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2 航改燃气轮机发展状况
航空改型燃气轮机是在航空发动机上加上动力涡轮而制成的,其设计、制造是按飞机发动机的要求,追求的是体积小、重量轻、加速快,所以对燃料、润滑油和环境条件的要求比工业型燃气轮机要高,大修周期短、使用寿命短,因此操作费用也高。改型后的机组多用于备用工况。
航空改型燃气轮机最初由全球重点航空发动机企业,根据公司的典型航空发动机改型而来。
20世纪60年代末,GE研制出以涡轮风扇发动机改装成的机组,型号为LM2500,机组效率达到了34%(现已高于35%)。它标志着新一代的航机开始被改装用于工业及舰船。80年代以后,由CF680C2、Trent、GE90、PW4000等大型航空发动机派生出第三代航改燃机,其压比达25,效率达45 %,TIT1450℃左右,其典型代表有LM6000、工业Trent,FT4000等。第三代航改燃机运用航机积累的各种新技术、新材料及新设计,吸取前期航改燃机的使用经验,使其可靠性、维修性更好,污染控制更完美,加之更加宽广的功率范围,其应用前景更加广阔。随后,英国罗罗公司、美国普惠公司等著名的航空发动机制造商都剥离其燃气轮机业务,并分别出售给西门子和三菱公司,航改燃气轮机业务又逐渐收归于燃气轮机三大巨头手中。
除了燃气轮机三大巨头,航改燃气轮机还不得不提到乌克兰以及俄罗斯的燃气轮机产业。乌克兰的曙光-机器设计燃气轮机科学生产联合体,曾经出产过苏联50%以上的船用燃气轮机,其生产的UGT系列燃气涡轮,在独联体国家中处于垄断地位。
图4:国内外典型航改燃气轮机性能参数对比.
中国的航机改型工作是从1974的WJ6G1燃气轮机开始的,由南方航空动力机械公司与民用部门协作完成。20世纪80年代,常州兰翔机械总厂在WZ6涡轴发动机的基础上改型设计了WZ6G燃气轮机,以燃用煤油、轻柴油以及天然气等作燃料。1982年,以西安航空发动机公司为主,将60年代后期英国研制的Spey MK202涡扇发动机改型为舰船用燃气轮机Marine 410A。沈阳发动机设计研究所和沈阳黎明发动机公司合作研制的“昆仑”航空涡喷发动机和是国产最先进的航空发动机。QD128燃气轮机是在保持“昆仑”航空涡喷发动机基本结构的基础上改装的。QD185燃气轮机是由中航工业动力所、中航工业黎明等单位联合开发和制造的中等功率工业型燃气轮机,该型燃气轮机采用了性能先进、技术成熟的第三代航空发动机为核心机,并重新设计了高效率、大裕度的压气机和高性能的动力涡轮,整体性能优异。
经过40年的研制和生产,国内企业在航改燃机方面积累了不少经验,对今后的改型工作具有指导和借鉴的意义,更重要的是培养和锻炼了一批航空科技工作者。但也必须看到,我国航改燃气轮机的性能与国外先进水平之间还存在明显的差距。我国航改燃气轮机的压比一般在5~15,热效率在20%~30% ;而国外航改燃气轮机的压比达15~34,热效率高达32%~42%。
3 微型燃气轮机发展状况
目前,微型燃气轮机发电机组的发电率已达到30%,工作寿命长,运行的维修费用大大低于现广泛应用的柴油发电机组。现在微型发电机组已经广泛用于分布式供电,热电联供和试用于车辆混合动力等。
在国外,随着高效回热器由军用转入民用,微型燃气轮机的发电效率显著提高。另外,由于近年来随着全球范围内的能源与动力需求,特别是电力系统的放松控制以及环境保护等要求的变化,微型燃气轮机得到了电力、动力等有关部门的高度重视,特别是在美、欧等国发展迅猛,大有与大中型燃气轮机共占市场的势头。
目前美国和日本都有多家企业在积极开发制造相应的设备。在美国,卡普斯顿公司已制造出65千瓦级微型燃气轮机发电装置,发电效率达到26%,年产量1万台。日本的多家企业,如东京电力、丰田汽车、三菱重工、出光兴产、东京瓦斯和大阪瓦斯等公司,都在使用美国卡普斯顿公司的技术开发热电并用型系统。
我国在微型燃气轮机的研制上起步较早,如1970年南京汽轮机电厂制成37kW燃气轮机;1972年杭州汽轮机厂、青岛汽轮机厂共同研制200kW燃气轮机,研制的3K42型燃气轮机可与20~30kW发电机组成移动电站。
但由于各方面原因,我国微型燃气轮机研发水平尚有待发展,也尚未形成真正的产业。国内对超微型燃气轮化(MGT)也有了初步的研究和探索,主要集中在数值模拟领域,并取得了一些成果。在科技部、国家自然基金委、教育部和总装备部的资助下,微型动力系统的研发也在着手进行中。
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GEVernova2024第一季度财报出炉
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