燃氣輪機與汽輪機是兩種最為常見的熱力渦輪機械，二者工作原理類似，它們均在人類工業(yè)生產(chǎn)與社會活動中發(fā)揮了重要作用，二者在實際應用中也有不少共同之處。本文詳盡比較了二者在整機結構與運行方向的異同，分析闡述了其差異，并且作出了未來展望。

燃氣輪機與汽輪機是兩種最為常見的熱力渦輪機械，它們在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。二者工作原理相類似，但在技術特點、結構等方面也存在差異。

汽輪機是將蒸汽的能量轉換成為機械功的旋轉式動力機械。又稱蒸汽透平。主要用作發(fā)電用的原動機，也可直接驅動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要。

燃氣輪機（Gas Turbine）是一種以連續(xù)流動的氣體作為工質(zhì)、把熱能轉換為機械功的旋轉式動力機械。在空氣和燃氣的主要流程中，只有壓氣機（Compressor）、燃燒室（Combustor）和燃氣透平（Turbine）這三大部件組成的燃氣輪機循環(huán)，通稱為簡單循環(huán)。大多數(shù)燃氣輪機均采用簡單循環(huán)方案。壓氣機從外界大氣環(huán)境吸入空氣，并經(jīng)過軸流式壓氣機逐級壓縮使之增壓，同時空氣溫度也相應提高；壓縮空氣被壓送到燃燒室與噴入的燃料混合燃燒生成高溫高壓的燃氣；然后再進入到透平中膨脹做功，推動透平帶動壓氣機和外負荷轉子一起高速旋轉，實現(xiàn)了氣體或液體燃料的化學能部分轉化為機械功，并輸出電功。從透平中排出的廢氣排至大氣自然放熱。這樣，燃氣輪機就把燃料的化學能轉化為熱能，又把部分熱能轉變成機械能。通常在燃氣輪機中，壓氣機是由燃氣透平膨脹做功來帶動的，它是透平的負載。在簡單循環(huán)中，透平發(fā)出的機械功有1/2 到2/3 左右用來帶動壓氣機，其余的1/3 左右的機械功用來驅動發(fā)電機。在燃氣輪機起動時，首先需要外界動力，一般是起動機帶動壓氣機，直到燃氣透平發(fā)出的機械功大于壓氣機消耗的機械功時，外界起動機脫扣，燃氣輪機才能自身獨立開始工作。

比較汽輪機和燃氣輪機的差異將有助于我們對其特征技術與結構的了解，并在實際應用中揚長避短。

1. 燃氣輪機的技術特點

燃氣輪機作為一種常見的動力裝置，相比于汽輪機動力裝置具有以下的技術特點與優(yōu)勢：

• 結構緊湊，體積小，重量輕；

• 噪音低，運動平穩(wěn)，振動較小。燃氣輪機是一種旋轉機械，運轉時低頻振動較少；

• SOx，NOx 等有害氣體排放少；

• 功率重量比大，單機功率大，啟動加速性好；

• 潤滑油消耗低，保養(yǎng)量小，管理人員少；

• 少用或不用冷卻水；

• 初期投資費用較低。

2.1 整機結構

汽輪機有著大量的附屬機械設備，諸如泵，風機，冷凝器，真空設備，以及龐雜的管系各類的附屬設備占據(jù)較大的空間，并且質(zhì)量較大。而燃氣輪機相比于汽輪機有著結構簡單的優(yōu)勢，于所占空間和機件質(zhì)量，均小于汽輪機裝置。在輸出功率相近的前提下，燃氣輪機整機裝置的質(zhì)量，大約為汽輪機裝置的1/3，約為柴油機裝置的1/5~1/2。航空燃氣輪機的研制方向重點在于整機輕量化，相比于陸用和船用燃氣輪機而言，質(zhì)量更輕。燃氣輪機的內(nèi)部流通部分結構更為簡單，應為不同于汽輪機，燃氣輪機內(nèi)通常沒有中間抽汽與調(diào)節(jié)級。此外，燃氣輪機的進排氣裝置尺寸均較大，往往會占用相當?shù)目臻g。

