媒介
重型燃气轮机无疑是大国重器，不但在2001年旁边被列为“以市场换技能”的重点项目，还是2016“两机专项”的重点工程，能源局也在全国支配了四十多个重型燃机、航改燃机等发电用燃机的示范工程，可以看出国家在近二十年韶光里对燃气轮机研究的投入不断加大。
很多年以前，尤其是在近十年中，清华大学等大学，发电设备制造厂，研究院就陆续发布了很多燃气轮机叶片被占领、燃烧器通过多少小时试运的专题文章。看到的宣布很多，也很振奋民气，但经由详细理解，大多只是在燃气轮机的某一个环节取得了一些成绩，有了一定的打破。报刊、网站的大肆宣布，并没有如实反响燃气轮机行业的这是情形，实在离真正节制燃气轮机制造技能还有很长的路要走，至少还不具备制造重型燃气发电装备的能力。
如果打开百度，搜一下燃气轮机制造、技能打破等关键词，就会有大量的燃机专会振奋民气的宣布。实在有些媒体在宣布中也要尊重事实，宣布不切实际，不但会让国人误解，让大家空欢畅一场，也会让高层不节制实际情形，还会给国外某些敌对势力缺点的信息，加重对燃气轮机关键技能的卡脖子。
燃气轮机既然能够被国内外称为工业装备皇冠上的明珠，被称作工业制造的天花板，被看做是一个国家综合国力的象征，不是没有道理的，技能打破当然也会有很大的难度。我们的蒋洪德院士搞了一辈子燃机，写了大量燃机专业的科研文章，但末了也没见到重型燃机的问世，不得不说这是无法填补的一个遗憾。
如果不集中科研力量，不集中财力物力，尤其是引进专业领军人才，很难在技能上取得打破。燃气轮机技能要得来吗？纵然花费巨额的资金，西方国家也不会出卖。由于燃气轮机的这个技能不仅关系到国计民生，关系到国家发电装机格局，更关系到国防，关系到战斗机、轰炸机、运输机、直升机和各种导弹的制造，乃至还关系到航天飞机，其主要性可见一斑。
这么多年我们也认识到，即便是一个大略的汽车生产线，高真个汽车发动机制造技能我们能拿到吗？也是拿不到的，不用说是更加宝贵的燃气轮机技能，两机制造技能。
燃气轮机技能难在哪？燃气轮机紧张包括压气机、透平和燃烧器组成，这三部分分别代表不同的学科，均是现在工业设计制造的高端工程，在技能方面有其独到之处。无一例外都牵连到多个根本学科，不同专业范围，没有一项技能能够轻易得到。
第一部分 燃气轮机透平
燃气轮机透平由动、静两部分组成，静止的部分由透平缸体，静叶和静叶持环组成，迁徙改变部分由转子和安装于其上的动叶组成。在高压的天然气和空气在燃烧室燃烧后，高温高压的烟气经喷嘴进入透平，推动转子迁徙改变做功，带动发电机发电。
燃气轮机透平从事理上看和燃煤机组的汽轮机差别不大，都是利用高温高压气体推动转子做功。很多人就会想当然的认为透平的技能没有什么，并会想当然的鼓吹燃机技能不过尔尔。如果是普通职工还好，如果是身居要职的专家、学者，就会有很大的误导性。
现在很多人都认为汽轮机设计制造技能海内已经完备节制，不用担心国外厂商卡脖子，可现实真的是这样吗？现在高真个汽轮机制造技能真的不用靠技能引进了吗？超高压缸真的不用从国外原装入口了吗？我们在燃煤机组在装机和发电量方面得到了天下第一，不代表在高端核心的汽轮机设计制造已经完备节制。我们听到最多的也是某某公司百万机组二次再热技能如何如何牛，运行效率环球第一，超过欧美，拿到了什么学会什么奖，不住的四处炫耀。殊不知供应这些技能的美国通用，日本三菱这些企业看到这些后在后台会怎么想。
燃气轮机透平设计制造技能打破绝没有想象的那么大略。这是由透平的事情环境所决定的。
最前辈的重型H级燃机的透平入口温度已经达到了1600℃，日本三菱、美国通用正在推进1700℃透平的研究，并取得了一定的成果。我们呢，只是刚刚开始1400℃透平入口温度，5万千瓦等级F级燃气轮机的整装试验事情。这还是我们的东方汽轮机厂历经十年，几百名科技职员共同努力的结果，从无到有取得的技能打破，这已经很不随意马虎了。
