整机丨航改燃气轮机及其选型设计要点与技术优势

航空发动机被改造成非航空用轻型燃气轮机并得以发展，应用于海洋能源等领域，为天然气和石油管道的运输带来便利。轻型燃气轮机航改化或重型燃气轮机移植航空发动机技术，不仅是燃气轮机的研制捷径，也是航空发动机回收投资、取得更大经济效益和社会效益的有效途径。

图1 航改燃气轮机转移路径

 

• 燃气发生器的降温降速。由于工作条件的限制，航空发动机的使用寿命相对较短，航改燃气轮机的设计寿命时间超过100000h以上，降低温度可以显著改善燃气轮机发动机的工作条件，延长使用寿命。燃气发生器的使用寿命通常比燃气轮机短，这取决于它们各自的条件。降温的大小应根据燃气轮机的永久负荷使用情况确定。
  
• 燃烧室的改型。燃气发生器使用的燃料一般在飞机发动机改造后进行调整。喷嘴应根据液体或气体燃料的选择进行修改，调整燃烧室的热平衡参数，加强热冷却。燃气轮机燃烧室的设计原则与航空发动机燃烧室的设计原则一致，改进喷嘴开发，提高燃油喷射质量，避免碳氢燃料以高成本燃烧燃油，并防止火焰头进一步冷却。当天然气压力降低、供气不足时，气液燃烧装置应考虑相互转化，自动转换为备用供液，使入口可长时间连续工作。

 

• 改进后的发动机单元的操作。空气马达由该装置和飞机发动机外圈周围的装置驱动。改进后的装置传动结构可以简化，系统可以安装在燃气轮机底盘上，燃气轮机发动机可以通过发动机驱动油泵，部分燃气轮机发动机不随情况变化，可以根据改造需要选择部分原机。
  
• 航空发动机改型后附件传动的形式。控制系统的设计可以根据燃气轮机发动机不断变化的负载特性、设计要求和燃料使用情况进行改进。早期的航空发动机可以使用简单的液压机械系统控制油气成本，但随着航空技术的发展，需要控制的参数越来越多，未来的趋势是能源系统的进一步小型化、集成化、高性能和高可靠性。改造后的燃气轮机驱动系统将逐渐向集成控制和分布式控制、多维控制和智能控制方向前进。
• 为了改善结构和材料，必须根据飞机发动机改造后的环境变化考虑地面空气质量的恶化。例如，在工业粉尘、盐泡和其他侵蚀性环境下，腐蚀介质严重腐蚀气体发生器，尤其是直接接触高温高压气体的部分。应对措施是将材料替换为不锈钢的镁和铝合金，以确保防腐涂层。

 

• 优化其他部分。在对航空发动机进行改型时，应考虑压缩机的输入、气体输出、燃气发生器支架等部件。这是根据燃气轮机的工作条件确定的。随着科技和航空技术的发展，其综合性能也在不断提高。

• 所需投资成本少，开发过程耗时短。主要是在原有的基础上进行改造，在改造的过程中更多地使用了航空发动机的组装和性能分析经验。
• 效率高、重量轻。在航空发动机涡轮之前，气体温度较高且压力较大，改进后工业机械装置效率更高。现代燃气轮机的效率为31%～34%，低于航改燃气轮机机组的34%～38%。航空发动机体积小、重量轻，航空发动机改造的陆上燃气轮机可安装在火车或中型卡车上。作为一种地面燃气轮机，它非常适用于新开发的油田、海上钻井平台等。
• 便利的维护和低维护成本。航改燃气轮机机组的维护非常便利，燃气发生器拆修下来可安装备用燃气发生器。一般情况下，可在10小时内更换。燃气制造企业的更换配件经修理后，应移交制造企业或修理厂进行修理准备，当然在工厂或维修中心进行维修比在现场解体维修更便利、更便宜。

• 高利用率。这主要是由于机组的高可靠性与大修所用的时间间隔较长，因此设备的容量利用率高于99%。此外，现场解体检修或者现场维护通常需要一个月甚至更长的时间，利用率变得非常低。燃气轮机发电机组广泛应用于公共危险场所，如海上油气钻井开发平台。海上不同于陆地，考虑到成本问题很难从陆地输电供给海上作业，因此只能在平台上安装燃气轮机发电机组。但由于海上平台空间有限，一般重型燃气轮机是无法使用的，此时便可以使用方便的航改燃气轮机。在现阶段，很多海上石油和天然气钻井的正常作业都是使用该设备提供能源动力。    
  

改进型航空发动机具有性能高、体积小的优点，重量轻，操作方便灵活，一般可作为城市和大型企业的发电机、峰值发电机或备用发电机，特别适用于油田开发和海上采油平台。在油田开发方面，改造后的航空发动机燃气轮机能在短时间内为远离城市的新油田提供生活和生产动力。海上石油平台上燃气轮机的生产直接影响几乎所有的海上石油生产平台，利用航改燃气轮机能够在技术和工作效率上提供较大的便利。