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燃气轮机的那些黑科技 燃气轮机工作原理

燃气轮机的工作原理(燃气轮机的那些黑科技)
今天这篇文章就和大家聊聊被誉为制造业皇冠上的明珠——燃气轮机的黑科技！
燃气轮机
这里 ， 我们简单介绍一下燃气轮机的工作原理 。燃气轮机作为内燃机的一种 ， 本质上是一种利用燃料(主要是天然气)和空气体燃烧产生的气体驱动叶片做功的机械 。根据燃烧室温度 ， 目前分为E级、F级和最先进的H级 。它的工作原理其实很简单 。我们来看下图 。燃气轮机从左到右可分为三个部分:压气机(蓝色)、燃烧室(红色)和涡轮(黄色) 。
燃气轮机的内部结构
压缩机将空气体吸入燃气轮机并进行压缩 。之后天然气会与压缩空气体混合燃烧 ， 产生的高温高压气体带动涡轮叶片旋转 。一部分动力将用于驱动发电机发电 ， 另一部分负责驱动压缩机旋转 。
H级燃气轮机运行时 ， 燃烧室温度可达近1600度的高温！它比火山岩浆还要热 ， 大多数金属都会在这个温度下熔化 。作为燃气轮机中温度最高的区域 ， 燃烧室所采用的冷却技术是最先进的 ， 所以我们重点来看一下燃烧室内发生了什么 。
第一个问题 ， 燃气轮机的燃烧室是什么材料做的？
燃气轮机的燃烧室分为单管燃烧室、组合管燃烧室和环形燃烧室 。
它是燃料或推进剂在燃烧室中燃烧产生高温气体的装置 ， 是一种用耐高温合金材料制成的燃烧设备 。活塞到达上止点顶部后 ， 燃油将在活塞顶部和气缸盖空之间的燃烧室中燃烧 。它是燃气涡轮发动机、冲压发动机和火箭发动机的重要部件 。
它由扩散器、燃烧室壳体、火焰筒、燃料喷嘴和点火装置组成 。
燃气轮机燃烧室的内部结构
燃气轮机的燃烧室装有大约500块这种隔热瓷砖 。隔热瓷砖受热面的温度接近1600摄氏度 ， 而另一面的温度只有600多摄氏度 。这些4厘米左右厚的陶瓷 ， 隔着近1000度的高温！
燃烧室中的气体将以与龙卷风相当的速度(每秒100米)继续冲击燃烧室 。因此 ， 这些瓷砖还必须具有抵抗强烈冲击的能力——甚至超过航天飞机上使用的隔热瓷砖 。这是因为航天飞机上的绝缘陶瓷在每次着陆后和起飞前都会经过严格的检查 ， 更换损坏的陶瓷 ， 而燃气轮机中的绝缘陶瓷要运行上千小时才会进行大修 。
随着隔热瓷砖的使用 ， 冷却燃烧室内外壁的任务已经完成 ， 但接下来的任务更具挑战性 。在前面介绍燃气轮机原理的时候 ， 我们说过燃烧后的高温气体会带动涡轮区域的叶片旋转 。如果能采访燃气轮机的叶片 ， 它肯定会说:“天知道我经历了什么！”
燃气轮机运行时 ， 涡轮区的第一级叶片不仅要承受近1600度的高温 ， 还要以音速旋转 ， 还要承受相当于自身重量1万倍的离心力 。如果你随便找一块金属做叶片 ， 放进燃气轮机 ， 分分钟就能扔成面条！
那么燃气轮机叶片上的黑科技是什么呢？
燃气轮机的涡轮叶片是由特殊合金制成的单晶 ， 然后喷涂一层特殊的陶瓷涂层 。虽然叶片已经能够抵抗这里的大部分热量 ， 但这还不够 。这里我们就来说一个有趣的技术——气膜冷却 。
燃气轮机叶片
【燃气轮机的那些黑科技 燃气轮机工作原理】压气机吸入的空气体不仅被送到燃烧室外部 ， 还被送到叶片底部 ， 然后通过叶片内的通道从叶片表面的小孔喷出 ， 遇到燃烧室中的高温气体后在叶片表面形成一层薄膜 。
由于空气体导热性能差 ， 可以将高温气体与叶片隔离 ， 而快速流动的空气体也会不断带走高温气体 。这样的话 ， 刀片就能经受住可以融化岩石的温度 ， 你想不到吗？无处不在的空气居然变成了刀锋的铁布衫！
在这里介绍了技术之后 ， 我们应该谈谈燃气轮机的实际应用 。在电厂中 ， 燃气轮机一般采用联合循环配置 。工作原理是收集燃气轮机排出的高温烟气(这样的高温烟气如果排放到大气中显然太浪费了！！！) ， 然后这些气体经过余热锅炉产生蒸汽 ， 蒸汽再带动汽轮机发电 。这样整个机组的效率就可以大大提高 。对了 ， 8000H燃气轮机灵活性极强 ， 半小时内就能满负荷运转 。调节电厂的高峰负荷是没有问题的 。


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