中国重型燃气轮机惊天逆袭：打破欧美80年垄断，055将再无短板！

点击：  作者：百科密码    来源：今日头条  发布时间:2024-07-05 16:13:33

 

2023年3月，当国产F级重型燃气轮终于突破了50兆瓦大关时，无数人雀跃，跨越80年之久，中国从此打破国外垄断。

 

不少军事专家都兴奋地表示，从此我国055驱逐舰再也没有短板了。可如今国产重型燃气轮机，已经远远不止满足于几十兆瓦的程度了，而是一再冲破极限。

 

 

那么，重型燃气轮机究竟是什么？为何很多人都觉得它正式投用后，就能让我们的055大驱变得完美无缺？如今我国的重型燃气轮机究竟发展到什么程度了？

 

燃气轮机:21世纪的能量巨兽

 

所谓重型燃气轮机，其实你可以理解为一个超大号的发动机，你家里的汽车发动机被放大了数百倍，成为一台巨大的机器，这就是重型燃气轮机。

 

它是一种能把燃料的能量转化为机械能的设备，主要用于发电、船舶推进和工业驱动等领域。

 

 

重型燃气轮机的基本结构可以分为三个主要部分：压气机、燃烧室和涡轮，其基本工作原理也是围绕这三个部分。

 

首先是压气机，你可以把它想象成一个超级强力的自行车打气筒。它的作用是把大量的空气吸入后压缩，就像打气筒把空气压进轮胎一样。

 

而压缩后的气体将会被送往燃烧室，在这里它会遇到燃料（通常是天然气或者柴油），气体将会被瞬间点燃，产生高温气体。

 

 

这些蕴含着极高能量的气体在流经涡轮时，其内部的能量便会推动涡轮旋转，涡轮叶片和发电机相连，转动的叶片驱动发电机发电，把热能转化成机械能。

 

你别看这就是一个大号发动机，这个“发动机”可大有作用了。

 

 

燃气轮机能够快速启停和调节负荷，对于应对电力需求的快速变化具有显著优势。此外，燃气轮机燃烧的天然气等清洁能源，排放的污染物较少。

 

我国首批055型驱逐舰的燃气轮机，已经用了8年，性能虽然也不差，但多年来一直被诟病体积大、维护成本高这两个问题。

 

055的最大航速要保持在30节以上，如果用旧的燃气轮机，需要装四台。换成新的F级50兆瓦燃气轮机，就只需要两台。

 

美、英以及苏联在上个世纪都不约而同的选择了“全燃推进”路线，战舰上大规模装备燃气轮机作为动力，这主要是因为燃气轮机的高功率密度和可靠性为现代舰艇提供了强大的动力支持。

 

 

燃气轮机小小的体积下蕴含着巨大的能量，相同功率下，燃气轮机的体积是柴油机的五分之一，是蒸汽轮机的十分之一，这在寸土寸金的航母战舰中具有极强的吸引力。

 

而且燃气轮机启动速度快，如果使用蒸汽轮机，达到最高功率至少要一个小时，在真实的战场上，都要被打成马蜂窝了。

 

另外，燃气轮机在高速运转时，产生的噪声属于高频率声波，而柴油机则会发出大量的低频噪音，高频噪音在海洋中会很快被一些海洋沉积物吸收掉，而低频噪音则会传播的很远，这就使得在真实的作战中更容易被敌方的雷达发现。

 

 

很多人这个时候就有疑问了，一个大号的发动机为什么会被牵制80年，久久无法攻克技术壁垒呢？这你就小瞧它了，重型燃气轮机可是被称为工业制造界“皇冠上的明珠”，其技术难度可谓是现代制造业中最为复杂的之一。

 

由于是用来给极其庞大的设备进行供能，其运行起来的功耗就会异常的大，那么表面温度就会不断升高。

 

 

重型燃气轮机的机匣、压气机、燃烧室和涡轮叶片等部件需耐受高温（约1600℃）和高转速（1.2万转/分钟）的严酷环境。因此，对材料的耐热性、抗氧化性和抗腐蚀性都有极高的要求。

 

 

二十年磨一剑,我国燃气轮机的逆袭之路

 

重型燃气轮机诞生于1939的瑞士BBC公司，这也意味着从此大型发电行业进入了燃气轮机时代。当时的燃气轮机功率较小，不超过4兆瓦，燃气温度也只有800度，热效率低于20%。

 

二战结束后，以美国、德国、日本为首的世界顶级制造强国开始着重研发燃气轮机，在70年代将燃气温度提升到了1000度，热效率也随着升到了26%。

 