燃气轮机透平的难点在叶片的设计制造，透平的一级静叶、动叶直接暴露在1600℃的高温环境中，普通的合金钢在这个温度已经融化，不再拥有合金钢该有的强度。
为了能够知足在如此高的温度下正常事情，必须具备以下技能条件。
1.透平单晶叶片
学过物理的人都知道，金属是一种晶体，晶体由各种不同的晶格组成。而位于燃气轮机高温段的透平叶片仅有一个晶粒组成，几十厘米长的叶片中间没有晶界，这样才能达到叶片所哀求的强度。
透平单晶叶片的铸造是最难的，天下上只有欧美、日本等有限的几个国家才能完成。单晶叶片毛坯铸造涉及十几道工序，型模制作、晶粒成长、温度掌握各个工序至关主要。
海内燃气轮机透平叶片最有名的是无锡永瀚和无锡叶片厂等公司，他们引进国外前辈技能，制造装备和专业人才，已经开始试制并供应不同级别燃气轮机动静叶片。由于没有机会实地去工厂现场参不雅观学习，详细情形不甚理解。
2.叶片表面高温涂层
为防止透平叶片在高温气流中被灼烧破坏，须要在叶片表面覆以高热阻、耐高温灼烧、耐磨损的表面涂层。几十年来，叶片涂层的研制一贯随着燃气轮机叶片共同发展，叶片涂层不但哀求很高的热阻，隔绝高温烟气，防止高温烟气对金属集体灼烧破坏，还要有坚固的、耐磨损的表面性能。
如果透平叶片没有涂层，或运行中涂层脱落，袒露的金属表面瞬间就会被熔化冲蚀，失落去应有的功能。
3.叶片内部和表面冷却
除表面覆以坚硬的涂层外，在叶片内部还设计有纵横密布的冷却气流利道，在叶片表面的各个部位加工数以千计的冷却孔。透平动静叶在运行中，冷却空气从叶片表面喷出，在叶片表面形成一层不间断的保护气膜，用于隔绝高温烟气，防止叶片被烧坏。
国内外曾经有发电企业因压气机的进气过滤系统涌现故障，冷却空气收到灰尘污染，导致叶片冷却孔堵塞，大量叶片被烧毁的恶性事件发生。
下图即为几种不同的的叶片冷却办法。
4.热通道流场设计
热通道流场设计也是透平设计的关键环节。熟习轮机热力的人都知道，热通道直接关系到机组的运行效率，虽然高温高压气体有着压力、热量相互转换的膨胀规律，但透平级数设计不合理，级间或叶片弯扭存在偏差，造成涡流或漏流，也会造成透平的整体热效率不高。
现在透平设计都采取有限元流场设计，在设计中对单个叶片，各个透平机和全体透平的流场进行全面的仿真剖析，剖析的项目包括烟气流场分布、流线诊断、金属应力、模态振动特性、热效率打算等内容，乃至还会对全体机组进行寿命评估，确认无误后才会开始制造并投入生产。
第二部分 燃气轮机压气机
常见的燃气轮机压气机紧张有两种形式，一种是离心式压气机，一种是轴流式压气机。小微型压气机一样平常采取单级或双级离心式压气机，大型发电用重型燃气轮机一样平常轴流式压气机。
轴流式压气机运行流量大，设备体积也相对弘大，由压气机动静两部分组成。静止部分包括压气机壳体、静叶、静叶持环及防喘放气阀门和管道组成。迁徙改变部分为压气机转子，大型燃机的压气机多达15级-20级，整体呈圆锥形。
压气机入口安装有进气空气过滤器，担保压气机进气清洁，为了对压气机进气流量进行调节，在压气机入口安装有进气导叶，也便是人们常说的IGV。
前辈的压气机采取打算三维流体办法进行设计，动静叶片均为弯扭叶片。压气机与透平形状有着相似之处，都是轮机的一种，压气机叶片一样平常没有叶冠。压气机一样平常通过透平带动压气机转子迁徙改变，通过斜置叶片的快速运行形成离心负压，将空气吸入压气机，空气连续不断的进入，并进行压缩，末了排入燃烧室。
轴流压气机的优点在于能够连续不断的吸入和排出空气，在高达3000rpm的迁徙改变中，形成很大的空气流量，知足燃烧器燃烧和透平冷却的哀求。
压气机的事理属空气动力学范畴，空气动力学不同于透平的热力学。轴流叶片对空气不断加压，通过压气机的每一级，压力得到能量压力逐渐升高。其运行机理较为繁芜，如果在运行过程中涌现气流分开、间断、拥塞，就会产生严重的扰动，形成危害巨大的旋转失落速，并可能诱发喘振等恶性事件。
