燃气轮机

我国解放前没有燃气轮机工业，解放后全国各地试制过十几种型号的陆海空用途的燃气轮机。1956年我国制 造的第一批喷气式飞机试飞，1958年起又有不少工厂设计试制过各种燃气轮机。
1962年上海汽轮机厂试制船用燃气轮机，1964年与上海船厂合作制成550KW燃气轮机，1965年制成6000KW列 车电站燃气轮机，1971年制成3000KW卡车电站。在这期间还与703研究所合作制造了3295KW、4410KW、KW等几种 船用燃气轮机。
压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩 空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动 压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。从涡轮中 排出的废气排至大气自然放热。这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。通 常在燃气轮机中，压气机是由燃气涡轮膨胀做功来带动的，它是涡轮的负载。在简单循环中，涡轮发出的机械功 有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械功用来驱动发电机。在燃气轮机起动的时候，首先需要 外界动力，一般是起动机带动压气机，直到燃气涡轮发出的机械功大于压气机消耗的机械功时，外界起动机脱扣， 燃气轮机才能自身独立工作。
燃气轮机
内燃式动力机械
01 基本简介
03 工作原理 05 内部结构
目录
02 发展概述 04 优缺点 06 发电厂
07 密封
09 发电形式
目录
08 舰船用机 010 国内状态
燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内 燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
发电厂
以高温气体为工质，按照等压力加热循环工作燃料中的化学能转变为机械能和电能的工厂。燃气轮机发电厂 用液体和气体燃料通过燃气轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。
燃气轮机的绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压放热等四个过程分别在压气室、燃烧室、燃气涡轮和回热 器或大气中完成。大型燃气轮机的压气机为多级轴流式，中小型的为离心式。燃气涡轮一般为轴流式，在小型机 组中有用向心式的。燃气涡轮带动压气和发电机。燃气轮机组单机容量小的约为10~20kW，最大的已达140MW。热 效率30%~34%，最高达38%。燃气轮机结构有重型和轻型两种，后者主要由航空发动机改装。
该泵在停机时因辅助润滑油泵故障而投入，或因失去交流电源而投入，或因主、辅泵都不能工作机组紧急停 机而投入。由于应急泵只在故障时工作，其压力和容量一般较小。也有的润滑油系统用高位油箱代替应急油泵。
润滑油流过各润滑点（轴承、齿轮等）后温度上升14～33℃（配备减速齿轮时温升可达33℃），因此，从系 统回来的润滑油必须冷却以保证合适的供油温度。应用较为广泛的仍然是管式冷油器。常用的冷却方式为水冷， 其次是气冷，气冷的优点是不需要冷却水，可在缺水地区使用，但由于空气的传热系数比水的要低得多，因此空 冷式冷油器体积相对要庞大得多。在采用水冷方式时，常常设置两个并联的可切换的冷油器。
发展概述
市场份额
工业概况
全世界从事燃气轮机研究、设计、生产、销售的著名企业有28家，全世界使用的工业燃气轮机约有5万台， 而且全球的燃机市场几乎被欧美公司所垄断。
由于不同的历史背景，燃气轮机不同技术道路发展，用航空发动机改型而形成的工业和船用航改轻型燃气轮 机（俗称“航改机”）；遵循传统的蒸汽轮机理念发展起来的工业重型燃气轮机（俗称“工业机”），主要用于 机械驱动和大型电站。
汽缸密封是金属对金属的密封接触，只有在密封接触压力使接触面产生永久变形时，才能形成绝对的密封。 但这是不允许的，缸面变形必将影响下一次的密封效果。因此，螺栓预紧力的极限必须保证缸面变形在弹性范围 内。然而，这种使缸面产生弹性变形的螺栓力不足以形成耐高温高压的气密性密封，即使在具有超高表面光洁度 的完善的缸面情况下，也仍会出现泄漏。因为，尽管表面非常良好，但总是存在着极其细微的能生成足以通过空 气流的泄漏通道的表面缺陷。
2023年2月，首台国产空气冷却最高能效等级的重型燃气轮机在河北秦皇岛顺利下线。
基本简介
燃气轮机在空气和燃气的主要流程中，只有压气机（Compressor）、燃烧室（Combustor）和燃气涡轮 （Turbine）这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环。大多数燃气轮机均采用简单循环方案。
联合循环发电装置的润滑油系统有几种不同的配置，对于单轴机组，燃气轮机与汽轮机共用一套润滑油系统； 对于多轴机组，燃气轮发电机组与汽轮发电机组可以共用一套润滑油系统，也可以各自单设一套润滑油系统，这 要视机组的总体布置而定，不过，由于电站分期建设的需要，大多数多轴机组采取各自单设一套的方式；还有一 种航空衍生型的燃气轮机，由于燃气初温很高，其燃气发生器要求使用品质更高的润滑油，因此燃气发生器单独 设一套润滑油系统，而动力涡轮与发电机另设一套，前者用合成油，后者用矿物油。
优缺点
燃气轮机较少用于一般汽车和个人用机械上，与其优缺点相关。事实上曾有汽车公司开发过燃气轮机家用汽 车，例如1950年，Rover制造的JET 1.0或是克莱斯勒的Chrysler Turbine Car前后努力过数十年直到1980年代， 但最后因为种种弊大于利还是放弃了计划。 最终还是军用车辆与飞机船舶较适合使用，21世纪后Jaguar推出 C-X75概念车尝试将燃气轮机当成发电装置给电池充电后驱动电动车，成为一种新概念尝试，但依然没解决价格 和排放标准问题。
燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大 气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的 称为复合循环装置。
燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可 使燃气轮机效率显著提高。70年代末，压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右， 航空燃气轮机的超过1350℃。
