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燃氣輪機起源于19世紀，是第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物，如今還被廣泛使用在交通、電力、航天等多個(gè)領(lǐng)域。但實(shí)際上，燃氣輪機至今依然是最難制造的機械設備。

01 燃氣輪機有多難制造？

燃氣輪機由壓氣機（Compressor）、燃燒室（Combustor）和透平設備（Turbine）三部分組成，原理是壓氣機從外界吸入空氣，經(jīng)過(guò)軸流式壓氣機逐級壓縮增壓；壓縮空氣進(jìn)入燃燒室與噴入燃料燃燒生成高溫高壓的氣體，通過(guò)氣體排出閥排出，吹動(dòng)葉片旋轉帶動(dòng)渦輪旋，進(jìn)而使壓氣機高速旋轉。

在燃氣輪機中，壓氣機是由燃氣渦輪膨脹做功來(lái)帶動(dòng)的，渦輪發(fā)出的機械功約有一半是帶動(dòng)壓氣機運動(dòng)，其余的一部分機械功才是進(jìn)行動(dòng)力輸出；所以在燃氣輪機起動(dòng)的時(shí)候，首先需要電動(dòng)機帶動(dòng)壓氣機啟動(dòng)，直到燃氣渦輪機械功大于壓氣機消耗的機械功時(shí)，燃氣輪機才能自身獨立工作。

原理似乎并不復雜，但燃氣輪機持續工作中，為了保持相當高的動(dòng)力，溫度要保持在1000度左右，而且需要長(cháng)期在這種溫度中維持上萬(wàn)小時(shí)，并且不能出現損壞，這對于燃氣輪機的材料要求極高。

除了材料，還需要考慮如何將壓氣機的壓縮比和燃燒室的燃料混合時(shí)充分燃燒，產(chǎn)生最大壓力，同時(shí)高溫高壓的氣體吹向葉輪，葉輪要在高溫高壓中能長(cháng)期穩定的旋轉，這就跟冰塊放在火里面，還要求冰塊不能化掉一樣。

在這種情況下還要減少葉輪旋轉需要帶動(dòng)壓氣機的機械能，增加透平設備產(chǎn)生的機械能，這需要在冷卻方式、流道、 葉型、材料、涂層、控制等方面不斷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，才能提高效率，但是這些技術(shù)早已被 GE、西門(mén)子、三菱為主的重型燃氣輪機產(chǎn)品壟斷并拒絕技術(shù)轉讓?zhuān)覈荒芡ㄟ^(guò)自研，技術(shù)水平與頂尖巨頭比還有較大的差距。

02 為何要重點(diǎn)研究燃氣輪機？

燃氣輪機實(shí)際上是第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物，而在如今電機已經(jīng)非常普遍的情況，很多人可能都有疑問(wèn)，為什么我們還要花這么多精力去研究一個(gè)過(guò)時(shí)的東西？作為一個(gè)靠譜的科普作者，我可以告訴大家，燃氣輪機不但沒(méi)有過(guò)時(shí)，而且非常重要。

燃氣輪機對于燃料的要求不高，任何燃料都可以，但是為了提高效率和保護環(huán)境，現在主要燒天然氣，隨著(zhù)我國“十四五”綠色能源發(fā)展計劃的實(shí)施，低碳經(jīng)濟、碳中和就成了重中之重，低污染的能源受到重視，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)工作早已展開(kāi)，《電力發(fā)展“十三五”規劃》已明確了天然氣發(fā)電項目建設目標，2020年將實(shí)現氣電裝機容量占 比超過(guò)5%，總體規模達110GW（吉瓦）。

在《能源發(fā)展“十三五”規劃》中，氫能和燃料電池被列為需要集中攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。美日歐等發(fā)達國家相繼將氫能發(fā)展列入國家能源發(fā)展規劃，目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，用清潔的氫燃料替換天然氣，也是未來(lái)燃氣輪機發(fā)電趨勢。

但氫的缺點(diǎn)也比較明顯，首先腐蝕性強，熱值高燃燒快，很難控制燃料補給速率。所以目前單獨使用比較困難，多數是和天然氣混合加入燃氣輪機，或者經(jīng)過(guò)工業(yè)加工，氫氣和二氧化碳形成甲烷和甲醇等清潔能源。