 经过 40 多年的发展，我国的坦克发动机工业早已从测绘仿制为主过渡到自行研究设计为主的阶段。有着较为完善的研究所和制造厂，具备了自行开发新型号的能力。 3 坦克发动机的技术特点 坦克是陆军的主要突击力量，它有强大的火力、坚固的防护和灵活的机动性。坦克发动机则对其机动性有最直接的影响。 3.1 大功率 对一定吨位的坦克，发动机功率愈大，则其机动性愈好。现代坦克的总功率已高达 1 103 kW ，甚至更高，而其吨功率也达 22kW/t 以上。 3.2 体积小，高度低 坦克发动机体积的大小，直接影响坦克的总体布置。减小发动机的体积，可相应减小坦克的外形尺寸，还有利于减小坦克的质量，提高其机动性；或相应增大战斗部分的空间，增加弹药或燃料的数量。特别是降低发动机高度，有利于降低坦克的高度，提高坦克的战场生存能力。 3.3 比油耗低 比油耗低不仅具有经济意义，而且在油箱容积一定的条件下，可提高坦克的行驶半径，增强其战技性能；或在坦克行驶半径一定的条件下，减小油箱体积。 3.4 起动性好 坦克是战斗车辆，发动机起动性能的好坏，直接影响坦克投入战斗准备时间的长短，因此要求坦克发动机能在任何条件下，迅速可靠起动。 3.5 工作可靠，维护简便 坦克发动机的工作条件恶劣，环境变化较大。因此，应保证在各种外界条件下可靠地工作，减少故障的发生。同时，由于经常需要在野外进行维护保养工作，工作条件较差，因此维护保养工作量应尽量减小，而且方便易行。 4 坦克用燃气轮机 除了往复活塞式内燃机外，从 20 世纪 60 年代开始，苏联和美国分别进行了坦克燃气轮机的研制。 1976 年，经过激烈的争论和技术评定，美军陆军正式宣布选定燃气轮机为其主战坦克的动力装置。 1979 年命名为 AGT 1500 的坦克燃气轮机正式投人生产，功率为 1 119 kW ，安装于 M1 主战坦克上。 1982 年美国开始对第四代坦克推进系统的论证， 1984 年作为第四代推进系统动力装置方案之一的 LV100 燃气轮机开始研制。 1978 年，苏联完成了 GTD-1000 燃气轮机的研制，功率为 809kW ，安装于 T-80 主战坦克上。此后，经不断的改进，由 GTD-1000 至 GTD-1250 ，功率提高至 920 kW ，安装于 T-80y 主战坦克上。 5 坦克发动机的发展趋势 尽管现在已有坦克采用燃气轮机作为动力装置，但坦克柴油机仍将在今后相当长一段时间内是坦克的主要动力装置。当然，它自身也会不断地发展。 5.1 主要技术发展 增压技术方面：在增压系统的研究方面，超高增压系统、复合增压系统的研制，都有可能取得较大的进展，以提高发动机的功率密度；在涡轮增压器部件方面，可调截面涡轮增压器的应用，也将大大提高增压柴油机的性能。 电控技术方面：电子调速器、电控喷油装置等部件的应用，将大大改善增压柴油机的性能；整机的电子控制技术也将得到迅速的发展。 低散热技术方面：高温冷却技术、零部件隔热技术等的应用，将有利于提高柴油机的经济性和减小辅助系统体积。 5.2 辅助系统主要部件研制 （ 1 ）高风压、大流量、高效率和结构紧凑的风扇； （ 2 ）流量大、体积小的空气滤清器； （ 3 ）高效率的滤清元件和散热元件； （ 4 ）陶瓷材料、隔热材料的应用等。 总之，坦克发动机今后将朝着高的功率密度、良好的扭矩特性、低的燃油消耗率、高的可靠性和寿命、良好的维修性方向发展。在总体结构上，发动机的辅助系统以及传动装置将与发动机本体朝着集成化、模块式机组方向发展，以进一步减小体积、减少质量和使拆装简捷。 参考文献 伍赛特 . 主战坦克用柴油机应用前景展望及技术发展趋势研究 . 内燃机 ,2019(02):51-54. 伍赛特 . 主战坦克动力装置展望研究 . 机电技术 ,2018(06):118-120. 伍赛特 . 内燃机与燃气轮机的差异对比 . 内燃机 ,2018(04):10-13. 骆清国 . 车用动力装置 . 北京：兵器工业出版社 , 2005.12:2-5.
