[发明专利]一种燃气螺管转子发动机动力装置

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮发动机动力装置，具体来说涉及一种燃气螺管转子发动机动力装置。

背景技术

涡轮发动机动力装置包括了燃气涡轮发动机动力装置及蒸汽涡轮发动机动力装置，具有转速高及工质流量大。而燃气涡轮发动机体积小，重量轻，比功率大，单机功率大，启动讯速，每单位功率的机体重量及体积都比内燃机要小，相应地单机功率也可达百兆瓦以上，远大于内燃机，正是这些等等因素使得它首先在航空上得到应用。但即使用最新的单晶叶片为核心技术把燃气涡轮发动机的燃气最高温度提高达到1500℃，现有技术燃气涡轮发动机的热效率也只达到42％左右。蒸汽涡轮发动机单机功率可达千兆瓦以上，比其它的发动机功率都大，但占用大量空间和载重吨位，从烧蒸汽到开机输出动力时间远大于即开即行的燃气涡轮发动机。现代化超临界蒸汽发电厂在蒸汽高达300bar的压力和600℃的高温高压下运行，燃煤净效率也为45％左右。可见两者热效率两者相差不多。

动力设备按热能的来源分核动力和常规动力。我国辽宁号航母就用了四台乌克兰TB-12蒸汽轮机，总功率为14.9万千瓦，每台3.725万千瓦。蒸汽轮机只是动力装置，辽宁号航母配八个锅炉，专门用来生产高温高压的蒸汽，冲击汽轮叶片，运动的汽轮叶片通过传动装置带动螺旋桨叶片旋转。核动力航母是用核裂变将水烧开，产生蒸汽，而常规动力航母是用普通燃料烧水。两者输出动力的都是蒸汽轮机。常规动力航母用的普通燃料通常是重油。辽宁号航母能携带约6000～8000吨燃油(不包括舰载机用油和启动柴油)，加满油至少需要1300万元，辽宁号以18节速度巡航时，24小时能跑777公里，耗油388吨，百公里耗油约为50吨。辽宁舰编队历时38天的演练，仅油费就共计3100万元。从中可算出需后勤支援加油2.5次，38天的演练总需耗油大约17000吨。

别看常规动力这些数据，我国目前选择常规动力是明智的。核动力最大优点：一是能连续高速长途航行；二是能节省大量空间和载重吨位来装载更多的航空燃油；三是更换一次燃料能用5年。核动力最大缺点：建造昂贵，后续维修昂贵，动辄几十数亿到千亿美元。我国不称霸，核动力优点用不上。

据相关资料介绍，乌克兰UGT-25000燃气轮机，长10米，宽3.86米，高3.4米，重16吨，功率39800马力(即29253KW)，热效率达37.5％，空气流量91kg/s，压比23.6，寿命60000H(第一次维修期20000H)。利用该技术首台国产化生产的UGT-25000燃气轮机于2004年完成试制，国产化率达到60％以上，才表明中国已经初步掌握了先进舰用燃气轮机的制造技术。到2011年才把国产化率提高到95％以上，并把国产UGT-25000燃气轮机用在我国舰艇中服役。同时自主研制出R0110重型燃气轮机，热效率36％，输出功率高达150000马力，相当于11.025万千瓦，至于为何未能装备我国航母原因不详。

据相关资料介绍：如果说航空发动机是“工业之花”，那么超大型燃气轮机就是“皇冠上的明珠”。重型燃气轮机就是21世纪动力设备的核心，燃气轮机技术是目前世界公认标志国家工业基础先进程度的关键技术。而超大型燃气轮机公认是最难制造的机械装备。西门子SGT5-8000H超级燃气轮机是目前世界最大的燃气轮机，用于燃气-蒸汽联合循环商业发电，重390吨，长13.1米，宽4.9米，高4.9米，功率375MW(相当于尼迷兹号航母总功率194MW的近两倍)，效率40％，转速3000r/min，压比19.2，排气流量829kg/s，排气温度627℃。SGT5-8000H超级燃气轮机的透平采用4级动静叶设计，涡轮叶片要承受超过1500℃的高温，超过了GE90涡扇航空发动机与F404喷气发动机的涡轮进口温度。由于涡轮叶片叶尖转速超过1700公里/小时，巨大的离心力使每个刀片一端接触到的10，000倍地球的引力。叶片不能有任何瑕疵，误差仅为几十微米，否则就算报废。因此有说法是一片叶片等价于一辆宝马。

可算出SGT5-8000H超级燃气轮机其它相关参数：圆周转速1700千米/小时等于28333m/min，即圆周线速度等于472m/s，转速3000r/min等于每转9.44m/r，其涡轮直径等于3m，输出扭矩M＝125000牛.米。

在技术上蒸汽轮机输出功率大、造价低、耐用、可靠，比燃气涡轮机技术成熟得多，是在舰船动力设备及发电装置等的动力设备中，人们一般放弃燃气涡轮发动机动力装置而重用蒸汽涡轮发动机动力装置的主要原因。这也说明燃气涡轮发动机动力装置还具有技术挖掘空间。