2.2 可靠性

汽輪機與燃氣輪機通常都能以穩(wěn)定工況進行運轉。對于汽輪機而言，其輔助機械設備構造簡單，并且技術成熟。其循環(huán)壽命與平均大修間隔都較長。如蒸汽溫度保持在1000°F以下，會更有利于汽輪機保持長期平穩(wěn)而安全的運行。燃氣輪機的平均大修間隔通常較短，而其原因主要源自燃氣的高溫，于這樣的高溫之下，運行一定的時長之后，即使采用了較好的葉片涂層，依然易于導致高溫部件工作情況惡化。需要注意的是，燃氣輪機的故障產(chǎn)生通常較為迅速，往往出現(xiàn)于數(shù)秒之中，而汽輪機的故障通常出現(xiàn)較為緩慢，易于阻止災難性破壞的產(chǎn)生。由于相對于整個能量轉換體系來講，汽輪機的動力裝置部分是很小的一部分而燃氣輪機的轉子和燃氣發(fā)生器構成了能量轉換的主體部分，因此其故障或者機件的損壞，往往是致命的，相比于汽輪機來說更為嚴重。

2.3 零件供應

汽輪機裝置通常采用相近的機件，需要大型且復雜的后方零部件供應體系。而燃氣輪機的制造通常采用批量生產(chǎn)技術生產(chǎn)廠商可以提供具有較好互換性的零件、部件和模件。不論燃氣輪機是航改型，船用型，高參數(shù)型，其所需的零部件總量是相對較少的，隨著模件所需范圍的擴大，更加需要簡化維護保養(yǎng)的程序，降低運行成本。燃氣輪機裝置，尤其像航改型，其購置及安裝費用，都比同等功率的汽輪機與柴油機裝置更為便宜。

2.4 進排氣道

燃氣輪機通常需要大尺寸的進排氣管道，而汽輪機則不然。燃氣輪機進氣口通常會產(chǎn)生大量噪音，為了保證運行環(huán)境和工作人員舒適度，有必要采用降噪設備。通常船用燃氣輪機需要于進氣口布置懸浮微粒分離裝置，從而保障整機的運轉安全與穩(wěn)定。

3.1 工質(zhì)

燃氣輪機的工質(zhì)為高溫燃氣，形態(tài)上更接近于理想氣體，無物態(tài)變化，并且工作初溫相對較高，通常需要使用耐熱合金或者耐熱鋼材來進行制造，材料對耐高溫與腐蝕都有一定要求。汽輪機的工質(zhì)通常為過熱蒸汽，通常會在排氣口出現(xiàn)液化現(xiàn)象。燃氣輪機在較低的初溫下工作，其工質(zhì)膨脹過程中燃氣比容會增大5~20 倍，而汽輪機內(nèi)部工質(zhì)的比容則會增大數(shù)百倍。因此，燃氣輪機第一級與最末級葉片的高度差，相比于汽輪機中會小得多，對應而言，其各級的徑高比都比較小，并且流通部分變化較為平緩。燃氣輪機的燃氣中含有相當數(shù)量的氧氣，如燃料中含有鈉、汞、硫化物等時，高溫燃氣還可能會侵蝕葉片。因此燃氣輪機流通部件所采用的金屬除了需具有較高的熱強度之外，還應具有較高的熱穩(wěn)定性，耐高溫腐蝕性等

3.2 燃料消耗

目前航空燃氣輪機的比燃料消耗與柴油機、汽輪機相比，已不相上下，重型燃氣輪機裝置，通常燃用重質(zhì)燃油，比燃料消耗更低。而在功率偏離設計指標之時，燃氣輪機的比燃料消耗則迅速增加，而汽輪機則以相當小的速率增加。這主要是因為汽輪機在此種情況下，通常會采取部分進汽、旁通調(diào)節(jié)等措施，而燃氣輪機則不然。通?？蓪⑷細廨啓C與其他動力裝置聯(lián)合，以克服這個缺點，如與汽輪機聯(lián)合形成燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)等。