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燃气轮机及热力循环分类
wusaite 2019-7-9 13:12
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燃气轮机车与汽轮机车
wusaite 2019-3-30 10:26
1 燃气轮机于铁路运输领域的应用 1.1 燃气轮机车 应用于移动载具的燃气轮机可以采用两种动力形式，一种为单轴燃气轮机，另一种则为分轴燃气轮机。机车理想牵引曲线为反比例函数，即双曲线在第一象限的一支。分轴式燃气轮机的动力涡轮扭矩特性与该牵引曲线较为接近，可采用机械传动。而单轴燃气轮机的扭矩特性曲线与该牵引曲线相差较大，通常可利用其转速稳定的优势，采用电传动方式驱动机车。 1.2 燃气轮机车的优势及劣势 1.2.1 燃气轮机车的优势 燃气轮机结构轻小，在尺寸相近的前提下能比内燃机输出更高的功率，因此在机车内部有限的布置空间内可以达到较高的功率，在轴重一定的前提下更容易发展成单节大功率机车。该优势是内燃机车所无法比拟的。 燃气轮机由于结构简单、运转均匀、工作连续，因此对机车车架及铁路路基的振动冲击较小。燃气轮机可以不用水，在缺水地区进行长距离高速运输具备一定的优势。相比于内燃机车整机结构更为简单，车体更为短小，总质量更轻，其维护保养成本也相对较低。 在高原地区，内燃机的功率与效率均会下降，而燃气轮机的功率会下降较少，效率反而有所提升。燃气轮机在燃用气体燃料时效果也更好，同时也可燃用品质较差的燃料油以及煤粉。 1.2.2 燃气轮机车的劣势 燃气轮机车相比于内燃机车的劣势在于，叶片对制造工艺精度要求较高，并且材质成本更高，燃油经济性更差。如在短途交路及支线运输时采用燃气轮机车，则会丧失铁路运输单位运量运输成本较低的优势。为使转速与转矩与牵引曲线匹配，需采用减速机构，燃气轮机的转速明显高于内燃机，会导致减速机构较为复杂。同时由于燃气轮机空气流量较大，燃气轮机的气动噪声整体高于内燃机，再加上机车内部空间狭小，难以进行有效的降噪措施，该问题尤为严重。 1.3 燃气轮机应用于铁路牵引动力的可行性分析 在当前的铁路运输中，电力机车为主流牵引动力，但是热力机车仍有其难以取代的优势。由于燃气轮机部分负荷功率比内燃机下降更多，因此在短距离采用燃气轮机作为牵引动力则并不合适。燃气轮机车可在全负荷工况下长期运作，利于启动及长大坡道牵引，耐久性高于内燃机车。并且在高原地区工作时，燃气轮机车的排气可用于驾驶室取暖，还可将轮对的润滑油加热，用以保持牵引力。冬季时进气滤清器容易结冰，需要采取相应加热措施。相关噪声问题需采用有效的消音措施。 2 汽轮机于铁路运输领域的应用 2.1 汽轮机车的优势及劣势 汽轮机车是以汽轮机作为牵引动力的一类热力机车。汽轮机车相比于传统的蒸汽机车，具备以下优势：①效率更高，功率更大，牵引速度更快；②汽轮机的运动机件比蒸汽机更少，因此可靠性与耐久性更高；③活塞式蒸汽机车输出的扭矩通常呈正弦变化，在启动时更容易产生车轮滑移；④活塞式蒸汽机车的侧杆和气门机构容易对轨道产生垂向作用力。 汽轮机车相比于传统的蒸汽机车，具备以下劣势：①汽轮机车通常在高速工况下才会有较高的效率，而在部分负荷下则效率较低；燃气轮机机车有类似的特点；②辅助装置较多，尺寸较大，难于布置；③涡轮机械只能朝着同一个方向旋转，如果要进行反转，需设置倒车级方可实现。 2.2 汽轮机应用于机车牵引动力的可行性分析 汽轮机作为一类外燃机，虽然功率较大，运转平稳，但是无法像蒸汽机输出反向的轴动力。同时由于汽轮机的动力输出轴位置形式以及叶轮的径向尺寸，汽轮机机组无法像蒸汽机一般布置于机车车架两侧，难以采用传统的机械传动，通常只可采用电传动。汽轮机本体尺寸庞大，辅助装置繁杂，布置于机车有一定的困难，同时消耗水较多，目前不适用于机车牵引动力。 3 结论 ①目前的主流干线牵引，仍采用电力牵引。由于电气化铁路基建成本较高，高原地区作业较为困难，燃气轮机可作为高原地区的替代性牵引动力，用于目前向未来电力牵引的过渡阶段。燃气轮机由于是连续工作，适合燃用气体燃料，因此在其他盛产油气的长交路运输路段，也适于采用燃气轮机作为牵引动力。 ②汽轮机由于辅助设备繁杂，难以在机车上进行布置，同时耗水较多，目前不适于在铁路牵引领域应用。
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浅析内燃机与燃气轮机“压缩比”概念的差异
wusaite 2019-2-23 22:57
内燃机与燃气轮机是两类常见的热力发动机。内燃机依据机型的不同，其所遵循的热力循环可包括奥托循环（ Otto Cycle ）、迪赛尔循环（ Diesel Cycle ）、萨巴德循环（ Sabathe cycle ）三类，燃气轮机则遵循布雷顿循环 (Brayton Cycle) 。二者的正常运作过程均要经过压缩过程这一环，但就二者的压缩比计算及压缩过程而言，存在一定的区别。 内燃机的压缩比为最大容积与最小（余隙）容积之比，是为体积比；而燃气轮机的压缩比为压气机出口压力与压气机进口压力之比，是为压力比。 相比于内燃机的活塞压缩过程，叶轮式压气机的压缩效率较低，在压气机中是一种驱使空气由低压区流向高压区的过程，流动损失大而且不稳定。活塞式发动机压缩比高，相应膨胀比也大，热效率更高。
