燃?xì)廨啓C(jī)（Gas   turbine）這是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱機(jī)。它以連續(xù)流動的氣體為工作介質(zhì)，帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，從而將燃料的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。燃?xì)廨啓C(jī)的基本部件包括壓縮機(jī)、燃燒室、渦輪機(jī)和相關(guān)輔助系統(tǒng)。簡單而理想的燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程通常用布雷頓循環(huán)來描述。因為燃?xì)廨啓C(jī)確實(shí)在工作，所以有熱量、壓力、工質(zhì)、機(jī)械損失和不可逆性，所以燃?xì)廨啓C(jī)的比功和熱效率等參數(shù)常被用來衡量燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)性能。

燃?xì)廨啓C(jī)最早的雛形可以追溯到唐宋時期人們用煤氣作為動力來驅(qū)動銅輪、紙輪轉(zhuǎn)動。在工業(yè)革命時期，人們利用熱力循環(huán)的知識來設(shè)計和生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)。在后來的改進(jìn)和發(fā)展過程中，燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，可以用于發(fā)電、供熱、航空航天、汽車船艦、油氣輸運(yùn)、鋼鐵冶煉等許多領(lǐng)域。

燃?xì)廨啓C(jī)由壓縮機(jī)組成、燃燒室和渦輪由三個關(guān)鍵部件組成，它們配有燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和輔助設(shè)備，如啟動系統(tǒng)。

壓氣機(jī)：燃?xì)廨啓C(jī)中的壓縮機(jī)部件通常使用動態(tài)壓縮機(jī)，包括軸流式壓縮機(jī)、離心式和混合式三種。它的作用是吸入并壓縮大氣中的空氣，然后向燃燒室提供高壓空氣。因此，通常要求具有高壓縮效率、單級壓縮比大、氣體流量大、特性可以與渦輪機(jī)相匹配、工況穩(wěn)定，面積廣，能很好地防止浪涌。

燃燒室：燃燒室位于壓氣機(jī)和渦輪之間，用于將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，并為渦流提供高溫高壓氣體。所以它通常溫度很高、高氣流速度、高燃燒強(qiáng)度、高過量空氣系數(shù)(一般與鍋爐等相比）的特點(diǎn)。按結(jié)構(gòu)可分為圓筒型、分管型、有四種類型環(huán)管型和環(huán)型。

燃?xì)鉁u輪：也稱為燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。它布置在燃燒室后面，并且是用于將來自燃燒室的工作介質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換成渦輪轉(zhuǎn)子的機(jī)械能的裝置。通常由燃?xì)鈱?dǎo)管、級組和排氣擴(kuò)散器。根據(jù)燃?xì)庠跍u輪中的流動方向，燃?xì)廨啓C(jī)分為徑流式和軸流式。

輔助機(jī)構(gòu)：除了壓縮機(jī)之外，燃?xì)廨啓C(jī)、除了由燃燒室和燃?xì)廨啓C(jī)組成的主體外，還有一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、壓力工作油系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，以及各種油泵、風(fēng)機(jī)、管道閥門、冷卻器、加熱器、起動機(jī)等許多輔助系統(tǒng)和設(shè)備來保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

基本原理

燃?xì)廨啓C(jī)是通過熱循環(huán)將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出的裝置。在簡單理想循環(huán)條件下，燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)可以用布雷頓循環(huán)來描述。其中“簡單”這意味著不考慮回?zé)嵫h(huán)和再熱循環(huán)；理想循環(huán)”意味著將工質(zhì)視為理想氣體，忽略熱損失和機(jī)械損失。

布雷頓循環(huán)：布雷頓循環(huán)可以很好地描述燃?xì)廨啓C(jī)裝置在簡單理想條件下的工作過程。如圖2所示，它由兩個等熵過程和等壓過程描述。

過程1~ 2，等熵過程：壓縮機(jī)消耗一定量的功W，吸入低溫低壓空氣并將其壓縮空氣量減少，壓力增加，獲得的低溫高壓氣體進(jìn)入燃燒室；能量表現(xiàn)形式：壓縮機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的壓力能。

過程2~ 3，等壓過程：低溫高壓氣體和燃料在燃燒室中混合燃燒，溫度升高而壓力保持不變，得到高溫高壓氣體；能量表現(xiàn)形式：燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾膬?nèi)能。

過程3~ 4，等熵過程：從燃燒室出來的高溫高壓氣體在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹做功，壓力下降，體積增大，溫度下降，成為具有一定溫度和壓力的廢氣；能量表現(xiàn)形式：燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)廨啓C(jī)的機(jī)械能輸出。

過程4~1，等壓過程：來自燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣被排放到大氣中，并被大氣或水冷卻。得到低溫低壓氣體被壓縮機(jī)吸入，然后進(jìn)行下一個循環(huán)。

