從FT-8型燃氣輪機的發(fā)展歷程看QC-128的未來發(fā)展
燃氣輪機是現(xiàn)代海軍大中型艦艇的主要動力,在工業(yè)驅(qū)動和發(fā)電領域的用途也很廣。QC-128是沈陽黎明發(fā)動機公司在我國第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的渦噴航空發(fā)動機——“昆侖”發(fā)動機的基礎上發(fā)展而成的輕型燃氣輪機,額定功率11.5MW,最大輸出功率12.8MW,熱效率27%。
QD-128是QC-128的民用發(fā)電版本
從各方面來看,QC-128都和美國通用電氣公司(GE)于60年代研制的LM-1500燃氣輪機很相似。1959年,應美國海軍的要求,通用電氣公司開始為美國海軍研制新型燃氣輪機動力裝置。LM-1500采用當時在美國空、海軍戰(zhàn)斗機上已經(jīng)大量使用的J79渦輪噴氣發(fā)動機作為改裝的原型機,最大輸出功率15000馬力(約11MW),熱效率33%。應該說,LM-1500還有很大的發(fā)展?jié)摿?。不過,后來GE公司在發(fā)展LM-1500的后繼型號時,并沒有在LM-1500的基礎上改進,而是以TF39渦輪風扇發(fā)動機為基礎重新研制。這個后繼機就是后來大名鼎鼎的LM-2500。
GE公司的LM-1500燃氣輪機
既然GE沒有給我們留下現(xiàn)成經(jīng)驗,那么QC-128的未來發(fā)展方向在哪里呢?我認為,美國普惠公司(Pratt & Whitney Group,P&W)與我國合作研制的FT-8燃氣輪機,也許是一個可參考的對象。
FT-8燃氣輪機是在普惠公司的JT8D-219渦扇發(fā)動機基礎上,由普惠公司和我國成都發(fā)動機公司于20世紀80年代合作研制的一款航改型三轉(zhuǎn)子燃氣輪機,輸出功率24.5MW,熱效率37%。要說JT-8D,得從它的原型J52渦噴發(fā)動機談起。
FT-8燃氣輪機
J52(普惠公司編號為JT8)最早是為空射導彈研制的,后來在美國海軍的攻擊機和戰(zhàn)斗機上找到了用途。普惠公司于1955年從海軍取得資金開始J52的研制,第一代J52,即J52-P-3于1955年12月首次臺架運轉(zhuǎn),1959年裝在北美羅克韋爾公司制造的“獵犬”式空射導彈上首次飛行。此后,為適應擬裝飛機更大推力的要求,普惠公司在J52原型機的基礎上前后研制了J52-P-6/P-408/P-409等不同型別。從J52-P-3發(fā)展到J52-P-408,發(fā)動機外廓直徑?jīng)]有變化,長度增加不到40毫米,重量僅增加78.5公斤,推力卻增大了50%。J52系列具有起動迅速、維護簡便、使用潑辣等優(yōu)點。在70年代,該發(fā)動機在美國海軍噴氣發(fā)動機中的使用效率最高,每月的單臺飛行時數(shù)超過了海軍當時所用的其他任何發(fā)動機。配裝這種發(fā)動機的A.4M曾創(chuàng)造了1小時之內(nèi)和1日之內(nèi)攔阻著艦次數(shù)最高紀錄。
J52渦噴發(fā)動機,該發(fā)動機性能與“昆侖”發(fā)動機相當。
JT-8D渦扇發(fā)動機就是由J52發(fā)展而來。從結(jié)構(gòu)上來看,其主要改動是將J52的低壓壓氣機從五級改為四級,再加上兩級新研制的風扇;為了驅(qū)動風扇和壓氣機,增加了兩級渦輪,再在整個發(fā)動機外面加上與發(fā)動機等長的全環(huán)形外涵道,冷熱空氣混合排氣。
FT-8燃氣輪機是由美國普惠公司和成都發(fā)動機公司在JT8D-219渦扇發(fā)動機基礎上聯(lián)合研制的中等功率三轉(zhuǎn)子燃氣輪機。1986年8月8日,成都發(fā)動機公司與美國普惠公司正式簽署合同,聯(lián)合設計、研制、生產(chǎn)FT-8燃氣輪機。FT-8工程正式誕生。
結(jié)構(gòu)上,F(xiàn)T-8燃氣輪機由燃氣發(fā)生器(GG8)和動力渦輪(GT8)兩個相對獨立的部分組成。其中,燃氣發(fā)生器是由JT8D-219渦扇發(fā)動機衍生而成,由美方負責研制,成發(fā)負責動力渦輪的研制。從JT8D-219到FT-8的改動,主要是去掉渦扇,重低壓壓氣機加級,由原來的4級增加到8級,重新設計低壓壓氣機,高壓壓氣機不變,由此得到一個完整的雙轉(zhuǎn)子燃氣發(fā)生器;再配上成發(fā)研制的動力渦輪,就構(gòu)成了一個完整的三轉(zhuǎn)子燃氣輪機。
從各方面來看,昆侖發(fā)動機與J-52發(fā)動機都具有很大的可比性:從結(jié)構(gòu)上來看,昆侖發(fā)動機采用4級低壓壓氣機+7級高壓壓氣機,共11級壓氣機;J-52是5級低壓壓氣機+7級高壓壓氣機,共12級壓氣機,只比昆侖多一級低壓壓氣機;從進口空氣流量來看,昆侖發(fā)動機為60千克每秒,J-52是143磅(約合65千克)每秒,二者基本相當;從推力來看,昆侖發(fā)動機最大無加力推力約為72千牛,J-52在這方面要略差一些,為50千牛。這也說明昆侖的核心機性能比J-52要高。這也意味著,借鑒從J52到FT-8的經(jīng)驗,研制QC-128型號燃氣輪機的發(fā)展型號,有很大的可行性。
如果能借鑒從J52到FT-8的經(jīng)驗,在QC-128的基礎上,重新設計低壓壓氣機和低壓渦輪,保持高壓壓氣機和高壓渦輪不變,再配上一個合適的動力渦輪,就可以獲得一款性能與FT-8相當?shù)?0MW級中等功率燃氣輪機。我國80年代在基于英國Spey發(fā)動機研制燃氣輪機(410B機組)時已具有重新設計低壓壓氣機的經(jīng)驗,而FT-8動力透平為我國自己設計、制造,已生產(chǎn)多臺,得到了考核。因此完成這個項目,對我國現(xiàn)有技術(shù)水平而言,難度不算大。這個性能,已經(jīng)與20世紀90年代初的LM-2500(24.7MW)和烏克蘭的UGT-25000基本型相當,可以作為QC-280和QC-185的備份型號,用在出口型軍艦上。(鐳射)
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