3.3 響應性

雖然汽輪機發(fā)出的功率較為平穩(wěn)，但是其改變功率大小的能力相對遲緩燃氣輪機則具有良好的高速性能和良好的運轉響應性能，短時間內(nèi)即可發(fā)出全功率。汽輪機從金屬冷態(tài)到正常運轉，通常需要數(shù)十小時，在緊急情況下，一般也需要3~4 小時。而燃氣輪機則可以在數(shù)分鐘內(nèi)從惰轉停車狀態(tài)過渡到全速運轉狀態(tài)。

3.4 監(jiān)護管理要求

燃氣輪機通常更易于實現(xiàn)自動化控制，有著自動數(shù)據(jù)顯示、記錄、控制等特點，值班監(jiān)視任務相對較為簡單，而汽輪機由于系統(tǒng)龐雜，附屬設備眾多，通常需要更多的值班監(jiān)護人員

3.5 振動與噪聲

如果不采用任何的消音措施，一般情況下燃氣輪機的進排氣噪聲會相當高，但是在排氣道以及圍繞著發(fā)動機外殼處所安裝的抑制聲音裝置，已能將噪音降低到實際要求的安全水平范圍內(nèi)。汽輪機由于泵、風機等輔助裝置眾多，因此一般都存在流體噪聲和結構振動的情況

3.6 燃料適應性

曾經(jīng)認為，可以將燃氣輪機設計成可以燃用任何一種燃料的熱機，從人造黃油至人造煤氣。但是對于燃氣初溫有較高要求的燃氣輪機而言，實際上需要特別注意選擇及處理其燃料，因此，諸如航空燃氣輪機通常選擇燃用輕質(zhì)燃油，而重型燃氣輪機可燃用重油以及渣油。汽輪機作為靠燃料加熱水形成過熱蒸汽而做功的外燃式動力機械，對燃料則幾乎沒有要求，燃用煤時，通常需要進行脫硫脫硝處理。

3.7 環(huán)境適應性

有別于汽輪機裝置，燃氣輪機對于進口環(huán)境條件的變化異常的敏感，尤其是進口溫度。由于燃氣輪機是直接對工作流體進行加熱，因此高進口溫度通常會降低其功率輸出。對于汽輪機而言，則需要監(jiān)控給水狀況，以免損壞鍋爐等設備

3.8 裝置效率

燃氣輪機中，渦輪的效率對整機的效率影響更為顯著，渦輪效率減少1%時，整機效率往往會減少2%~4%，因此，對燃氣輪機內(nèi)部流通部分進行設計時，往往比汽輪機的要求更高

3.9 各種損失

燃氣輪機的級內(nèi)損失與汽輪機相類似，其中不存在濕汽損失，但是卻有葉片冷卻損失。燃氣輪機末端葉片排氣軸向分速可達到150~200m/s，此時的排氣余速可達到燃氣輪機可用能的10%，存在著一定程度的余速損失

3.10 裝機容量

燃氣輪機可用的焓降大約為汽輪機的1/5~1/3，因此其級數(shù)與軸向尺寸與汽輪機相比有所減少和縮短。為了達到與汽輪機相同的功率，燃氣輪機需要更多的流量，因此其第一級通常高于汽輪機的對應級數(shù)。燃氣輪機渦輪大部分的功率通常用于驅動壓氣機，大約只有1/3~2/5 的功率可對外輸出。綜合來講，現(xiàn)有燃氣輪機的最大裝機容量遠小于汽輪機的裝機容量

燃氣輪機是一種先進而復雜的成套動力機械裝備，是典型的高新技術密集型產(chǎn)品。作為高科技的載體，燃氣輪機代表了多理論學科和多工程領域發(fā)展的綜合水平，是21世紀的先導技術。發(fā)展集新技術、新材料、新工藝于一身的燃氣輪機產(chǎn)業(yè)，是國家高技術水平和科技實力的重要標志之一，具有十分突出的戰(zhàn)略地位。由于多方面的原因，我國燃氣輪機同國際先進水平相比仍存在很大差距。因此，我們要重視民族燃機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，優(yōu)先發(fā)展重型燃氣輪機，不斷地提高與完善燃氣輪機與汽輪機的動力性、可靠性、經(jīng)濟性和靈活性，以適應和滿足不斷增長的市場需求，為推動機械工業(yè)的不斷發(fā)展而努力

來源：網(wǎng)絡

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