 

我国在这一阶段主要靠苏联老大哥的扶持，并没有什么自主研发。好不容易到了改革开放，那时全国油气资源紧张，使得油气优先用于其他重要工业领域，用油气发电实在是太奢侈。

 

这也使得中国错过了燃气轮机的发展黄金期。直到1993年，我国引进乌克兰研制的UGT-25000型号的燃气轮机，经过了几年的消化吸收后，于2004年推出了最经典的国产燃气轮机GT-25000,也就是我们俗称了“狗头两万五”。这台“狗头两万五”后来也一直搭载在我们的052D战艇。

 

 

现在的燃气轮机的性能评判一般是根据其工作温度上限来划分的，因为温度上限越高，功率上限才能越高。

 

一般分为四个档次:E级、工作温度约为1200度；F级、工作温度约为1400度；G/H级、工作温度约1500度；J级、工作温度约为1600度。

 

 

但自GT-25000后，我国的燃气轮机级别一直就很难突破，但这并非是中国的理论技术落后所导致的，要知道即使是国外最先进的燃气轮机所使用的理论也是我国吴仲华教授提出的三元流动理论研发的。一直困住中国人的是能够抵抗的住高达1600度高温的材料。

 

然而，在燃气轮机方面一直受制于人的局面已经一去不复返了。去年六月，我国自主研发的110兆瓦级别的“太行110”成功研发并正式投入使用。

 

 

为了制造这样的一款燃气轮机，我国是从2002年便指定了计划，如今20年磨一剑，终于成功。

 

110兆瓦级别的燃气轮机你别看离世界先进水平还差点距离，仅仅110兆瓦循环工作1小时的发电量就可供1万个家庭一天的用电量。

 

紧随其后，今年年初，我国又马上推出了300兆瓦功率的F级燃气轮机，半年不到的时间，功率直接翻三倍。并且这次的F级从气压机到辅助系统，将近五万多个零件全部都是我国自主生产研发，这也是首次实现全过程研发。

 

 

中美日大比拼，中国技高几筹？

 

俗话说，基础不牢，地动山摇，中国作为燃气轮机的后起之秀，在最近几年可以说是异军突起，但要是和传统的老牌燃气轮机强国过相比现在到了什么程度了呢？

 

美国在重型燃气轮机技术方面一直处于世界领先地位。美国的通用电气公司和普惠公司是全球重型燃气轮机领域的代表性企业。

 

 

其中，通用电气公司的“镇店之宝” 9HA.01，在2017年便打破了世界纪录，以826兆瓦的功率，实现了64%的循环效率，可以说是傲视群雄的存在。

 

而另一精工制造的代表便是日本的三菱重工，三菱重工在材料科学和精密制造方面有着深厚的技术积累，其生产的燃气轮机在高温耐受性和效率方面表现优异。

 

 

日本的燃气轮机是以其耐高温为核心竞争力，其J系列在2022年实现了全球首次1650°C的高温燃气轮机进口温度。

 

从技术参数和性能指标来看，美国的GE和日本的三菱重工在燃气轮机的功率和热效率方面占据优势。GE的H级燃气轮机单机功率达到400MW以上，热效率超过40%；三菱重工的J级燃气轮机也具备类似的性能指标。

 

 

相比之下，中国目前的重型燃气轮机在功率和效率方面略显逊色，但已经取得了长足的进步，国产300兆瓦级燃气轮机的成功研制标志着中国在这一领域的重大突破。

 

 

结语

 

很显然我国距离世界先进水平的燃气轮机还是有一段距离，但我们不能忽视近年来取得的显著进步。中国重型燃气轮机技术的快速崛起，展示了我国科研团队的坚韧和智慧。

 

未来，随着国家对高端制造业的持续投入和技术创新的不断推进，我们有理由相信中国在这一领域将不断缩小与世界先进水平的差距。

 

 

通过强化国际合作，提升自主研发能力和扩大市场应用范围，中国重型燃气轮机有望在不久的将来达到甚至超越国际领先水平，成为全球能源领域的重要力量，为国家能源安全和经济发展提供坚实保障。

 

信息来源：

2024-2-29 新华网 国之重器！300兆瓦级F级重型燃气轮机首台样机总装下线

2017-12-06 网易新闻 GE新型H级重型燃气轮机获新世界记录：联合循环效率突破64%

2022-02-17 中国能源网 三菱重工计划在日本测试100%氢气燃气轮机

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