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浅谈车用发动机与航空发动机运行时“熄火”现象的区别
wusaite 2019-2-22 23:42
为确保汽车与航空器等移动设备的正常运作，提供动力来源的动力装置必不可少。通常车用发动机专指内燃机，而航空发动机则多指涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机等航空用燃气轮机。关于两类热机的“熄火”现象有什么不同呢？本文带您一探究竟。 内燃机在用于车用动力装置时，由于道路状况复杂多变，需克服大小各异的阻力矩，以确保车辆的正常行驶。通常而言，理想的车辆动力装置所需的“扭矩 - 转速”曲线应类似于反比例函数（双曲线在第一象限的一支），相对扭矩特性较好（扭矩与转速呈负相关变化）的热机（主要包括斯特林发动机及分轴式燃气轮机等），内燃机的“扭矩 - 转速”曲线则为上凸的单拱形曲线，对于克服外界阻力矩并不具备过多优势，需通过变速机构进行补偿性调整。 为了使内燃机正常运行，需保证其运行转速高于最低空载转速（亦称“怠速”），怠速通常为最高转速的 1/3 。当外界的阻力矩过大，甚至高于内燃机所能克服的最高扭矩时，会导致无法找到新的力矩平衡点，使得整机转速迅速降低，当该转速降至怠速以下时，会使内燃机被憋停，无法继续运转。相比于传统的手动挡车型，自动挡车型采用了液力变矩器，其遵循的液力传动是一类非刚性传动方式，可有效缓和冲击。 而以涡轮喷气发动机为代表的直接反作用式推进装置则以高温燃气作为推进动力来源，不直接拖动外界负载，仅需使涡轮部分带动压气机部分既可。由于航空燃气轮机空气流量较大，因此通常会使燃烧室内的可燃混合气的空燃比超出稀燃界限，以至于无法正常确保燃烧过程的进行，其过程原理类似于吹熄蜡烛。
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攀登现代制造业的高峰——中国高性能航发和燃气轮机的发展
jiangming800403 2017-5-28 19:31
中国工业化最后三个高地 已有 722 次阅读 2016-3-6 19:19 喷气发动机及燃气轮机、基础电子元器件、原研药这是中国工业化最后三个高地。 “十三五”期间中国要上的100个大项目 转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自赵建民科学网博客。 链接地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-595119-960849.html 上一篇： 水土保持行业确实处在转折关头 下一篇： 中国已经成为最大的第二世界国家 如同 30 年前的家电工业、世纪之交的汽车和高铁设备，我们要给大飞机和高性能航发充分的信任和足够的时间。 20 世纪 80 年代，国产彩色显像管和制冷压缩机的质量同样差强人意。今天华意压缩已经成为全球最大的压缩机生产商，并把分厂开到了国外。中国航发大发展的市场大门正在打开：不仅是航空工业的需求，航发的核心机同样可以用于船用燃气轮机和燃机热电厂。不论航空运输、船舶还是天然气热电联产，中国正在成为世界最大的市场，这也是现在和 80 年代运 10 、涡扇 6/8 下马时候根本的不同。 本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自赵建民科学网博客。 链接地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-595119-1054232.html 上一篇： 没有外来人口，京沪会怎样？兼论易富贤先生 “ 京沪衰落 ” 说不靠谱 转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自赵建民科学网博客。 链接地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-595119-1054404.html 工业和科技革命从根本上是能源和材料的革命。能源和材料革命体现在热机和动力机械方面。热机做功部件的运动方式，可以分为：活塞式往复运动，如蒸汽机、内燃机；转动，如水轮机、风轮机、蒸汽轮机、燃气轮机、涡轮喷气发动机；直线运动（可以看做一种特殊的单线程活塞运动），如枪（炮）弹、冲压喷气发动机、火箭发动机等。和活塞往复运动相比，转动的功率更大，热效率更高。各种涡轮发动机最主要的区别是工质（工作介质）不同，水轮、风轮机是常温下的液体、气体，当然大型水轮机的工作压力可以达到几十个大气压；蒸汽轮机是高压蒸汽，但工作温度也只有 100 多摄氏度。