在燃气轮机问世以来，尤其在上世纪九十年代，压气机喘振事件频发，都是压气机叶片断裂、扫膛、剃光头等恶性事件，经济丢失高达亿元。即便是燃机发展到本日，E级、F机压气机因发生喘振剃秃顶的事件也习认为常。
压气机设计须要遵照空气动力学规律，在转子迁徙改变增压的过程中，正常情形下气流并不会产生扰动，一旦工况发生变革，流量产生突变，就可能在叶片压力面产生气流分离，在叶片间形成涡流，气体对动静叶片产生压力扰动，叶片随气流冲击涌现高频振动，温度急剧升高，并可能发生叶片断裂。由于压气机叶片均为悬臂办法安装，强度较低，一旦一只叶片发生断裂，在高速旋转的浸染下，全体压气机就会产生剃秃顶的恶性事件。
因此压气机设计必须避开理论上的喘振边界，但因压气机运行工况繁芜，很多时候并不能完备避免。随着技能的不断进步，现在紧张通过有限元打算流体力学软件对压气机的运行工况进行仿照，对压气机振动特性，喘振特性进行深入的仿照剖析，设计者将运行边界只管即便阔别喘振区域。由于软件仿照事件不会产生是丢失，但能够与实际工况高度贴合，因此是压气机设计验证的必备手段。国外压气机不但能够利用ANSYS、FLUENT、CFX通用软件进行验证，各个生产厂家更是针对压气机特点开拓出了专用的仿照仿真软件，仿真结果也更为可靠。
我们的燃气轮机制造单位由于根本研究不足深入，海内还没有相应的打算流体软件作为技能支持，自己更没有研发相应的打算仿照软件。技能职员对国外通用软件尚不能运用成熟，压气机算法没有深入研究，更没有相应的软件利用履历。因压气机设计喘振风险较大，以是压气机设计更加依赖于入口。这也是压气机设备设计和加工制造无法完备自主完成的紧张缘故原由。
目前各个发电设备制造厂一样平常的流程是拿到国外的压气机设计图纸，然后委托无锡或其他的叶片制造厂进行加工，考验合格后再进行组装。即便如此，海内叶片组装而成的压气机旋转失落速的问题也未能完备避免。
以是，我们的科研单位、说吧制造单位应对空气动力学开展深入研究，设计研发技能自主的三维建模软件和CFD有限元流体力学打算软件，实现压气机设计和仿照仿真的各项哀求。
第三部分 燃气轮机燃烧系统
燃气轮机燃烧系统紧张由配气部分和燃烧器部分组成。
天然气配气系统包括天然气过滤装置、调压装置、加热装置和流量压力掌握等部分组成。
调压装置用于坚持天然气压力稳定，如果燃机运行中涌现断气或大幅的压力流量颠簸，燃机燃烧器就会燃烧不稳定，乃至熄火跳机。
燃机燃烧器进气部分一样平常由多路天然气进气管道组成，每一起燃气有不同的功能。目前前辈的燃烧器一样平常只设一起扩散燃烧，用来坚持燃烧稳定，这一起燃气一贯处于着火状态，有的厂家称之为值班燃料。除了值班燃料之外，还会有多路预混燃烧，预混燃烧是提前对燃料和空气进行稠浊，进入燃烧器后点燃，燃烧温度一样平常较低，用于抑制燃烧氮氧化物的天生。
由于空气由氮气和氧气组成，氮气在高温下会和氧气反应天生氮氧化物。燃气轮机氮氧化物紧张有热力型和快速型两种。热力型氮氧化物产生的缘故原由紧张是由于高温浸染，实验表明燃烧温度高于1500℃会有氮氧化物天生，随着温度升高，氮氧化物含量会急剧升高，这也是为什么限定燃烧温度，采取预混燃烧的缘故原由。通用公司最新的燃烧器设计中已经取消高温扩散燃烧，全部由预混燃烧构成。快速型氮氧化物是很难避免的，缩短氮气氧气在高温段的韶光能够减小氮氧化物的天生，因此分级燃烧也成为各个燃机厂家的研究工具，只管即便减小烟气在高温段的勾留韶光，实验证明，分级燃烧取得了较好的效果。
为了防止燃烧器在高温环境下被烧坏，燃烧器燃烧筒内部除涂有耐烧蚀的陶瓷涂层外，燃烧器内部和表面同样设计了很多冷却孔，用于冷却空气流动和喷出，在燃烧筒表里面形成空气保护膜，防止燃烧器烧坏烧穿。如果燃烧不稳定，火焰在燃烧筒中方形涌现偏斜，就可能将燃烧筒烧坏烧穿，造成严重事件。
燃烧器内部燃烧流场、温度设计繁芜，同样无法通过常规的手工打算来完成，须要利用FLUENT等专业软件进行仿照，尤其是不同燃料喷嘴流量不同引起的火焰长度、偏斜都须要通过仿真来完成。燃烧器最繁芜的便是燃烧振动掌握，如果涌现大幅振动，就会引起燃烧不稳定，乃至熄火。
