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主题:中国燃气轮机简史 -- 北纬42度

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家园 中国燃气轮机简史

燃气轮机,就是高温燃气推着涡轮转。燃气轮机一般来说比柴油机轻,启动也快,但民用场合不常见,关键是太耗油。燃机满功率的耗油量比柴油机高一点点,但也差不了太多,可是因为燃机要时刻驱动压气机运转,非满功率时耗油跟满功率时差不多,这点跟柴油机没法比。所以民用一般用在对功率要求变化不大的场合,比如发电。交通上对功率要求变化很大,所以燃机除了少数高速游轮,就是军用。燃机火车以前也有,美国GE搞了款燃机货运车头,相当有劲,法国高铁原来也是要用燃机的,可70年代石油危机一来就都被淘汰了,复活燃机火车的消息一直都有,但到目前为止没有上马的项目。就是军舰,用燃机也麻烦得很,就算不差油钱还得考虑补给的问题呢,穷点的技术差点的比如中国,驱逐舰平时巡航用柴油机,跑高速才用燃机。高级点的比如英国日本,两台大的燃机两台小的燃机,巡航开小的,跑高速开大的。最有钱的狗大户美帝,装四台燃机,巡航开两台,跑高速开四台。

现在谈起燃气轮机一般都先想起飞机发动机。其实燃气轮机有两个不同的祖宗,燃气轮机是高温燃气推着涡轮转。如果用的不是高温燃气而是高温蒸汽,那就是蒸汽轮机;如果燃气不光推着涡轮转,还要高速喷出去,就是喷气发动机。这两条路线发展出来两类燃气轮机,一类叫工业燃机,一类叫航改机。

工业燃机,就是“傻大黑粗”那种(说的有点夸张,呵呵),动辄几十吨上百吨,功率倒不一定很大,从1万千瓦到30万千瓦都有,抗折腾,啥都能烧,因为对重量要求低,材料也相对容易,相对来说也便宜。话说第一台工业燃机也是第一台燃气轮机是三十年代搞出来滴,用蒸汽轮机改进来的,材料基本是不锈钢,那叫一个沉,以致于设计者作出一个让后人笑掉大牙的结论——燃气轮机太沉,不能用于航空动力。工业燃机一般两大用途,发电和压缩气体,燃机发电启动快,不象蒸汽轮机那样还得先烧开一锅水才行,所以特别适合用电高峰时期的调峰发电。压缩气体呢,管道输送气体需要大型压缩机加压,压缩机一般就用燃机驱动,如果输送的是天然气就更方便了,燃料从管道里分点就行了。

作为航空动力的喷气发动机则是另起炉灶,专门选用那些轻巧的高级材料,后来就有了航改机,顾名思义,就是从航空喷气发动机改来的燃气轮机,轻而贵,功率最大也就几万千瓦,但可用的地方多,除了发电和驱动压缩机,还可以用在游轮军舰上。

工业燃气轮机和航改机生产企业也不同,前者一般是汽轮机厂,后者自然是航空发动机厂,当然还有象GE这样二者通吃滴,两条产品线都有。

下面进入正题,中国研制燃气轮机的历史很长,1959年苏联转让了曙光设计生产联合体(Zorya-Mashproekt)的M1船用燃气轮机,3000千瓦,上海汽轮机厂生产,给高速炮艇用。60年代开始中国仿制和自行研制了诸多小型燃气轮机,比较重要的项目是汽轮机厂们牵头,和航空企业们联合研制4500千瓦的燃气轮机,给053护卫舰用,还有9000千瓦的改进型,后来问题多多,被迫下马,053护卫舰改用柴油机。航空企业哈尔滨东安,用涡桨5改进出中国第一台航改机,2000千瓦,后来又搞出一台燃气轮机火车头,相当的fashion,可惜燃机火车很快就被历史淘汰了。

70年代以南京汽轮机厂为主体,研制2万千瓦级烧天然气的工业燃气轮机,给天然气管道工程用,这款产品研制出来就下马了,原因未知。航空厂搞了涡喷8的航改机,也接近2万千瓦,给055驱逐舰用,但是涡喷8只有一两百小时寿命,给飞机用没事,因为飞机飞一次也就几个小时,给天天开的船用就麻烦大了,所以最后这个航改机和055驱逐舰全部下马。这段时间著名的航改机还有给直6直7用的涡轴5,因为直6直7下马,生产出来的涡轴5就给当成燃气轮机了,功率大约1600千瓦。