然而燃气轮机和涡轮喷气发动机的工质是高温高压的高速气体，工作温度达到 1000 多摄氏度，甚至更高，而且涡轮叶片的转速也很高，这就使得对材料强度和生产工艺的要求很高，被称为现代制造业皇冠上的明珠。特别是飞机严格控制推重比，航空发动机由于减轻飞机自重的需要，对材料和工艺的要求更为苛刻。 （一）“五大国”的航发山寨了谁？ 对更高飞行速度的追求是涡轮喷气发动机出现的直接动力。虽然，美国的莱特兄弟，被认为是飞机的发明人，但“二战”之前，世界飞机工业和技术的中心在欧洲，特别是英国、德国和意大利。德国在突破了凡尔赛和约的限制以后，航空工业有了很大的发展，出现了一大批航空工业公司，如巴伐利亚 / 梅塞施密特（ Bf/Me ）、福特 . 沃尔夫（ FW ）、多尼尔（ Do ）、海因克尔（亨克尔， He ）、容克（ Ju ）等。二战初期，德制战机在欧洲的天空中具有压倒性的技术优势，从而涌现出一大批空前绝后的空中“王牌”。盟军头号王牌飞行员、苏联的阔日杜布将军（战后晋升，最后军衔是空军元帅）其战绩在第三帝国的空军里根本排不上号。 喷气推进时代的先驱是英国空军工程师惠特尼和德国哥廷根大学的物理学博士奥海因（波尔教授和普朗特教授的高足）。惠特尼开发了第一个实用的涡轮喷气发动机专利，当然国际主流航发三大厂商之一的美国普惠全称也是普拉特 . 惠特尼，这两个惠特尼我曾经迷糊了好久。而奥海因博士则在海因克尔公司制造出第一台可以用的喷气发动机，并装在飞机上，让飞机飞上了天—— He178 。二战期间，由于军事需求，纳粹德国方面对喷气发动机和喷气飞机比较重视，除了海因克尔以外，容克公司、 BMW （宝马）都开发生产出涡轮喷气发动机，西门子试制了涡轮风扇发动机，但没有成功。利用容克公司的发动机，梅赛施密特生产了世界上第一款投入实战的喷气飞机—— Me262 。相比较而言，英国对喷气时代的来临比较迟钝，只是在纳粹德国的压力下，研发了喷气式的“流星”战斗机。但是“二战”后期战略平衡已经极大的倾向同盟国。欧洲上空喷气飞机的追逐，只能掀起无关紧要的几朵浪花。 喷气时代的天空争霸主要是在二战后美苏这两个超级大国之间展开。但是不论美国还是苏联，其最早的喷气推进技术都是建立在英国“尼恩”发动机专利和对纳粹德国相关战利品（包括资料、设备甚至人员）的瓜分上。 国际三大主流航发生产商除了英国的罗罗（罗尔斯 . 罗伊斯，也就是生产豪车的劳斯莱斯）以外，就是美国的普惠（ PT ，不是卖电脑的惠普或者家电厂商惠而浦）和通用电气（ GE ）。除此之外，苏联 / 俄罗斯的发动机设计局最多，和飞机工业一样，航发设计局也是以其创始人或者功勋设计师命名，反映了俄罗斯民族浓厚的英雄情结，比如米库林（ Mikulin ）、图曼斯基（ Tumansky ，都是老牌的航发设计局，后米库林合并入图曼斯基，但如今已经是落日余晖）、留里卡（ Lyulka ，为 SU 系列飞机配套的后起之秀，也是解体后活得最滋润的俄罗斯航发企业）、克里莫夫（ Klimov ，在圣彼得堡，伊索托夫总设计师时代转型研发涡轮、涡轴发动机，也称伊索托夫设计局，但也设计了 RD33/93 涡扇发动机，今天和留里卡设计局一同成为俄罗斯航发工业的核心——土星公司的一部分）、索洛维耶夫（ Soloviev ，前身是 Shvetsov 设计局，今天是彼尔姆航空科研生产联合体）、库兹涅夫（ Kuznetsov ，主要为大型运输机、轰炸机配套发动机，今天已经半死不活）。另外苏联解体时候分家，伊甫琴科（ Ivchenko ）设计局被分到了乌克兰，主要为安东诺夫系列的大型运输机配套涡桨、桨扇发动机，但同库局一样，死不了活着也不易。 最为老牌的资本主义国家，喷气推进技术的摇篮，西欧国家当然不愿意在天空中被边缘化。但是，英德虽然是涡轮喷气发动机的诞生地，战后，英国虽然在政府主导下，航发工业被合并重组进入罗罗公司，但英国国家战略已经放弃了完整的航空工业体系。由于国内和国际政治原因，德国航空航天工业发展受到了很多限制，纳粹德国的飞机、导弹和喷气推进技术遗产（包括资料、设备甚至人员）作为战利品被相关国家瓜分。战后，德国政府支持戴姆勒奔驰宇航工业公司（ DASA ）重整了德国的航空工业，戴姆勒本茨不仅生产汽车 !DASA 现在是“空中客车”及其母公司“欧洲空天防御”及“欧洲导弹公司”的重要组成部分。当然，在欧洲国家中，对喷气推进技术最有兴趣的还是法国，法国“空中客车”及其母公司“欧洲空天防御”中居于核心地位。但是法国本土公司（斯奈克玛， SNECMA ）的设计技术并不是很高明，在联合国“五强”中可能仅仅高于中国，需要外来技术的支持。 当然，在民用燃气轮机及相关燃机发电设备当中欧洲的西门子可以和美国的通用电气分庭抗礼，而且在这方面日本的三菱重工也不容小觑。 由于历史原因中国的航空发动机一开始就有苏联（实际上是英德）血统。 （二）欲速不达，中国航发的经验教训 “一五”时期苏联援华的 156 项中，既有沈飞这样的整机组装厂，也有沈发（黎明厂）这样的航空发动机厂。虽然在喷气推进时代里，中国人已经迟到了十几二十年，但是在苏联专辑的无私援助下，中国航空工业跨越了活塞螺旋桨动力直接进入了喷气推进时代，在很短时间内仿制成功了 MIG17/19 （歼 5/6 ）即相应的发动机。