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燃气轮机被誉为制造业的皇冠，作为庞大的工业机械庞然大物，既要追求高效率的表现，又要兼顾经济效益，这是制造业的痛苦困境。目前，航空发动机与燃气轮机“两机”重大科技项目已顺利成为国家第二十个重大技术项目，与太空飞机、高超音速飞机项目一起成为国家航天领域的重要突破。今天的文章就和大家聊聊被誉为工业皇冠上明珠的燃气轮机吧！原来燃气轮机（）是一种以连续流动的气体为工质，将热能转化为机械功的旋转动力机械，包括压缩机、加热工质的设备（如燃烧室）、涡轮、控制系统和辅助设备等。根据燃烧室温度不同，目前分为E级、F级和最先进的H级。其中E级重型燃气轮机的涡轮入口温度在2000℃左右，F级的涡轮入口温度在2000℃左右，最先进的H级涡轮入口温度达到1430C-1600C，温度越高，技术水平越高。现代燃气轮机发动机主要由压气机（蓝色）、燃烧室（红色）、涡轮（黄色）三部分组成，其正常工作时，工质依次经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功、排气放热四个工作过程完成，形成热能转化为功的热力循环。压气机从外界大气中吸入空气，并逐级压缩（空气的温度和压力也会逐级升高）；压缩后的空气被送入燃烧室与喷入的燃料混合燃烧，产生高温高压气体；随后进入涡轮膨胀做功；最后工质释放热量。涡轮排气可以直接排入大气并自然地向外界环境释放热量，也可以通过各种热交换设备释放热量，回收部分废热。发动机在不断重复以上循环的同时，也不断把燃料的一部分化学能转化为有用功。进气口压气机燃烧室涡轮喷嘴风扇流出通道内通道燃气轮机是一种热机，以空气为工质，空气中的氧气为助燃剂。燃料的燃烧使空气膨胀做功，即将燃料的化学能转化为机械能。下图是一个燃气轮机原理模型的剖面图，通过该图我们可以了解燃气轮机的工作原理。从燃气轮机模型的外观看：整个壳体是一个大圆柱体，前端是进气口；中部是燃料进气口，后端是排气口（出气口）。
燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三部分组成。左边部分为压气机，有进气口、燃烧室、燃料进气口、燃烧器、压气机。燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三部分组成。左边部分为压气机，有进气口、燃烧室、燃料进气口、燃烧器。左边四排叶片组成压气机的四个叶轮，将进入的空气压缩成高压空气；中间部分为燃烧器部分（燃烧室）重型燃气轮机 专项，内有将燃料与空气混合进行燃烧的燃烧器；右边为涡轮，是使空气膨胀做功的部分；右边为燃气出口。燃气轮机动力装置是指包括燃气轮机发动机在内的基本设备以及产生有用动力（如电能、机械能或热能）的必要设备。为保证整个装置的正常工作，除主机三大部件外，还应根据不同情况配置控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃油系统等。下图示出了燃气轮机的简单工作过程：空气从进气口进入燃气轮机，高速旋转的压气机将空气压缩成高压空气，其流向如淡蓝色箭头线所示；燃料在燃烧室内燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀，推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向如红色箭头线所示。
在燃气轮机中，压气机是由涡轮带动旋转的，压气机叶轮和涡轮安装在同一主轴上，在燃气轮机转子内组成燃料入口、燃烧入口、做功腔。燃烧室内产生的高温膨胀气体同时作用于涡轮叶片和压气机叶片。如何保证涡轮带动压气机正向旋转呢？简单来说，涡轮叶片的工作直径要大于压气机出口处叶片的工作直径，涡轮叶片的面积也要大于压气机出口处叶片的面积。这样就初步保证了在相同压力下，涡轮的输出扭矩大于压气机所需的扭矩。当然，更重要的是，压气机叶片和涡轮叶片良好的气动设计船舶物资，可以保证二者的高效运转。在设计燃气轮机时，要保证涡轮的功率输出大于压气机所需的功率，这样燃气轮机在带动压气机的同时，还能向外输出功率。关于燃烧室那些事儿 燃气轮机的燃烧室可以说集成了整个燃气轮机的大部分高精度、尖端技术。比如H级燃气轮机在运转的时候，燃烧室内部的温度可以达到近1600度的高温！比火山岩浆还要热重型燃气轮机 专项，在这种温度下大部分金属都会熔化。那么，我们先来关注一下燃烧室内到底发生了什么事情。 一台燃气轮机的燃烧室内大约安装有500块这样的隔热瓦，隔热瓦被加热的一侧温度接近1600摄氏度，而另一侧的温度只有600多摄氏度，这些厚度约4厘米的陶瓷，将近1000度的高温隔开了！ 西门子SGT-4000F燃气轮机的燃烧室 燃烧室内的气体会以堪比龙卷风的速度（100米/秒）不断冲击燃烧室。
因此这些瓦片还必须能够承受强大的冲击力——甚至比航天飞机上所用的绝缘瓦片还要坚固。这是因为航天飞机上的绝缘陶瓷在每次着陆后、起飞前都会经过严格的检查，更换损坏的瓦片，而燃气轮机中的绝缘瓦片则要在运行数千小时后才进行修复。通过使用绝缘瓦片，燃烧室外壁的冷却任务已经完成，接下来的任务更加具有挑战性。在前面燃气发动机的原理介绍中我们说过，燃烧后的高温燃气会带动涡轮区域的叶片旋转。燃气发动机运转时，涡轮区域的第一级叶片不仅要承受近1600度的高温，还要以音速旋转，承受相当于自身重量10000倍的离心力。燃气轮机是军舰动力解决方案的选项之一。目前，世界各大海军强国在舰船动力方案选择上燃气轮机的主要竞争对手是舰船柴油机和舰船蒸汽轮机。但由于燃气轮机的先天优势和舰船动力系统的性能要求，燃气轮机成为各国发展舰船动力系统的唯一选择。燃气轮机的优势：极高的功率密度：一般同等功率的燃气轮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。启动速度快：虽然燃气轮机的转速在三种动力系统中是最高的，但是整个转子很轻，在启动机的帮助下1-2分钟就能达到最高转速。启动速度对舰船的战时部署和反潜作战时的加减速性能有直接影响。
噪声低频成分很低：由于燃气轮机本身处于高速稳定旋转状态，产生的噪声更多的是高频的啸叫声。柴油机的往复活塞产生大量的低频机械振动噪声，恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点，使得军舰很容易被敌方声呐发现。由于多种原因，我国燃气轮机与国际先进水平还有很大的差距，还没有形成真正的产业。我国在舰载燃气轮机方面一直没能突破技术瓶颈的主要原因有很多船舶配件，包括航空动力方面的问题，以及舰载燃气轮机行业本身的体制问题。据了解，被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”的燃气轮机国内市场一直被美国通用电气、德国西门子、日本三菱重工等国外公司占据。虽然国内主机制造企业在自主研发方面取得了进展，如AE94・3A^^涡轮叶片开始国产化、5万千瓦重型燃气轮机1-17压气机试车成功，但这些企业主要具备装配制造能力，实际核心技术和品牌仍掌握在国外企业手中，至今尚无国产品牌的燃气轮机进入市场。
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