燃烧器燃烧技能繁芜，燃烧不稳定会造成跳机、氮氧化物排放超标会触碰环保红线。我国各燃机制造单位还不能完成燃烧器的自主设计制造，设计图纸也未得到厂家的转让，整套燃烧器均须要入口，因此燃烧器的占领难度也最大。
第四部分 燃气轮机发展思路
1.天下燃机发展进程
燃气轮机构造较为繁芜，已成为电力装备不可或缺的组成部分。追根溯源，发电用燃气轮机起源于航空发动机。
在上世纪三四十年代，随着东西方各国战役的须要，制空权越来越主要，军用飞机发展极为迅速。美国波音、道格拉斯、洛克希德等飞机制造商拿到了巨额订单，制造了大量的军用飞机。
开始时飞机采取活塞式压气机对空气进行压缩，活塞式压气机笨重，输出的压缩空气流量压力均较小，飞机的性能受到了很大的限定。轴流压气机的涌现办理了这一问题，在经由论证和试验后迅速取代了活塞式压气机成为主流，在采取轴流压气机后，飞机的性能得到了大幅提升，使超音速战斗机的研制成为可能。
随着五六十年带战役的结束，战斗机、轰炸机的用量大幅缩减，航空发动机的用武之地变小，为民用燃气轮机的发展创造了条件。这就衍生出航改型发电用的燃气轮机和工业用燃气轮机，除了这一分支，英美国家还参照汽轮机特点研制了发电用的重型燃气轮机。虽然形状有一定的差异，但两种燃气轮机基本事理是相同的。
燃气轮机距今不敷百年，但更新换代还是很快的，由航空用的原型机，一贯发展到本日的F、H级重型燃气轮机，发电容量越来越大，效率也越来越高。最前辈的H机燃气轮机联合循环效率已经打破64%，为环球电力行业的发展做出了主要贡献。
2.我国燃机发展进程
我国重型燃气轮机发展历史要短得多。我国在航空系列燃气轮机方面取得了显著造诣，涡喷、涡轴、涡桨、涡扇等各个系列航空发动机性能精良，已经能够知足国防用战斗机、轰炸机、直升机的各项需求，并出口外国用于军事。除了检修间隔较短外，我国航空燃气轮机的机动性能，战斗性能都有更好的性能，技能上风明显，与英美比较也绝不逊色。
但我国发电用重型燃气轮机紧张技能发展存在不敷，紧张还是集中在2000年之后的以市场换技能之后，由于欧美国家的技能封锁，进展较为缓慢。尤其是燃机燃烧器、热通道核心部件仍旧须要入口，以市场换技能并未取得应有的效果。
3.燃气轮机技能打破建议
目前我国燃机紧张在燃机设计、燃烧机理研究、高端金属材料和特种铸造技能等方面，这些方面均联系到根本学科研究，没有踏实的理论和实践根本很难取得打破。我们的化学燃烧机理、CFD流场、尤其是铸造技能均须要自主创新才能得到，否则很难从欧美国家取得，核心技能是要不来，也等不到的。
开展空气动力学研究，对气体特性进行深入和研究和剖析，利用气体自由特点对燃气轮机进行技能改进，规避现有的技能难点也是重型燃气轮机发展的一条可行之路。
现有燃气轮机循环存在的问题
现有压气机最大的问题是循环的压力最高点在压气机的出口，后面燃烧温度升高并不能提高气体的压力。这就造成了气体的热力特性没有被充分利用，如果后面压力随温度升高，压气机就会堵塞，产生喘振故障。因此透平必须知足烟气的正常排出，形成一个稳定流量的通路，这些也造成透平做功能力受到限定，造成了燃机透平无法全部耗尽烟气热量，导致排烟温度过高。
容积式压缩装置的优点
如采取容积式压缩装置对气体进行压缩，利用容积压缩装置的特性，可以在压气机的出口形成断流，但不会影响气体形成连续的排出流量。在气体不断输出达到一定的密度后，依据气体特性，通过燃烧器的燃烧加热就可以达到很高的压力和温度。由于容积式压缩装置的流速的较低，因此燃烧器火焰稳定性也会更随意马虎掌握。
更高压力的烟气进入透平做功，烟气能够得到充分膨胀，做功流程更长，就能耗尽烟气的所有热量。如果设计合理，透平出口的排烟温度就能达到常温常压状态。
如上述工艺流程尾部的烟气接到容积式压气机入口，就能构建更加高效的气体循环，对空气进行重复利用，并能够省去过滤新空气的过滤装置，达到更高的运行效率。
