一、燃气轮机的简介

燃气轮机（Gas Turbine）是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。只有压气机（Compressor)、燃烧室（Combustor）和燃气透平（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。因为它的结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快等一系列优点。

通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平膨胀做功来带动的，它是透平的负载。在简单循环中，透平发出的机械功有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，直到燃气透平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。

二、燃气轮机的工作过程

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℃。目前世界先进J级燃机轮机初温达1600℃以上。

三、燃气轮机的分类

1、重型燃气轮机

零部件设计较为厚重，设计时不以减轻重量为主要目的，在应用经济性材料情况下能够达到长期安全工作的目的。单位功率的质量为2～5千克/千瓦。

2、轻型燃气轮机

用相对较好的材料制造，结构紧凑，质量轻，单位功率的质量小于2千克/千瓦。

(1)采用轴向装配方式，即整个静子不是全部水平中分的，仅局部静子例如压气机缸分为两半以便拆装。(2)转子一般采用滚动轴承支撑。部分技术继承于航空发动机，即航改燃机，如LM2500系列燃机。

3、微型燃气轮机

将燃气轮机与发电机设计成整体，体积小，质量很轻。结构特点：(1)采用径流式叶轮机械。(2)一些机组还采用了空气轴承，不需要润滑油。

在工业燃气轮机领域，一般没有全球统一的技术标准来对燃气轮机分级。燃气轮机的分级通常由各个制造商根据其产品的功率、性能、应用领域和技术特点等因素来确定。因此，不同制造商可能会使用不同的分类方法和标准，而且没有一个普遍适用于所有工业燃气轮机的标准体系。以下按照功率等级划分方式供参考：

• 重型燃气轮机：功率范围在100MW以上；
• 中型燃气轮机：功率范围在10MW～100MW；
• 小型燃气轮机：功率范围在1MW～10MW；
• 微型燃气轮机：功率范围在100KW～1MW；
• 超微型燃气轮机：功率范围在100KW以下。

四、燃气轮机的特点

1、最大效率，最优效益

随着高温材料的不断进展，以及涡轮采用冷却叶片并不断提高冷却效果，透平前燃气的初温逐步提高，加之研制级数不断减少、压缩比越来越高的压气机和各个部件效率的提高，使燃气轮机效率不断提高。

2、体积较小，使用便捷

燃气轮机动力部件设计构造衍生于航空发动机，结构简单、紧凑。与传统设备相比，燃气轮机设备规模、体积比传统的锅炉、蒸汽轮机小，占地面积小，便于维保或者移动。

3、减少燃煤，清洁环保

燃气轮机可以采用天然气、丙烷、油井气、煤层气、沼气、汽油、柴油、煤油、酒精等广泛的燃料。通过在燃烧过程中控制NOx的产生，或在NOx生成后排入余热锅炉时进行尾部烟气脱硝，达到超低的NOx排放效果，而且能够实现资源充分循环利用，真正达到低排放。随着制氢技术、燃机掺氢燃烧技术的逐步成熟，未来燃气轮机会逐步过渡到以氢燃料为主的零碳排放时代。

4、噪声较小，安全可靠

燃气轮机的工作原理使其运转更加平稳，减少了机械振动产生的噪音，这一优势使得燃气轮机在城市或密集居住区附近的应用更加适合，减少了对周围居民的干扰。目前先进燃气轮机可以通过采用数字式通讯联网、机器学习等技术，实时对燃机工作状态进行监测，并指导客户进行检修及维修，极大提高了燃机运行的安全可靠性。

五、燃气轮机的关键技术

1、压气机关键技术

气动高负荷高效率设计技术；气动性能高稳定性设计技术；气动多级匹配设计技术；整机多级气动性能数值模拟与验证技术；转子结构与强度设计技术。

2、燃烧室关键技术

燃烧场组织设计与测试技术；火焰筒壁结构设计技术；喷嘴设计与测试技术；高温零部件冷却、防护、强度设计技术；低排放燃烧设计与试验技术；宽范围稳定燃烧设计与试验技术；燃烧场数值模拟与验证技术。

3、透平关键技术

动叶、导叶、轮盘空气冷却设计与试验技术；叶片蒸汽冷却设计与试验技术；叶片和轮盘的温度场、应力场与强度寿命分析和试验技术；掺混冷却气流的涡轮级性能分析设计技术；冷却叶片多物理场数值模拟与验证技术；转子结构与强度设计技术。

4、燃气轮机重要系统关键技术

冷却空气系统设计、性能分析和调试技术；控制系统先进调节部件、控制器和控制规律；起动系统技术；轴承和滑油系统技术。

5、燃气轮机材料技术

强抗热腐蚀定向和单晶高温合金的研制；高温合金材料体系的完善；高温材料5000～10000小时近使役条件下性能测试；大尺寸铸件近使役条件下力学性能研究；大尺寸铸件抗氧化、抗热腐蚀性能研究；拉杆用CrMoV高强钢。

6、燃气轮机工艺技术

复杂结构陶瓷型芯制造技术；高强抗热冲击陶瓷模壳制造技术；大尺寸定向结晶、单晶叶片定向凝固技术；高温透平叶片加工、焊接、热处理、检测等工艺；叶片涂层技术；燃烧器制造技术；燃气轮机叶片的工程化研究；燃气轮机叶片制造规范和验收标准；大型涡轮盘的制造技术；高强钢拉杆制造工艺。