Под утицајем политичких, војних и економских фактора, развој технологије авионских мотора је бржи од развоја гасних турбина. Гасне турбине и авионски мотори имају широк спектар техничких заједничких карактеристика и могу се користити у системима пројектовања, производним системима, системима за таленте и системима за тестирање. Стога, на основу огромне потражње тржишта и очигледних предности примене гасних турбина, постао је консензус индустрије да се развијају гасне турбине засноване на високим перформансама, зрелим авионским моторима и напредним индустријским технологијама и методама пројектовања. Постоје два начина да се технологија авионских мотора пренесе на гасне турбине, као што је приказано на слици 1: један је да се директно модификују и изводе зрели мотори авиона да би се формирале гасне турбине аеро-деривације; други је трансплантација технологије авионских мотора на гасне турбине за тешке услове рада и истраживање и развој нове генерације гасних турбина за тешке услове рада.
Историја развоја ваздушних гасних турбина
Упоредо са развојем технологије ваздухопловних мотора и применом технологије напредног циклуса, процес техничког развоја аеро-деривативних гасних турбина је прошао кроз фазу истраживања технологије, фазу развоја технологије и фазу примене напредног циклуса, реализујући развој аеро-деривације. гасне турбине од једноставне модификације до дизајна оптимизације језгра високих перформанси, од једноставног циклуса до примене сложеног циклуса, од наслеђивања зрелог система дизајна и система материјала ваздухопловних мотора до пројектовање нових компоненти и примена нових материјала, што је омогућило да ниво пројектовања, перформансе, поузданост и животни век аеро-деривативних гасних турбина достигне значајан развој.
Фаза истраживања технологије
Године 1943. успешно је развијена прва светска аеро-дериватна гасна турбина. Након тога, Роллс-Роице, ГЕ и Пратт & Вхитнеи дизајнирали су прву серију аеро-деривативних гасних турбина заснованих на зрелим модификацијама мотора авиона, укључујући индустријски Авон, индустријски Олимпус, Спеи гасне турбине, ЛМ1500 и ФТ4. У овој фази, технологија аеро-деривационих гасних турбина је била у истражном периоду. Структура је директно наследила језгро авионског мотора, а излазна снага је постигнута опремањем одговарајуће турбине снаге; укупне перформансе машине нису биле високе, а ефикасност циклуса је генерално била мања од 30%; почетна температура пре турбине била је мања од 1000 степени, а однос притиска био је 4 према 10; компресор је углавном био подзвучан; лопатице турбине су користиле једноставну технологију ваздушног хлађења; коришћени материјал је била почетна легура високе температуре; контролни систем је углавном користио механички хидраулички или аналогни електронски систем подешавања.
Фаза развоја технологије
Са зрелом применом аеромотора, обезбеђене су матичне машине високих перформанси, високе поузданости и напредне технологије дизајна за брзи развој аеродеривних гасних турбина. Истовремено, потражња за напредним аеродеривним гасним турбинама од стране морнарица Уједињеног Краљевства, Сједињених Држава и других земаља такође је обезбедила широку фазу примене, што је омогућило аеродеривним гасним турбинама да се брзо развију и значајно побољшају своје перформансе. Лансирана је серија аеродеривних гасних турбина са добрим перформансама и високом поузданошћу. . Као што су серије ЛМ2500, индустријски Трент, ФТ4000 и МТ30, итд., Нашироко се користе у бродској енергији, производњи електричне енергије и другим пољима.
Вруће компоненте гасних турбина са аеро-деривацијом у фази технолошког развоја углавном користе супер легуре и заштитне премазе за побољшање температурне отпорности и примењују напредну технологију хлађења ваздуха и технологију сагоревања са ниским степеном загађења; почетна температура пре него што турбина достигне 1400 степени, снага може да достигне 40-50МВ, топлотна ефикасност једне јединице прелази 40%, а ефикасност комбинованог циклуса може да достигне 60%; користи се дигитални електронски систем управљања, а тачност управљања и перформансе управљања су значајно побољшане.
Примените напредне циклусе
Како се повећавају захтеви за високим перформансама аеродеривних гасних турбина, посебно потрошња горива, излазна снага и други показатељи, напредне аеродеривативне гасне турбине добијају широку инжењерску праксу. Додавање циклуса међухлађења или рекуперације топлоте са међухлађењем на основу термичког циклуса гасне турбине може значајно побољшати излазну снагу и перформансе ниских радних услова аеродеривативне гасне турбине. На пример, ниво снаге ЛМС100 интерцоолед гасне турбине достиже 100МВ, а ефикасност је чак 46%. Топлотна ефикасност рекуперационе гасне турбине ВР21 са интер-хлађењем при ниским радним условима је много већа него код гасне турбине једноставног циклуса. Као бродска снага, у великој мери побољшава економичност брода и борбени радијус.
