Industry News

行业新闻

20200510-燃气轮机母型与自主化研制

 

--转自燃气轮机动力之源

什么是母型?通俗的讲,就是在设计过程中,将已有设计作为 “蓝本”,进行调整或改进,以更好满足新产品需求。在不少领域都有母型的概念。比如,航母总体设计基本方法之一,就是母型设计,选择经过服役考验的优秀舰船作参考,通过新设计,提高技术先进性、可靠性,更好满足作战需求。


 https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMRYgf1icYJEibIseJKrIVygZbJm8ibCb3tbBpBkicoTqyTicbIdZcZajZhPgA/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

在航空发动机领域,随着对发动机性能和可靠性要求越来越高,发动机研制难度不断增高,全新研制航空发动机的技术风险很大,成本也非常高。20世纪六七十年代以来,各先进航空发动机国家实施了一系列研究计划,采用“核心机+技术验证机”的技术途径。以一系列不同空气流量或增压比等级的核心机为平台成功验证了先进燃气涡轮发动机技术,并以此为基础研制了多种军、民用发动机,逐步走上了一条以核心机衍生发展、系列发展、提前发展的道路,从而很好地解决了先进航空发动机研制的成本、风险、可靠性等问题。

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMRhibrc49lqhTpY0VickKLP2p73VEqqLs9hwKT82E8ZqCMwpTwtFv40F6A/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

如罗罗公司的AE3007H涡扇发动机、AE2100J涡桨发动机、T406系列卧轴发动机,就是在涡轴发动机T406的基础上发展起来的,分别配装美国全球鹰长航时战略无人侦察机和巴西EMB-145支线客机、美国的C-130J大力神运输机和美国的V-22鱼鹰倾斜旋翼机。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMR8COuZRMVHPxgJxSJEbYPAjsKf9SQASr5BJM11IOdRibyy2Ih6UQ2fyw/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

在重型燃气轮机领域,纵览全球发展历史,发展相对更高性能(压比、流量)的燃气轮机压气机,是在原来性能比较优秀但是压比和流量却较低的压气机的基础上,采用模化放大、前后加级的办法,或者,在母型的基础上提高转速、改变内外径,或按规定准则改变部分通流尺寸,以至修改它的一些级,形成新的参数更高的气动状态的母型。


GE公司最初用于重型燃气轮机的轴流压气机,是在上世纪40年代中期利用开发TG180航空发动机的经验基础上进行设计的。到40年代后期,其原动机也是根据TG180航空发动机设计而成的,计划用于输油输气管线和工业动力。这台最早的MS3002原动机是一台5000hp的燃气轮机,压气机空气流量37kg/s。后来一家天然气公司偶买了28台,经过了30年的运行,积累了超20万小时的平均累计运行时间。1955年开始设计新型压气机,叶片型线在原有NACA65系列叶型基础上改进,增设了压气机放气口;后来,又进一步提高转速,利用进口导叶,使得空气流量进一步增大,成为MS5001机型的基本结构,步入现代压气机行列。后来不断改进,先后经历了MS5001M、MS5001N、MS5001P、MS7001A/B、MS9001B等机型。

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMRDicCskdt20icuoC5aoLGd6Eg2JyIvdCbGTkEZhn1GUyyv3fibKld4Tbgg/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

 

9FA和6FA机型是按照MS7001FA机型直接比例法设计而成,1992年根据MS7001F模化放大设计MS9001F,功率211.07MW;MS7001FA,功率158.09MW;1994年设计了MS7001EC,功率116MW和MS9001EC,功率169.2MW。1996年模化放大设计制造成MS9001FA,功率222MW。https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMRS8SvLRRrZyZ6ibUZLy1TK9WTJibzaw1CkezniaY3KsGoKR6KVLyKQwBqw/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

 

GE公司早期研制的H型燃气轮机压气机为18级压气机,由CF6-80C2航空发动机衍生而来,CF6-80C2航空发动机以2.6:1的比例放大为7H,以3.1:1的比例放大为9H,并在CF6-80C2航空发动机的后部增加了4级压气机叶片。 

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMR5D1O3Bg53MQkic1a6uw8cy3cFG0mEBsE0doqol70KspW7ibdicGaUFWcg/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

三菱的H-25型燃气轮机的技术也是源自GE的MS5001,H-80型燃气轮机,就是从H-25型燃气轮机放大设计而来的。该燃气轮机的压气机为H-25型的压气机放大设计,压比从H-25的14提高到了17。

西门子V84.3A燃气轮机15级压气机的母型是PW4000航空发动机,具有相似的通流能力和相同的压比,并采用普惠公司的计算程序对压气机的动叶和静叶进行了重新设计和优化。1994年研制出第一台V84.3A机组,之后以V84.3A为母型,发展了240MW的V94.3A机组和70MW的V64.3A机组。


SGT-8000H燃气轮机是西门子在并购西屋公司的发电设备部后,综合了其自身原有的V系列燃气轮机和西屋公司W系列燃气轮机的先进技术,应用了V94.3A燃气轮机的转子、透平气流通道等设计,应用了W501F的压气机设计等。燃烧室设计继承了W501F(SGT6-5000F)系列燃气轮机逆流环管式燃烧室及多喷嘴结构,并局部优化发展起来的。


https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMRj09WCCO16qzCebmstD5fmiad5Z26S6MqsEppBxNibYoYpawNc9iciamQyQ/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

 

在舰船动力和工业燃气轮机领域,GE公司在1967年之前,主要销售由J79发动机衍生的LM1500和由T58发动机衍生的LM100两种中小功率燃气轮机。随后,为满足更大功率更高效率非航空产品市场需求,GE开始在TF39/CF6大推力级发动机的基础上研发LM2500舰船动力与工业燃气轮机。 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMRZibQNgZ9XsPwdeUPy8jW7sHicsJqsYvibhqUvEZZnatb3mgxIP3lWNziag/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1J79发动机



道生一,一生二,二生三,三生万物...母型机是经过大量的、反复的设计、试验得出的,凝结着一代又一代研制人员的心血。在现代,如果没有母型而直接研制一款高性能燃气轮机,无疑是天方夜谭、痴人说梦。母型是源,母型是根。没有母型,寸步难行!就我国燃气轮机自主化而言,如果要在短短几年内实现研制目标,是否有母型、母型是否合适是决定研制成败得失的决定性因素。

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/FdLib9Bj4XO4f8Pbe936REeuYWc32cdMR46nO5iajCIic5SdALNpHbKpP9DjQTrKA2w9RJGSgCsjC34XnlicabicWxw/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

几十年来,国内各大燃机企业和研究机构,在先进燃气轮机技术的消化吸收方面做了大量的工作,综合实力不断进步。它山之石可以攻玉,国内外多年来积累的经验和教训,是燃气轮机自主化研制广义上的“母型”。当前,在建立燃气轮机核心技术自主创新体系的进程中,如何充分借鉴已有经验和成果,真正发挥出举国体制的优势,集中力量攻坚克难,考验着我国燃气轮机行业尤其是顶层设计者们的智慧!


俗话说失败乃成功之母,研制的道路不可能一帆风顺。不过,方向对了,努力才有意义,方向对了,才不怕路远!祝愿中国燃气轮机自主化研制行稳致远!