80年代汽轮机厂们基本放弃燃气轮机,只有南京汽轮机厂还在坚持,开始山寨美国GE的工业燃气轮机产品,大概1万多千瓦,但西方这时已经开始上10万千瓦的产品了。航空这边弄了一些涡喷6涡喷7改的燃机,值得一提的是斯贝的航改机型号,话说中国70年代从英国买了喷气发动机斯贝和相关技术,英国后来又向中国推销舰用航改机产品海斯贝,功率1万千瓦左右,中国航空企业说,不用花那个冤枉钱,我们自己搞,第一步搞个9000千瓦的,第二步发展到1万千瓦以上,弄出来打算给052驱逐舰用,但后来因为海军可以买到当时最先进的GE航改机LM2500,加上斯贝的国产化都拖到00年代才搞定,斯贝航改机型号最后就下马了。现在事后诸葛亮的看,斯贝虽然落后,但相对简单,中国手里的技术资料也比较多,成功的希望很大,要是能坚持下来,军舰动力不至于长期受制于人,LM2500对于现在的中国都很先进,就不要说当时了,只有欣赏的份,山寨不了。一个例子就是日本,军舰动力除了进口的LM2500,就是从英国引进技术自主生产的海斯贝。

到了80年代后期,航空口的成都发动机厂没活干,和美国普惠联合设计了一款航改机,2万5千千瓦,成发搞相对简单的低压部分,后来这个项目受众所周知的政治因素的影响,相当波折,但该项目出了个领军人物叫林左鸣,现在成了航空口的老大(沈飞哭着说,左盟主真的跟我没关系)。

90年代以后国内对工业燃机的需求增加,汽轮机厂们开始和国外企业合作、代工,到了00年代干脆直接引进技术,上海、哈尔滨、和德阳东方汽轮机三大厂分别打包引进西门子/GE/三菱F级燃机的技术,反倒是一直坚持燃气轮机的的南京汽轮机厂没轮上,但南汽跟GE有合作项目。打包引进学到多少就两说了——前几天的新闻,上海大学刚解决F级燃机叶片的问题。而且引进的是F级重型燃机,这是目前市场上的主流产品,十万千瓦以上,涡轮进口温度1300度,不过人家G级H级已经出来了,三菱发挥了小鬼子一根筋的精神做到J级1600度(但三菱的市场占有率不行)。

航空这边呢,开始弄自己的航改机,这十几年搞了几款自己的喷气发动机,比如昆仑啊太行啊,把它们做成航改机。另外就是淘来了两款前苏联产品,还记得前面那个苏联曙光设计生产联合体嘛,是苏联负责船用和工业燃气轮机的企业,被分到乌克兰,乌克兰无力继续发展,开始向中国转移技术。一款是前苏联的船用燃气轮机,苏联最新一代产品,3万千瓦(苏联上一代产品只有1万5千千瓦),但是乌克兰当时只能做到2万5千千瓦,据说西安做的国产化产品可以接近3万千瓦,已经给052驱逐舰用上了。还有一款半成品是前苏联重型工业燃气轮机,国产化型号就是黎明R110燃机,11万千瓦,水平据说在E级和F级之间。

总之,燃气轮机中国研究的历史很长,但一直没拿出来过成功的产品。一是技术不行,航空发动机我们长期搞不定,航改机自然也不行。二是没有长远规划,以前国家也不重视,能看到无数下马的项目。三是燃机发展的主导权也是个大问题,汽轮机厂和航空发动机厂互相抢,看过某人回忆录,90年代某燃机项目就在汽轮机厂和航空发动机厂的互相扯皮中不了了之了。据说乌克兰舰用燃机国产化项目,上面二位扯皮就够叫人头痛的了,还有船舶系统也要来掺活。。。

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家园 非常好的话题,这方面的资料一半不多见

补充点小细节,株洲搞燃气轮机上机车,上路试车时因故障导致主轴断裂,涡轮飞转,破碎后打穿了滑油箱,然后就是轰的一声。

工业燃机对于我们这样一个大国,应用领域非常广泛,可惜能拿的出来的产品太少。

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家园 您说的可是长征型机车?

