燃气轮机发电机组(电力公司的发动机-燃气轮机)

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。

原理图

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℃。

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。[2]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。

优势上

• 直接输出旋转运动，不要将直线往复运动转换成旋转运动的情境适用于燃气轮机较好，所以喷射机和船舶很适合，但一般人使用的发电机或汽车则不是最佳适用。
• 不需要暖机也没有那么多冷启动问题，在冷天候地区不需要加防冻液之类。
• 支持多种燃料：汽油，柴油，煤油，花生油，几乎任何可燃性液体甚至混和液体都适用。

劣势上

• 适合高速稳定运转情境，怠速或者加速时效率相对要低很多，并且怠速时油耗费用极高。这可以算是家用汽车最不适用的成因。
• 运转时发动机内温度持续很高，对材料抗高温和耐久性是高要求造成价格昂贵。
• 噪声大，有一种独特的尖锐噪音就算分贝降低对许多人仍难以忍受。
• 瞬时响应并不好，对汽车在城市环境下使用有影响。
• NOx氮氧化物的排放与温度成指数相关，因此高温的轮机就有极高排放，这可算是排放标准趋严的态势下最致命缺点。

内部结构

燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。

对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。

燃气轮机有重型和轻型两类。重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。

与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量，重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。

不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电。

燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。

燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。提高效率的关键是提高燃气初温，即改进涡轮叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。再次是提高各个部件的效率。

高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作，用它来做涡轮叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。

按闭式循环工作的装置能利用核能，它用高温气冷反应堆作为加热器，反应堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和涡轮的工质。