Излазна снага аеродеривних гасних турбина са напредним циклусом који користе међухлађење или међухлађене циклусе поврата топлоте је знатно повећана, а термичка ефикасност у свим условима рада је побољшана. На пример, ниво снаге може да достигне 100МВ, а топлотна ефикасност у тачки пројектовања је чак 46%; перформансе ниских радних услова су значајно побољшане, топлотна ефикасност може да достигне 40% под оптерећењем од 50%; међухлађење смањује специфичну снагу компресора високог притиска, а пројектовани однос притиска целе машине може да достигне више од 40.
Модел развоја технологије
Гледајући историју развоја, аеро-деривативне гасне турбине имају техничке моделе развоја као што су развој педигреа, серијски развој, усвајање напредне технологије циклуса и примена режима комбинованог циклуса.
Генеалошки развој
Генеалошки развој је развој гасних турбина различитих типова и нивоа снаге заснованих на истом авионском мотору, који у потпуности одражава карактеристике гасних турбина ваздухопловног порекла: „једна машина као основа, испуњава вишеструке употребе, штеди циклусе, смањује трошкове, извођење више типова и формирање спектра."
Узимајући авионски мотор ЦФ6-80Ц2 као пример, гасна турбина ЛМ6000 директно користи језгро мотора ЦФ6-80Ц2 и одржава максималну свестраност турбине ниског притиска; ЛМС100 наслеђује технологију језгра мотора ЦФ6-80Ц2, комбинује технологију гасних турбина за тешке услове рада Ф и технологију интер-хлађења и има снагу од 100 МВ; МС9001Г/Х у потпуности усваја зрелу технологију ЦФ6-80Ц2 авионског мотора, а кроз комбинацију са технологијом гасних турбина за тешке услове рада, температура пре турбине се повећава са 1287 степени Ф-класе на 1430 степени, а снага достиже 282МВ. Успешан развој три типа гасних турбина омогућио је развој авионског мотора ЦФ{{21}Ц2 базиран на ваздухопловству да постигне „једну машину са више типова, развијајући гасне турбине различитих типова и снага“.
Развој серије
Серијски развој је да се континуирано надограђује и унапређује, побољшава перформансе и смањује емисија на основу успешне гасне турбине, како би се постигао серијски развој аеро-деривативних гасних турбина, међу којима је најтипичнија серија ЛМ2500, као што је приказано. на слици 2. Гасна турбина ЛМ2500 користи основни мотор матичног мотора ТФ39/ЦФ6-6 и мења ниски притисак турбина матичног мотора на енергетску турбину; ЛМ2500+ гасна турбина додаје један степен испред компресора гасне турбине ЛМ2500, како би се побољшао проток ваздушне масе и излазна снага; ЛМ2500+Г4 повећава брзину протока ваздуха у гасној турбини побољшањем профила лопатица компресора и повећањем површине грла турбине на основу ЛМ2500+, како би се постигла сврха сталног побољшања излаза моћ. Са серијским развојем ЛМ2500, производ се континуирано надограђује и побољшава, са опсегом снаге од 20 до 35МВ, а број опреме широм света прелази 1,000 јединица, што га чини најраспрострањенијим моделом до сада .
Због тешкоћа развоја и производње, серијски развој заснован на успешној гасној турбини представља важан технички модел развоја аеро-деривативних гасних турбина, који се састоји од континуиране надоградње и унапређења, побољшања перформанси и смањења емисија. Серијски развој аеро-деривативних гасних турбина је сличан развоју педигреа, који не само да може скратити развојни циклус, већ и обезбедити бољу поузданост и напредак, и значајно смањити трошкове пројектовања, развоја, тестирања и производње.
Ефикасност
Циљ побољшања ефикасности је континуирано побољшање перформанси целе машине, посебно излазне снаге целе машине и термичке ефикасности у свим условима рада. Главни начини су следећи.
Једна је примена напредних циклуса. Примена напредних циклуса може континуирано да побољшава перформансе аеродеривних гасних турбина, као што су циклус поновног загревања, циклус поновног убризгавања паре, циклус хемијске рекуперације, циклус влажног ваздуха, циклус напредних турбина са влажним ваздухом и циклус Калина, итд. Након примене напредног циклуса, не само да ће се побољшати перформансе аеродеривног гаснотурбинског агрегата, већ ће се значајно побољшати и снага и топлотна ефикасност целе јединице, и емисије азотних оксида биће значајно смањене.
Други је дизајн компоненти високе ефикасности. Дизајн компоненти високе ефикасности се фокусира на дизајн компресора високе ефикасности и дизајн турбине високе ефикасности. Дизајн компресора високе ефикасности ће наставити да превазилази техничке потешкоће велике брзине и високе ефикасности и ниске брзине и границе високог пренапона са којима се суочавају компресори. Као што је приказано на слици 3, дизајн турбина ће наставити да се развија у правцу високе ефикасности, отпорности на високе температуре и дугог века трајања.