翻了翻老资料,国内研制的燃气轮机机车有2款。

长征1型,首台制成于1969年大同机车工厂,双头驾驶的货运机车,燃气轮机装车功率3000马力,交-直传动,C0-C0(0是下标)轴式,仅生产1台。

长征2型,首台制成于1977年长春机车厂(该厂现在已经被长客兼并),气轮机装车功率4000马力,交-直传动,C0-C0(0是下标)轴式,用于干线货运及高原客运,仅生产1台。

另外株洲厂是绝对不会和内燃机车或燃气轮机机车有关的,因为它专攻电力机车,只会和电力机车有关。国内机车厂北看大连,南看株洲,南车、北车集团主要就是以这两个厂为核心的。在举国没有确定铁路传动方式的大方向的情况下,大连厂专攻内燃,株洲厂专攻电力。后来在90年代中后期,确定全面发展电力机车的情况下,大连厂也开始转产电力机车了。

家园 从乌克兰引进的GT25000算是最成熟的一款燃气轮机了

GT25000(网友俗称狗头)应该是目前水平最高的国产燃气轮机了。由西航(红旗厂、430厂)负责国产化,2011年国产狗头装上海口号(171舰)拉到亚丁湾进行了长期试车。看来质量已经达到要求,所以新的一批052C驱逐舰开始下饺子了。

沈阳黎明航空发动机公司(410厂,网友俗称歌星厂)和606所联合研制的燃气轮机是纯粹国内技术的,但几个型号都不太成熟。昆仑发动机改型的QD128,在中原油田、大庆油田做了很长时间测试,但不论技术水平还是成熟度都不太行。中海油在伊朗的一个工程用了一套QD128,做为备用发电机,也就是平时摆着,偶尔用一次,歌星厂这才破了处,算是有了第一个真正的用户。R0110是歌星厂搞的重型燃气轮机,2008年试制成功后一直在家摆着,一放就是4年,找不到用户做实验,同型产品的市场被西门子的成熟产品占的死死的。前几天有新闻,这台R0110在中海油深圳电力有限公司通过72小时试车,看来也算是找到做实验的地方了。两次都是中海油出手相救,不知道背后有什么故事?但中海油方面肯定是要担不少风险的,虽然可以节省A fistful of dollars, 但与用这种随时可能趴窝的试验性产品可能带来的麻烦往往不成比例。

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家园 20年前看到的,具体型号记不起来了

我记得《当代中国的航空工业》里边有一些描述,后来上大学也听某位老师说起来过。另外,随手搜了一下--

外链出处

其中有“株洲电力机车厂1985年试制一台燃气轮机机车”。

家园 貌似现在燃机和航机两边怨气都颇大……

前次在某部一小会上,某船燃机所怒火迸发,某航发动机公司愤而离席,某部官员一脸尴尬……

家园 把这两家一合并,一切都和谐了
家园 从大型舰船的全寿命来看

核能是否比燃气轮机经济?

家园 看百度大婶的说法

2001年,以黎明公司为研制总成单位、六○六所为总设计单位联合清华大学、中科院等科研院所和有关企业,共同攻占R0110重型燃气轮机这一“制高点”,其项目被列为国家“863”能源领域重大专项。

  R0110重型燃气轮机是“十五”期间863重大专项,项目预算5亿。黎明与606所、清华大学、中科院工程热物理研究所、上海交通大学等单位组成设计研制项目联合体,借鉴国外技术,引进国外智力。R0110预期输出功率114500KW(150000马力,排水量接近1万吨的日本金刚级驱逐舰的总功率才100000马力),热效率36%。在RO110母型机基础上,可以实现60MW、160MW与200MW以上系列燃机。R0110舰用型号论证工作已经开展,可以作为中型常规航空母舰的主动力。

