航改燃氣輪機選型設計要點與優點

1983 年,我國成立了“中國輕型燃氣輪機發展中心”,全面規劃和支持輕燃氣輪機生產和布局的發展,以提高航空燃氣輪機發動機的研發能力,充分利用目前現存的實驗平臺和機械設備自主研發并進行技術改進,同時開發先進設計數據庫,逐步形成一定的工業產品,改善航空發動機現狀。

航空發動機 被改造成非航空電子燃氣輪機并得以發展,應用于海洋能源等領域,為天然氣和石油管道的運輸帶來便利。

航改燃氣輪機的選型設計要點

  • 燃氣發生器的降溫降速。由于工作條件的限制,航空發動機的使用壽命相對較短,航改燃氣輪機的設計壽命時間超過100000h以上,降低溫度可以顯著改善燃氣輪機發動機的工作條件,延長使用壽命。燃氣發生器的使用壽命通常比燃氣輪機短,這取決于它們各自的條件。降溫的大小應根據燃氣輪機的永久負荷使用情況確定。

  • 燃燒室的改型。燃氣發生器使用的燃料一般在飛機發動機改造后進行調整。噴嘴應根據液體或氣體燃料的選擇進行修改,調整燃燒室的熱平衡參數,加強熱冷卻。燃氣輪機燃燒室的設計原則與航空發動機燃燒室的設計原則一致,改進噴嘴開發,提高燃油噴射質量,避免碳氫燃料以高成本燃燒燃油,并防止火焰頭進一步冷卻。當天然氣壓力降低、供氣不足時,氣液燃燒裝置應考慮相互轉化,自動轉換為備用供液,使入口可長時間連續工作。

航改燃氣輪機選型設計要點與優點的圖1
  • 改進后的發動機單元的操作。空氣馬達由該裝置和飛機發動機外圈周圍的裝置驅動。改進后的裝置傳動結構可以簡化,系統可以安裝在燃氣輪機底盤上,燃氣輪機發動機可以通過發動機驅動油泵,部分燃氣輪機發動機不隨情況變化,可以根據改造需要選擇部分原機。

  • 航空發動機改型后附件傳動的形式。控制系統的設計可以根據燃氣輪機發動機不斷變化的負載特性、設計要求和燃料使用情況進行改進。早期的航空發動機可以使用簡單的液壓機械系統控制油氣成本,但隨著航空技術的發展,需要控制的參數越來越多,未來的趨勢是能源系統的進一步小型化、集成化、高性能和高可靠性。改造后的燃氣輪機驅動系統將逐漸向集成控制和分布式控制、多維控制和智能控制方向前進。

  • 為了改善結構和材料,必須根據飛機發動機改造后的環境變化考慮地面空氣質量的惡化。例如,在工業粉塵、鹽泡和其他侵蝕性環境下,腐蝕介質嚴重腐蝕氣體發生器,尤其是直接接觸高溫高壓氣體的部分。應對措施是將材料替換為不銹鋼的鎂和鋁合金,以確保防腐涂層。

航改燃氣輪機選型設計要點與優點的圖2
  • 優化其他部分。在對航空發動機進行改型時,應考慮壓縮機的輸入、氣體輸出、燃氣發生器支架等部件。這是根據燃氣輪機的工作條件確定的。隨著科技和航空技術的發展,其綜合性能也在不斷提高。

航改燃氣輪機的技術優勢

  • 所需投資成本少,開發過程耗時短。主要是在原有的基礎上進行改造,在改造的過程中更多地使用了航空發動機的組裝和性能分析經驗。

  • 效率高、重量輕。在航空發動機渦輪之前,氣體溫度較高且壓力較大,改進后工業機械裝置效率更高。現代燃氣輪機的效率為31%~34%,低于航改燃氣輪機機組的34%~38%。航空發動機體積小、重量輕,航空發動機改造的陸上燃氣輪機可安裝在火車或中型卡車上。作為一種地面燃氣輪機,它非常適用于新開發的油田、海上鉆井平臺等。

  • 便利的維護和低維護成本。航改燃氣輪機機組的維護非常便利,燃氣發生器拆修下來可安裝備用燃氣發生器。一般情況下,可在10小時內更換。燃氣制造企業的更換配件經修理后,應移交制造企業或修理廠進行修理準備,當然在工廠或維修中心進行維修比在現場解體維修更便利、更便宜。

航改燃氣輪機選型設計要點與優點的圖3
  • 高利用率。這主要是由于機組的高可靠性與大修所用的時間間隔較長,因此設備的容量利用率高于99%。此外,現場解體檢修或者現場維護通常需要一個月甚至更長的時間,利用率變得非常低。燃氣輪機發電機組廣泛應用于公共危險場所,如海上油氣鉆井開發平臺。海上不同于陸地,考慮到成本問題很難從陸地輸電供給海上作業,因此只能在平臺上安裝燃氣輪機發電機組。但由于海上平臺空間有限,一般重型燃氣輪機是無法使用的,此時便可以使用方便的航改燃氣輪機。在現階段,很多海上石油和天然氣鉆井的正常作業都是使用該設備提供能源動力。

航改燃氣輪機的應用與發展

改進型航空發動機具有性能高、體積小的優點,重量輕,操作方便靈活,一般可作為城市和大型企業的發電機、峰值發電機或備用發電機,特別適用于油田開發和海上采油平臺。在油田開發方面,改造后的航空發動機燃氣輪機能在短時間內為遠離城市的新油田提供生活和生產動力。海上石油平臺上燃氣輪機的生產直接影響幾乎所有的海上石油生產平臺,利用航改燃氣輪機能夠在技術和工作效率上提供較大的便利。


文章來源:燃氣輪機聚焦

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