歼 5 的发动机涡喷（ WP ） 5 原型是 VK1 ，也就是克里莫夫设计局仿制的英国尼恩发动机。 WP6 的原型则是图曼斯基设计局研制的 RD9b 。 进入 1960 年代，中苏关系开始别别扭扭，面对南北两个方向超级大国的战争威胁，中国航空工业开始仿制、研制轰 6 、运七、运 8 、运 9 、运 10 、歼 7/8/9 等新机型。但是离开了苏联的技术援助，本国的基础工业又过于羸弱，新机型型号过多、技术指标过高，结果是欲速则不达，经过 20 多年，最终是搞出来轰六、运 7 、运 8 、歼 7/8 。由于缺乏先进发动机，歼 9 、运 10 等项目最终是无疾而终。 在一个自行车还没有普及的国家，运 10 那样的大飞机是很超前了。运 10 首飞的时候，国土防空型战斗机歼 7 、歼 8 还没有形成全天候战斗力，采用涡桨动力的运七、运 8 ，也没有完善。运 10 的本意是军转民，以军事工业推动民品研发和产业升级。轰六的原型机是苏联的图 16 轰炸机，而苏联在图 16 的基础上不仅很快搞出了图 22 轰炸机，也搞出了图 104 喷气式客机，在图 1*4 系列客机中甚至有可以和“协和”飞机相提并论的图 144 超音速客机。但是基于 20 世纪 70-80 年代中国的工业技术和社会需求，特别是尚处于幼年的航空工业而言，运 10 是目标远大、力有不逮。中苏关系破裂以后，由于似乎近在眉睫的战争威胁，中国空军被迫走上一条以国土防空为主“一条腿走路”的原则，在歼轰七（飞豹 /FBC ）服役以前，中国的攻击航空兵长期以来只有基于歼 6 技术的强 5 以及轰 5 ，后来才有轰 6 ，强 5 与轰 6 生产服役了几十年。 20 世纪 60 年代中国的航空工业在忙于扩大歼 6 的战备规模的同时，还仿制和放大 MIG21 ，也就是歼 7 和歼 8 ，歼 7 和歼 8 的早期型号的动力是 WP7 ，即仿制的图曼斯基 RD11 发动机；另外还搞出了用于轰六的 WP8 ，即仿制的图曼斯基 AM3 发动机（似乎属于原米库林设计局的发动机序列）。 歼 8 的晚期改型采用的是全国产的 WP13 和 WP14 昆仑，特别是昆仑发动机其性能指标可以是人类涡喷动力的扛鼎之作，但是现在喷气推进领域的主流是涡扇发动机， WP14 昆仑只能算涡喷发动机的落日余晖。但是，实际上，涡扇发动机也只是在亚音速条件下效率最佳，高空高速性能可能还比上涡喷。作战半径短对国土防空也不是非常致命的。人类有史以来飞得最快的米格 25 战斗机就是采用涡喷发动机。实现了“双 2.5 ”的歼 8 也是我国我军所有飞机中飞的最高和最快的。换装了大功率发动机和新一代航电设备与空空导弹以后，歼 7/8 的晚期改型已经达到了 2.5+ 战机的水准 ，目前 歼 8 和 WP14 昆仑还都在生产，花费了很大力气研发的 WP14 不应该很快被淘汰。终极的“长须鲸”应该可以成为类似“狐蝠”（米格 25 ）与 “ 捕狐犬 ” （米格 31 ）的高空高速截击机，如果携带远程导弹也可以封锁大面积的空域与海域。 另外为了给基于安 24/12 的两种中短途运输机 —— 西飞的运 7 和陕飞（在汉中）的运 8 配套， 20 世纪六七十年代，中国的航发工业还仿制生产了两种涡桨（涡轮螺旋桨）发动机—— WJ5/6 ，原型机分别是 伊甫琴科 设计局的 AL24/20 。涡桨发动机在我国航发工业中型号比较少，但研发比较成功，基本上满足了运输机的发展需要， WJ5/6 还有用于轻型运输机、多用途飞机——运 11/12 的 WJ9 ，和用于直升机的各型号的涡轴（ WZ ）发动机。 除了冲压喷气发动机以外，涡喷、涡扇和涡桨发动机结构有很大的一致性，都有内外两个进气涵道，内涵道主轴上从前到后依次是压气机（螺旋桨）、燃烧室、涡轮、尾喷管。实际上除了涡喷以外，涡扇和涡桨发动机都不是纯粹的喷气发动机，推力不仅仅来自尾喷管。涡桨发动机推力主要来自于螺旋桨，介于活塞螺旋桨与喷气发动机之间，也可以认为是一种特殊的涡扇发动机。涡扇发动机则介于涡桨与涡喷之间，与涡喷的主要区别是首部压气机（风扇）的直径比后部压气机要大得多。与涡喷发动机相比，涡扇发动机也只是在亚音速条件下燃料利用效率高，飞机作战半径和航程增加，低空条件下的机动性也较好，具有速度、效率（航程）和机动性优势的统一，符合第三代喷气飞机的设计要求，而且经历了两代涡扇发动机的发展，到 20 世纪 60-70 年代，第三代涡扇发动机在技术上也日臻成熟，所以 20 世纪 70 年代以后，涡扇动力成为了现代喷气飞机，不仅是战斗机，也包括轰炸机、客机以及一部分运输机的首选。 中国航发工业第一台涡扇发动机，是在 WP6 基础上试制的 WS5 ，带有实验性质，没有实际投产。后来，为了配合歼 9 、运 10 等项目，又在基本从零开始的基础上，进行 WS6/8 的研制，经过 10 多年的摸索，生产出样机，但是发动机工作的稳定性和使用寿命都不能满足目标要求。当然像爱迪生发明电灯的关键问题是验证了几千种材料不适合做灯丝，只要投入足够的时间和资金，这些问题应该可以最终解决。