  R0110是中国自主研制的第一台重型燃气轮机,它的研制成功预示着中国将成为世界上第五个具备重型燃气轮机研制能力的国家。这对于提高中国的综合国力具有积极推动作用。

  曹健林对R0110重型燃气轮机项目给予高度评价。曹健林指出,这个项目是中国节能减排攻坚战取得的一项重大成果,要进一步抓紧项目研制进度,加强基础研发,把自主创新的国策落到实处。

  2008年伊始,中国航空工业第一集团公司(以下简称中国一航)即宣告,由中国一航沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司(以下简称一航黎明)与沈阳发动机设计研究所等单位联合研制的,中国第一台拥有自主知识产权的新型中等功率QD128燃气轮机,经过在大庆油田一航黎明北压电站的一年多运转试验,各项指标达到产品设计要求,正式推向市场。

  与此同时,国家“863”R0110重型燃气轮机于今年2月3日开始总装,一航黎明R0110重型燃气轮机离商业运作近在咫尺。   2012年12月15日,中国具有自主知识产权的第一台重型燃气轮机、中航工业黎明R0110重型燃气轮机在中海油深圳电力有限公司现场完成72小时带负荷试验运行考核。此次运行考核验证了R0110重型燃气轮机的设计状态,是重型燃机研制过程的重要里程碑,为未来实现商业化运行打下了良好基础。

国家科技部863先进能源技术领域计划燃气轮机重大专项课题之一——R0110重型燃气轮机设计与研制项目于2002年10月正式立项,经过5年努力,已经取得突破性进展。目前燃机零件已经完成全部集件,进入总装配阶段;试车台各个系统已经完成各自静态调试,即将进入最后联调。预计今年3月完成整机装配,4月将进行点火试验验证。

  刘大响、倪维斗、姚福生、翁史烈、蔡睿贤、徐建中、陈懋章、蒋洪德、陈大光、闻雪友等院士和专家也亲临现场指导。

R0110重型燃气轮机,中国自主研究的第一台重型燃气轮机——R0110重型燃气轮机设计与研制项目已经取得突破性进展。R0110预期输出功率114500千瓦,热效率36%,可以作为中型常规航空母舰的主动力。

  国家“十五”“863”项目——R0110重型燃气轮机研制与调试课题,于2008年12月28日在沈阳顺利通过了国家“863”能源技术领域办组织的阶段验收,宣告了黎明公司主制的这一项目取得重大突破。R0110项目预算5亿。此项目由多所院校研究所,借鉴国外技术联合究制。R0110输出功率可达114500KW超过日本多则级驱逐舰的总功率。

  经过充分讨论与评议,专家组一致通过了重型燃机的阶段验收,并形成意见:以黎明公司为主体承担单位的联合体通过R0110重型燃机的研制,初步建立了以R0110燃机为基础的重型燃机设计、试验、研制平台,形成了以黎明公司为核心的制造体系,具备了关键部件自主研制能力,实现了关键技术突破。为进一步研制中低热值燃料燃气轮机,完善重型燃机关键部件设计与制造技术奠定了坚实基础。

  2007年12月21日,由中国一航自行研制生产的中国首架自主知识产权喷气支线客机ARJ21-700飞机顺利实现总装下线。ARJ21-700新支线客机的发动机CF34-10A由美国GE航空公司研制,目前GE公司已经与一航黎明签订了合作生产CF34-10A发动机的框架协议,将来完全由一航黎明为ARJ21-700及后续机型提供动力装置,进而实现民机动力的中国制造目标。

家园 我老婆原本在Alstom做燃气轮机的研发

目前为了配合我创业,在我们当地的一家食品企业工作。是不是可惜了?

家园 按照“成王败寇”的原则推论

如果你创业成功,那么她不可惜

如果你创业失败了,那么她可惜

家园 好文啊,把我一直糊涂的历史搞清楚了
家园 好像成发跟美国合作了一款FT8,据报道96年试制成功

在全国多个燃气电站得到应用。最大功率33000马力,设计构想中有个中冷回热技术,如果实现的话,能达到45000马力。

能介绍下这个吗?

家园 一般来讲当互相指责的时候,事情已经不妙了

貌似现在燃机和航机两边怨气都颇大

如果钱多人聪明的话,应该让两家各出一个方案竞争,如同美军国防部让洛马和波音对掐;如果钱多人傻的话,应该两家开大锅饭一起搞。

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