實(shí)際簡單循環(huán)：在理論分析中，壓縮機(jī)和渦輪中的工作質(zhì)量被視為一個可逆過程。在實(shí)際工作過程中，氣流與機(jī)械之間的各種摩擦產(chǎn)生的損失會造成壓縮機(jī)和渦輪中工質(zhì)的熱力過程不可逆，循環(huán)中的每個過程都存在損失。

優(yōu)點(diǎn)

與內(nèi)燃機(jī)、與汽輪機(jī)等動力機(jī)械相比，燃?xì)廨啓C(jī)同時具有以下優(yōu)點(diǎn)：重量輕、體積小、操作維護(hù)簡便；功率密度高，適用于船舶航空等動力；單機(jī)熱效率一般，但聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的效率將超過其他動力機(jī)械。

啟動加速快，啟動溫度低，無需預(yù)熱；燃料多樣化，可以使用柴油、汽油、天然氣和其他燃料；不需要額外的冷卻水系統(tǒng)；安裝建設(shè)周期短；低振動低噪音，廣泛應(yīng)用于軍用船舶。

缺點(diǎn)

燃?xì)廨啓C(jī)的效率受溫度限制，高溫會導(dǎo)致葉片壽命急劇下降如果使用耐高溫材料，制造和使用成本將增加。

由于連續(xù)工作，需要對渦輪葉片進(jìn)行冷卻，技術(shù)難度較大。

使用燃?xì)廨啓C(jī)時，燃料中的氮?dú)庠诟邷叵聲a(chǎn)生氮氧化物；此外，高溫工況會導(dǎo)致空氣中的氮和氧發(fā)生反應(yīng)生成氮氧化物。隨著燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行溫度的升高，氮氧化物的含量將急劇增加。

燃油消耗量高、需要消耗大量的空氣。

不良的非設(shè)計性能，尤其是在低速和部分負(fù)荷下，不僅會導(dǎo)致熱效率低，還會進(jìn)一步增加油耗。燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行中有各種損耗，所以經(jīng)濟(jì)性差。此外，制造困難且成本高。

熱力循環(huán)類型

簡單循環(huán)：簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)理想地根據(jù)布雷頓循環(huán)工作。具有結(jié)構(gòu)簡單、輕薄小巧，調(diào)節(jié)方便，但效率低。適用于一些要求不高的場合，比如一些小型電廠。

此外，簡單循環(huán)可分為開式循環(huán)和閉式循環(huán)開式循環(huán)——的工作介質(zhì)來自大氣并被排放到大氣中；封閉循環(huán)——的工作介質(zhì)與外界隔離，并以封閉方式循環(huán)。

復(fù)雜循環(huán)：為了提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率，通常在簡單循環(huán)的基礎(chǔ)上對實(shí)際過程進(jìn)行改進(jìn)，得到回?zé)嵫h(huán)、間冷循環(huán)、再熱循環(huán)和其他復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。適用于要求高效率和更廣泛應(yīng)用的場合，如大型發(fā)電廠和船舶動力推進(jìn)系統(tǒng)。

回?zé)嵫h(huán)：通過安裝回?zé)崞鳎纬苫責(zé)嵫h(huán)，從而提高熱效率。

間冷循環(huán)：在壓縮過程的中間，一部分工質(zhì)被引向冷卻器，冷卻后再返回壓縮機(jī)繼續(xù)壓縮過程，稱為間接冷卻循環(huán)。

再熱循環(huán)：在膨脹過程的中間，工質(zhì)被引出到再熱燃燒室加熱，然后回到渦輪繼續(xù)膨脹以完成膨脹過程，這就是所謂的再熱循環(huán)。

間接冷卻循環(huán)和再熱循環(huán)可以提高熱循環(huán)的比功，此外還有間接冷卻-回?zé)幔倮?具有再熱和其他組合形式的復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。

隨著發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的聯(lián)合循環(huán)，如蒸汽噴射燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)、濕空氣透平循環(huán)、卡林那聯(lián)合循環(huán)、氫氧聯(lián)合循環(huán)、燃料電池聯(lián)合循環(huán)、化學(xué)鏈燃燒動力循環(huán)、燃煤聯(lián)合循環(huán)等。

按軸系分

單軸燃?xì)廨啓C(jī)：結(jié)構(gòu)簡單，但工況調(diào)節(jié)范圍較窄，一般用于發(fā)電饑民群體。

分軸燃?xì)廨啓C(jī)：結(jié)構(gòu)緊湊，但復(fù)雜，啟動功率低，非設(shè)計性能好。適用于變速負(fù)載和牽引動力，如車輛和流體機(jī)械。

使用安裝分類

固定式燃?xì)廨啓C(jī) ：一般是指大、中等功率不可整體移動的固定式燃?xì)廨啓C(jī)裝置。它們可以是重型燃?xì)廨啓C(jī)或航空改裝燃?xì)廨啓C(jī)。