就但是在 20 世纪 80 年代，并没有解决这些问题的国家意志和投入。即使三十年后的今天，能进入航发俱乐部的也只有少数几个国家，日前， 印度也放弃了已经持续多年的先进航发自主研发项目。 不能全面出击、十个指头打人、欲速则不达，这也是我国航发工业发展的经验教训 。 （三）以我为主，引进吸收，自主创新 我国涡扇发动机的另一个技术源头，是在冷战后期中国与西方的蜜月时期，引进的西方国家的第二代涡扇发动机。在前期经验教训和技术积累的基础上，又用了 10 几年的时间，西安航空动力公司（红旗厂）基于英国罗罗公司的斯贝 MK 发动机，研制了 WS9 秦岭；沈阳黎明公司基于美国 GE 的 CFM56 （ F101 ），研制了 WS10 太行。 WS9 秦岭主要用于歼轰七（飞豹， FBC1 ）， WS10 太行主要用于歼 11 等。 苏联解体前后，中苏关系正常化。特别是解体以后，俄罗斯军工订货锐减，民航市场被蚕食。俄罗斯航空工业继续开拓市场，而中国空军与世界先进水平的差距持续拉大，双方在航空产品与技术方面的合作形成了默契。苏霍伊设计局及与其配套的航发厂商依靠亚洲市场（主要是中国和印度）成为了前苏联航空军工企业中活得最滋润的几家。俄罗斯的航发型号如 AL31F （留里卡 - 土星科研联合体，莫斯科礼炮航发联合体，主要用于 Su27 机族）， RD33/93 （圣彼得堡克里莫夫设计局，用于中国为巴基斯坦研制的“枭龙”战机）、 D30 （索洛维耶夫设计局，用于伊尔 76 ，也用于国产轰六最新型号和“大运”）又在国内军迷之中耳熟能详。 国产大型水力火力发电设备和高速轨道交通装备的研发道路都是 以我为主、引进吸收、博采众长、系统集成再创新，立足国内市场、基于海内外需求，在短短 10 几年的时间内，走出一条“引进来、走出去”的跨越式发展道路 ，航空发动机及相关的民用燃气轮机、燃机热电装备也理应如此。 目前，实际上国际航发和民用燃气轮机市场，特别是在俄罗斯与乌克兰是供过于求的，特别是其重型发动机的设计局——库兹涅夫、伊甫琴科的日子都很艰难，半死不活。俄罗斯航发企业中比较景气的莫斯科礼炮航发联合体曾宣布研制一款适合 3500 米以上高原机场的发动机，因为俄罗斯根本没有这种海拔的机场，因此，普遍被认为是某国投资研发的。中国目前研发的高性能航发如 WS13 （泰山，贵州黎阳仿制的 RD33/93 ，主要用于歼 10 、枭龙战斗机等）、 WS15 （峨眉，四代重歼的配套动力）、 WS18 （ D30 的国内生产型）、 WS20 （用于大型运输机、轰炸机的重型航发）可能都有俄罗斯航空工业的影子。乌克兰继承的苏联军事重工遗产仅次于俄罗斯，在航空方面研制了安 70/124/225 及相应的重型航发的“安东诺夫”、“伊甫琴科 - 进步”联合体， 在迷茫的乌克兰 不具有发展壮大的国家意志和市场空间，急需要寻找出路。 在 C919 首飞之际，中国商飞与俄罗斯联合飞机制造公司，宣布成立合资公司“中俄商飞”合作研制真正的双通道宽体大飞机—— C929 ，及配套的零部件。“中俄商飞”其实也可以叫“大陆商飞”—— ABC 中真正的“ C ”这里面既寄托了中国大国崛起的雄心，也有俄罗斯航空工业复兴的希望。 虽然存在着对华高技术封锁的“巴黎统筹”，但是民航技术与军用发动机还是存在一定的差异，中国与西方联合生产民用航发和燃气轮机、燃机热电设备的可能性依然存在。其实，只要中国制造进入某一领域，即使技术不是最先进，西方国家对华的技术封锁就会放松。 （四）航发和燃气轮机广阔的市场空间 中国产航发和燃气轮机，特别是燃机热电设备的 国内外的市场空间至少可以增长一个数量级 ，是重要的新的经济增长点 ，而且飞机、航发、燃气轮机制造所需要的机械设备，也为我国目前尚在史无前例的的不景气周期中挣扎的装备制造业提供了新的市场。 中国飞机和航发工业不仅面临着“进口替代”的问题，其实也有面对人口和需求迅速增长的第三世界非主流市场的“出口导向”，这部分市场需求是波音和空客鞭长莫及的，和中国航空竞争的主要是加拿大的庞巴迪（怎么又是庞巴迪，加拿大的 G7 看来并不是浪得虚名）、巴西航空、欧洲的多尼尔等（多尼尔已经在中国建立合资企业）。中国虽然不是航空工业强国， 但是在轻型通飞和支线客机方面还是具有一定的市场竞争力的，从运 5 、运 11/12 、小鹰 500 ，到新舟 60/600/700 和 ARJ21 ，到 C919 ，已经形成了很全面的机种结构。另外市场军用飞机的厂商可能更少，现在的战斗机越来越先进，越来越昂贵。很多中小国家已经很难买得起军用飞机。 F16 被称为国际战斗机，但是很多亚非穷国买不起也用不起 F16 ，所以在第三世界更加物美价廉的米格飞机可能更流行， MIG17/19/21/23 等等。其中 MIG19 （中国产歼 6 ）是经过了越南和南亚战场实战考验的“第三世界战斗机”，也为中巴军事装备合作奠定了良好的基础。但是现在 F16 和早期型号的米格飞机基本停产， F35 虽好（ F22 是非卖品），但是能买得起 F35 的国家更少，像巴基斯坦这样的国家也不能大量装。