这是机组正常运行时的工作油泵，可以由主机通过辅助齿轮驱动，也可以由交流电动机驱动，大型机组为了 简化结构多采用电动。油泵的容量根据系统总的用油量、调节阀门溢流量和管路的泄漏量决定。主油泵常用的有 齿轮泵和螺杆泵，也可以是离心泵。
这是机组启动和停机时的工作油泵，或在主油泵出故障时投入使用，通常由交流电动机驱动。此泵多采用浸 入式离心泵。其压力和容量一般和主油泵相同或稍微高一些。
1978年东方汽轮机厂制成6000KW燃气轮机；1972年杭州汽轮机厂制成200KW燃气轮机；1972年青岛汽轮机厂 制成1500KW卡车电站燃气轮机。
工作原理
原理图燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入 燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶 轮一起旋转；加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮 机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。
由于体积小、重量轻、启动快、安装快，用水少或不用水，能使用多种液体和气体燃料，在发电上多用于调 峰。此外，燃气轮机在油气开采输送、交通、冶金、化工、舰船等领域也得到广泛应用。
密封
燃气轮机先进密封技术是近十几年来在国外引起高度重视的一个分支领域，先进密封技术带来的好处，已经 实实在在地发动机性能提高、燃油消耗率降低、运行和维修成本减少等方面。
单就润滑油系统而言，不管是共用系统还是分设系统，其设计原理是一样的。整个润滑油系统的组成应包括 下列一些设备：
润滑油箱可设在机组的一个或几个底盘内，也可以设计成单独的容器。当油箱由几个容器组成时，应在它们 之间用管道连通以平衡油箱内的压力。油箱除了起贮油的作用外，还担负着分离空气、水分和各种机械杂质的任 务。油箱中油流速度应尽量缓慢，回油管应布置在接近油箱的油面，以利于油层内空气逸出。油箱的容量越大， 越有利于空气、水分和各种杂质的分离。通常用循环倍率K（全部润滑油每小时通过油箱的次数）表示系统容积的 相对情况，以Q表示系统的每小时油的容积流量，V表示系统的容积（油箱+管路），循环倍率K=Q/V。通常规定 K=8～10，最大不超过12。这是为了使从系统回来的润滑油，有足够的时间将其夹带的空气、水分分离掉。不过， 为了结构紧凑，避免因油箱体积过大而使设备笨重，多数机组油箱容量偏小，这迫使用户要选择分水性能更好和 空气释放值较小的润滑油。
燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下，同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一， 是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的，体积小、 功率大，非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。
舰船在军舰动力方案选择上，燃气轮机的主要竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机，但是由于燃气轮机先天优 势与军舰动力系统性能要求更为吻合，燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的唯一选择。老牌海军强国如美国 海军、英国海军、日本海上自卫队的主力水面作战舰只早已完成动力燃气轮机化。
优势上
劣势上
内部结构
1
润滑系统
2
润滑油箱
3
主润滑油泵
4
辅助油泵
5
应急油泵
燃气轮机润滑油系统是任何一台燃气轮机必备的一个重要的辅助系统。它的作用是在机组启动、正常运行以 及停机过程中，向正在运行的燃气轮机发电机组的各个轴承、传动装置及其附属设备，供应数量充足的、温度和 压力合适的、干净的润滑油，以确保机组安全可靠地运行，防止发生轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法 兰变形等事故。此外，部份润滑油可能从系统分流出来，成为液压油系统的油源，或经过滤后作为控制油系统的 用油。
汽缸密封：
在汽轮机运行过程中，汽轮机渗漏和汽缸变形是最为常见的设备问题，汽缸结合面的严密性直接影响机组的 安全经济运行，检修研刮汽缸的结合面，使其达到严密，是汽缸检修的重要工作，在处理结合面漏汽的过程中， 要仔细分析形成的原因，根据变形的程度和间隙的大小，可以综合的运用各种方法，以达到结合面严密的要求。
1969年哈尔滨汽轮机厂制成2200KW机车燃气轮机和1000KW自由活塞式燃气轮机，1973年与703研究所合作制 成4410KW船用燃气轮机，与长春机车车辆厂合作制成3295KW机车燃气轮机。
1964年南京汽轮电机厂制成1500KW电站燃气轮机；1970年制成37KW泵用燃气轮机；1972年制成1000KW电站 燃气轮机；1977年制成KW快装式电站燃气轮机；1984年与GE公司合作生产了PG6541B型KW燃气轮机；从1984年至 2004年已生产了PG6541B型、PG6551B型、PG6561B型、PG6581B型四种型号燃气轮机，功率由KW上升到KW。2003 年国家发改委决定南京汽轮电机集团有限责任公司与GE公司进一步扩大合作生产范围，在南京汽轮电机集团有限 责任公司生产S209E型燃气－蒸汽联合循环发电装置中的燃气轮机、汽轮机和发电机。
主润滑油滤多采用两个并联的可切换的滤油器。主油滤应设置在冷油器的下游。
除上述的设备之外，润滑油系统还需要有阀门、孔板、温度开关、压力开关、油箱液位指示器、润滑油加热 器等各种组件和设施，以保证系统正常、安全、可靠地工作。
为保证对燃气轮机及其驱动的设备提供良好的润滑，除了有设计完善的润滑油系统外，选择性能优越的润滑 油也是一个重要因素。早期燃气轮机由于涡轮进口温度不是很高，其所用的润滑油基本与汽轮机用油一致，但随 着涡轮进口温度的不断提高，燃气轮机对润滑油质量指标的侧重点与汽轮机的侧重点明显不同，燃气轮机强调的 是油的高温抗氧化性能，而汽轮机则看重油的抗乳化性能（分水性能）。不少厂商正在研制上述两种性能均优的 联合循环用油，特别是同一润滑油系统的单轴机组的用油。