運(yùn)輸燃?xì)廨啓C(jī)  ：包括大中小型陸海空運(yùn)輸車輛的燃?xì)廨啓C(jī)，以及箱式移動式和便攜式燃?xì)廨啓C(jī)。大部分是飛機(jī)改裝或輕型結(jié)構(gòu)工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)。

其他分類

按結(jié)構(gòu)形式和功率重量比分類：重型燃?xì)廨啓C(jī)、輕型燃?xì)廨啓C(jī)(以航空發(fā)動機(jī)改裝為主)微型和超微型燃?xì)廨啓C(jī)。

按用途分類：工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)船用燃?xì)廨啓C(jī)航空航天燃?xì)廨啓C(jī)。

按壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)：渦輪壓縮機(jī)和動力壓縮機(jī)，動力壓縮機(jī)包括軸流式壓縮機(jī)、離心式和混合式三種。

發(fā)電領(lǐng)域：燃?xì)廨啓C(jī)的主要用途之一是發(fā)電。簡易燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)具有裝機(jī)容量大啟停時間短的優(yōu)點(diǎn)，主要用于電力系統(tǒng)調(diào)峰、交通和工業(yè)等領(lǐng)域。

燃?xì)廨啓C(jī)

船舶領(lǐng)域：因為燃?xì)廨啓C(jī)具有緊湊的結(jié)構(gòu)、重量輕、振動小、操作靈活等，這非常符合船舶的動力需求。船舶領(lǐng)域使用的燃?xì)廨啓C(jī)通常采用多種先進(jìn)復(fù)雜的循環(huán)模式。而且由于海洋環(huán)境惡劣，對燃?xì)廨啓C(jī)的要求更加嚴(yán)格，包括耐高鹽霧和海水腐蝕、抵抗水下爆炸造成的巨大沖擊、能承受頻繁的工況變化和長期高負(fù)荷運(yùn)行、更長的翻修壽命。

車輛領(lǐng)域：自1950年英國羅孚公司制造出第一輛燃?xì)廨啓C(jī)汽車以來，車用燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展從未停止，其機(jī)組性能不斷提高。用于車輛領(lǐng)域的燃?xì)廨啓C(jī)通常需要滿足以下要求：1)高效率和低平均油耗；2)能適應(yīng)不同駕駛狀態(tài)的要求；3) 低污染排放；4) 防撞擊振動；5) 防塵；6) 能適應(yīng)環(huán)境溫度的巨大變化。7) 低噪音；8)能燃用多種燃油；9) 易于維護(hù)等等。

航空航天領(lǐng)域：燃?xì)廨啓C(jī)連續(xù)工作輸出功率高重量輕噴氣推進(jìn)效率優(yōu)異，作為噴氣航空動力具有絕對優(yōu)勢。基本類型有：飛機(jī)用渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、直升機(jī)用渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)渦輪軸發(fā)動機(jī)。各種航空燃?xì)廨啓C(jī)的基本通用要求如下：重量輕、省油、工作安全可靠、啟動迅速可靠、良好的加速性和抗沖擊性。

其他領(lǐng)域

供熱：從燃?xì)廨啓C(jī)排出的廢氣仍然具有相當(dāng)高的溫度，因此可以通過安裝廢熱鍋爐在渦輪排氣擴(kuò)散器的出口處回收熱量，以產(chǎn)生熱水或蒸汽。用于供暖、蒸汽輪機(jī)組、或者部分重新注入燃?xì)廨啓C(jī)以提高燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功和效率。

輸送天然氣：為了克服流動阻力，天然氣通常由壓縮機(jī)壓縮和增壓。使用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動離心式壓縮機(jī)的增壓單元，在高功率范圍內(nèi)(上千kW)是一種非常經(jīng)濟(jì)適用的方式。通常，由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)通常要求燃?xì)廨啓C(jī)和離心式壓縮機(jī)的性能相互匹配。

輸送石油：石油的長距離管道運(yùn)輸是最經(jīng)濟(jì)的方法，它需要泵站來提升原油以進(jìn)行運(yùn)輸 離心泵廣泛應(yīng)用于泵站，現(xiàn)在大部分由電機(jī)驅(qū)動。但是，在缺電、在偏遠(yuǎn)和沙漠地區(qū)，以及在大容量輸油管道中，更適合使用燃?xì)廨啓C(jī)作為驅(qū)動動力。

鋼鐵冶煉：在鋼鐵冶煉行業(yè)中，會產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w副產(chǎn)品（高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣）這些副產(chǎn)品用于燃?xì)廨啓C(jī)一方面，燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的高壓氣流可以直接分流用于高爐供氣；另一方面，燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的電力和機(jī)械動力可以返回冶煉高爐使用。