这也是巴基斯坦联合中国和俄罗斯 Mig 公司联合研发枭龙战斗机的重要原因。对于一些更穷的国家，枭龙战斗机也可能太贵了，他们不需要超音速，需要的可能是中航工业的 L9 山鹰教练机、 L15 猎鹰高教机这样有一定空战和对地攻击能力的飞机。甚至着急的时候，像运 5 这样的轻型多用途飞机也可以挂上炸弹和机枪打击地面上的叛乱武装。 随着天然气作为能源广泛应用，燃机发电设备的需求量也在迅速增加。天然气可以提供清洁电力，燃气轮机可以灵活启闭，可以用作电网中的调峰点源。但是目前燃机电厂设备大量依赖进口，成本太高，调峰点源工作时间少，因此，很不经济。目前除了中国航发以外，国内从事燃气轮机及燃机热电装备研发生产的还有船用动力巨头——中船重工股份、上海电气、南京汽轮电机，传统的火电与水电设备制造商——哈尔滨电汽与东方电汽对燃机发电领域也跃跃欲试。在可以预见的将来，国内燃气轮机和燃机发电领域可能存在激烈的竞争，但是中国制造应该避免内讧、形成合力、一致对外。 在航发、燃气轮机、燃机热电等热力动力设备领域，未来在中国可能生产四个生产基地。华东：主要是民用和船用动力，以生产民品的海电气、南京汽轮电机为主。东北：中国航空发动机的摇篮——沈阳黎明公司，以涡桨发动机和直升机动力为主导的哈尔滨东安动力，还有大型电站设备生产商——哈尔滨电气和一重机。西部：西安航空动力公司（红旗）、成都航空发动机公司（成发），以及大型电站设备生产商——东方电气。南方：贵州黎阳、株洲南方航空动力（主要生产涡桨发动机和直升机动力，洪都、昌河等的配套厂）
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未来大行情-丙烷脱氢制丙烯
yanhuasanman 2016-3-17 21:49
石油裂化制烯烃随着经济发展和原油未来价格上涨慢慢的开始退出历史，慢慢的淡化，减产，，页岩气的大发展促使丙烷的大发展，丙烷的发展必然带来丙烯的发展。聚丙烯PP被大家认可，接受，应用和研发应用越来越贴近生活，pp大环境，大需求，未来丙烯市场依然供不应求，丙烯依然处于大环境，有利润的空间中。丙烷脱氢依然有气候，依然大有可为。 技术都差不多，差的就是设计的和运行的综合能耗，综合成本。每个工艺的设计与实际运行工况都存在差异，运行的实际中能把综合成本降下来，在竞争的大环境中可以乘风破浪，优势明显。 下节谈谈燃气轮机未来在化工生产中的应用，怎么才能做到优化能耗！
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[转载]转 .[转载]“十三五”期间中国要上的100个大项目
热度 1 luzeyuan 2016-3-6 19:39
　1、航空发动机及燃气轮机。 　　2、深海空间站。 　　3、量子通信与量子计算机。 　　4、脑科学与类脑研究。 　　5、国家网络空间安全。 　　6、深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统。 　　7、种业自主创新。 　　8、煤炭清洁高效利用。 　　9、天地一体化信息网络。 　　10、重点新材料研发及应用。 　　11、在优势科研领域设立一批科学家工作室。 　　12、在重点学科领域培养扶持一批青年拔尖人才。 　　13、培养1万名精通战略规划、资本运作、质量管理、人力资源管理、财会法律等专业知识的企业经营管理人才。 　　14、引进1万名左右海外高层次人才回国（来华）创新创业，遴选支持1万名左右急需紧缺的国内高层次人才。 　　15、每年培训百万名高层次、急需紧缺和骨干专业技术人才。 　　16、在全国建成一批技能大师工作室、1200个高技能人才培训基地，培养1000名高技能人才。 　　17、确保建成高标准农田8亿亩、力争10亿亩。 　　18、建设国家种质资源收集保存和研究体系。建设海南、甘肃、四川等国家级育制种基地和100个区域性良种繁育基地。 　　19、新增高效节水灌溉面积1亿亩。 　　20、建设500个全程机械化示范县，主要农作物耕种收综合机械化率达到70%左右。 　　21、实施“互联网＋”现代农业。 　　22、建立农产品质量安全监管追溯信息系统。 　　23、实现“百县千乡万村”农村一二三产业融合发展试点示范工程。 　　24、加快大型飞机研制。 　　25、发展新一代和重型运载火箭、新型卫星等空间平台与有效载荷。 　　26、发展深海探测、大洋钻探、海底资源开发利用、海上作业保障等装备和系统。推动深海空间站、大型浮式结构物开发和工程化。 　　27、研发新一代高速、重载轨道交通装备系统。 　　28、研制高档数控机床。 　　29、大力发展工业机器人、服务机器人、手术机器人和军用机器人。推动人工智能技术在各领域商用。 　　30、开发适应各种耕作条件的先进农机产品。 　　31、研制核医学影像设备、超导磁共振成像系统、无创呼吸机等高性能医疗器械。 　　32、开发应用具有中医特色优势的医疗器械。 　　33、研制先进化工成套装备。 　　34、培育集成电路产业体系，培育人工智能、智能硬件、新型显示、移动智能终端、第五代移动通信（5G）、先进传感器和可穿戴设备等成为新增长点。 　　