燃氣輪機是一種利用燃氣和空氣作為動力的一種機器，在大型工業上應用得多。很多人都沒聽說過這個名詞，更不知道燃氣輪機是什麼東西。下面小編就來為大家介紹一下燃氣輪機的簡介、工作過程、分類、工作原理、特點以及關鍵技術。

燃氣輪機的簡介

燃氣輪機（Gas Turbine）是一種以連續流動的氣體作為工質、把熱能轉換為機械功的旋轉式動力機械。在空氣和燃氣的主要流程中，隻有壓氣機（Compressor）、燃燒室（Combustor）和燃氣透平（Turbine）這三大部件組成的燃氣輪機循環，通稱為簡單循環。大多數燃氣輪機均采用簡單循環方案。因為它的結構最簡單，而且最能體現出燃氣輪機所特有的體積小、重量輕、啟動快、少用或不用冷卻水等一系列優點。

通常在燃氣輪機中，壓氣機是由燃氣透平膨脹做功來帶動的，它是透平的負載。在簡單循環中，透平發出的機械功有1/2到2/3左右用來帶動壓氣機，其餘的1/3左右的機械功用來驅動發電機。在燃氣輪機起動的時候，首先需要外界動力，一般是起動機帶動壓氣機，直到燃氣透平發出的機械功大于壓氣機消耗的機械功時，外界起動機脫扣，燃氣輪機才能自身獨立工作。

燃氣輪機的工作過程

燃氣輪機的工作過程是，壓氣機(即壓縮機)連續地從大氣中吸入空氣并将其壓縮；壓縮後的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合後燃燒，成為高溫燃氣，随即流入燃氣渦輪中膨脹做功，推動渦輪葉輪帶着壓氣機葉輪一起旋轉；加熱後的高溫燃氣的做功能力顯著提高，因而燃氣渦輪在帶動壓氣機的同時，尚有餘功作為燃氣輪機的輸出機械功。

燃氣初溫和壓氣機的壓縮比，是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素。提高燃氣初溫，并相應提高壓縮比，可使燃氣輪機效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達到31；工業和船用燃氣輪機的燃氣初溫最高達1200℃左右，航空燃氣輪機的超過1350℃。

燃氣輪機的分類

1、重型燃氣輪機

設計特點：零部件較為厚重，設計時不以減輕重量為主要目的，而是在應用不太好的材料情況下能夠達到長期安全工作的目的。單位功率的質量為2——5千克/千瓦。

2、輕型燃氣輪機

設計特點：用較好的材料制造，結構緊湊，質量輕，單位功率的質量小于2千克/千瓦。

結構特點：

（1）、采用軸向裝配方式，即整個靜子不是全部水平中分的，僅局部靜子例如壓氣機缸分為兩半以便拆裝。

（2）、轉子一律采用滾動軸承支撐。

3、微型燃氣輪機

設計特點：将燃氣輪機與發電機設計成整體，體積小，質量很輕，。

結構特點：

（1）、采用徑流式葉輪機械。

（2）、一些機組還采用了空氣軸承，不需要潤滑油。

4、大中型燃氣輪機：功率大于20MW的燃氣輪機。

5、小型燃氣輪機：功率範圍在0.3MW——20MW。

6、微型燃氣輪機：功率範圍在30——300KW或更小的燃氣輪機。

燃氣輪機的工作原理

壓氣機從外部吸收空氣，空氣從燃氣輪機進氣口進入，通過壓氣機葉片将其壓力升高，壓縮後送入燃燒室，同時燃料（氣體或液體燃料）也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進行燃燒。生成的高溫高壓煙氣燃燒受熱後膨脹，進入透平區經過一級一級的葉片，推動動力葉片高速旋轉，直至從出氣口排出，成為廢氣，廢氣排入大氣中或再加利用（如利用餘熱鍋爐進行聯合循環）。

葉片轉動後帶動軸也轉動，軸帶動負荷的機械轉動，實現熱能和機械能的轉換。通常，将壓氣機、燃燒室、透平稱為燃氣輪機的三大核心部件。

燃氣輪機的特點

1、最大效率，最優效益。随着高溫材料的不斷進展，以及渦輪采用冷卻葉片并不斷提高冷卻效果，透平前燃氣的初溫逐步提高，加之研制級數不斷減少壓縮比越來越高的壓氣機和各個部件效率的提高，使燃氣輪機效率不斷提高。

2、體積較小，使用便捷。燃氣輪機動力部件設計構造衍生于渦輪增壓器和輔助動力裝置，結構簡單、緊湊。與傳統設備相比，燃氣輪機設備規模、體積比傳統的鍋爐、蒸汽輪機小，占地面積小，便于移動。

3、減少燃煤，清潔環保。燃氣輪機可以采用天然氣、丙烷、油井氣、煤層氣、沼氣、汽油、柴油、煤油、酒精等煤炭以外的燃料。而且燃氣輪機通過在燃燒過程中控制NOx的生産，或在NOx 生成後排入餘熱鍋爐時進行尾部煙氣脫硝，達到超低的NOx排放效果，而且能夠實現資源充分循環利用，真正達到零排放。

4、噪聲最小，安全可靠。燃氣輪機運行時産生的低頻份量很低。而且可以通過采用數字式遙控的聯網離網變換裝置，彌補其它設備在安全穩定性方面的不足。

燃氣輪機的關鍵技術

1、壓氣機關鍵技術

氣動高負荷高效率設計技術；氣動性能高穩定性設計技術；氣動多級匹配設計技術；整機多級氣動性能數值模拟與驗證技術；轉子結構與強度設計技術。

2、燃燒室關鍵技術

燃燒場組織設計與測試技術；火焰筒壁結構設計技術；噴嘴設計與測試技術；高溫零部件冷卻、防護、強度設計技術；低排放燃燒設計與試驗技術；寬範圍穩定燃燒設計與試驗技術；燃燒場數值模拟與驗證技術。

3、透平關鍵技術

動葉、導葉、輪盤空氣冷卻設計與試驗技術；葉片蒸汽冷卻設計與試驗技術；葉片和輪盤的溫度場、應力場與強度壽命分析和試驗技術；摻混冷卻氣流的渦輪級性能分析設計技術；冷卻葉片多物理場數值模拟與驗證技術；轉子結構與強度設計技術。

4、燃氣輪機重要系統關鍵技術

冷卻空氣系統設計、性能分析和調試技術；控制系統先進調節部件、控制器和控制規律；起動系統技術；軸承和滑油系統技術。

5、燃氣輪機材料技術方面

主要包括：強抗熱腐蝕定向和單晶高溫合金的研制;高溫合金材料體系的完善；高溫材料5000——10000小時近使役條件下性能測試；大尺寸鑄件近使役條件下力學性能研究；大尺寸鑄件抗氧化、抗熱腐蝕性能研究；拉杆用CrMoV 高強鋼。

6、燃氣輪機工藝技術

主要包括：複雜結構陶瓷型芯制造技術；高強抗熱沖擊陶瓷模殼制造技術；大尺寸定向結晶、單晶葉片定向凝固技術；高溫透平葉片加工、焊接、熱處理、檢測等工藝；葉片塗層技術；燃氣輪機葉片的工程化研究；燃氣輪機葉片制造規範和驗收标準；大型渦輪盤的制造技術；高強鋼拉杆制造工藝；燃燒器制造技術。

（來源：賢集網 作者：周瑩）

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