35、加速推动基因组学等生物技术大规模应用。 　　36、加速北斗、遥感卫星商业化应用。 　　37、发展储能与分布式能源。 　　38、大力发展形状记忆合金、自修复材料等智能材料，石墨烯、超材料等纳米功能材料等高端材料。 　　39、全国新能源汽车累计产销量达到500万辆。 　　40、建设高速大容量光通信传输系统。 　　41、建设物联网应用基础设施和服务平台。 　　42、支持公共云服务平台建设，布局云计算和大数据中心。推动贵州等大数据综合试验区建设。 　　43、加快国家统一电子政务网络建设应用。 　　44、打造电子商务国际大通道。 　　45、构建国家网络安全和保密技术保障体系。 　　46、高速铁路营业里程达到3万公里，覆盖80%以上的大城市。 　　47、加快推进国家高速公路网建设。新建改建高速公路通车里程约3万公里。 　　48、建设川藏铁路等沿边铁路。 　　49、建成北京新机场。新增民用运输机场50个以上。 　　50、大力推进上海、天津、大连、厦门等国际航运中心建设。提高港口智能化水平。 　　51、建设城市群交通圈。 　　52、新增城市轨道交通运营里程约3000公里。 　　53、实现村村直接通邮。 　　54、加快构建车联网、船联网。 　　55、推动驾驶自动化、设施数字化和运行智慧化。 　　56、建设高效智能电力系统。 　　57、对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造。 　　58、开工建设常规水电6000万千瓦。 　　59、核电运行装机容量达到5800万千瓦，在建达到3000万千瓦以上。 　　60、推动致密油、油砂、深海石油勘探开发和油页岩综合开发利用。 　　61、建设水电基地和大型煤电基地外送电通道。 　　62、建成国家石油储备二期工程。扩大天然铀储备规模。 　　63、农田有效灌溉面积达到10亿亩以上。 　　64、建设引黄入冀补淀、引江济淮、引汉济渭、滇中引水、引大济湟、引绰济辽等多项重大引调水工程。推进南水北调东中线后续工程建设。 　　65、建设西藏拉洛、浙江朱溪、福建霍口、黑龙江奋斗、湖南莽山、云南阿岗等大型水库。 　　66、建设西江大藤峡、淮河出山店、新疆阿尔塔什等流域控制性枢纽工程。 　　67、基本完成流域面积3000平方公里及以上的244条重要河流治理。 　　68、推进1亿左右农业转移人口和其他常住人口在城镇落户。加快推进约1亿人居住的棚户区和城中村改造。引导约1亿人在中西部地区就近城镇化。 　　69、培育形成一批功能完善、特色鲜明的新生中小城市。 　　70、发展具有特色资源、区位优势和文化底蕴的小城镇。 　　71、建设一批新型示范性智慧城市。建设一批示范性绿色城市、生态园林城市、森林城市。 　　72、建设海绵城市。 　　73、建设地下管廊（网）。 　　74、农村自来水普及率达到80%。 　　75、实施特殊类型地区发展重大工程。 　　76、在胶州湾、辽东湾、渤海湾、杭州湾、厦门湾、北部湾等开展水质污染治理和环境综合整治。 　　77、突破“龙宫一号”深海实验平台建造关键技术。 　　78、在北极合作新建岸基观测站，在南极新建科考站，新建先进破冰船，提升南极航空能力。 　　79、逐步形成全球海洋立体观（监）测系统。 　　80、实施重点用水单位监控工程。 　　81、建设50个工业废弃物综合利用产业基地。 　　82、工业污染源全面达标排放。 　　83、新增用气450亿立方米，替代燃煤锅炉18.9万蒸吨。 　　84、对江河源头及378个水质达到或优于III类的江河湖库实施严格保护。 　　85、开展1000万亩受污染耕地治理修复和4000万亩受污染耕地风险管控。 　　86、建设5座中低放射性废物处置场和1个高放射性废物处理地下实验室。 　　87、推进青藏高原、黄土高原等关系国家生态安全核心地区生态修复治理。 　　88、建设大尺度绿色生态保护空间和连接各生态空间的绿色廊道。 　　89、推进边疆地区国土综合开发、防护和整治。 　　90、新增水土流失治理面积27万平方公里。全国湿地面积不低于8亿亩。 　　91、发展特色产业，实现3000万以上贫困人口脱贫。发展劳务输出，实现1000万人转移就业扶贫。对“一方水土不养一方人”地区约1000万贫困人口实施易地搬迁。 　　92、改造建设百万公里农村公路。 　　93、让未能升学的贫困家庭初高中毕业生都能接受职业教育。将所有符合条件的贫困家庭纳入低保范围。 　　94、义务教育学校标准化。实施高中阶段教育普及攻坚计划。加强普惠性幼儿园建设。 　　95、重点支持若干所高校和一批学科进入世界一流行列。 　　96、推进共建“一带一路”教育行动。 　　97、重大慢性病过早死亡率降低10%。每县重点办好1-2所县级公立医院。打造30分钟基层医疗服务圈。 　　98、青年体质达标率达到95%%以上。 　　99、实施中华古籍保护计划。 　　100、建设讲好中国故事队伍。
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