燃氣輪機（Gas   turbine）這是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱機。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)化為機械能。燃氣輪機的基本部件包括壓縮機、燃燒室、渦輪機和相關(guān)輔助系統(tǒng)。簡單而理想的燃氣輪機的工作過程通常用布雷頓循環(huán)來描述。因為燃氣輪機確實在工作，所以有熱量、壓力、工質(zhì)、機械損失和不可逆性，所以燃氣輪機的比功和熱效率等參數(shù)常被用來衡量燃氣輪機的技術(shù)性能。

燃氣輪機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)燃氣輪機。在后來的改進和發(fā)展過程中，燃氣輪機的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，可以用于發(fā)電、供熱、航空航天、汽車船艦、油氣輸運、鋼鐵冶煉等許多領(lǐng)域。

燃氣輪機由壓縮機組成、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：燃氣輪機中的壓縮機部件通常使用動態(tài)壓縮機，包括軸流式壓縮機、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、高燃燒強度、高過量空氣系數(shù)(一般與鍋爐等相比）的特點。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。

燃氣渦輪：也稱為燃氣輪機或燃氣輪機。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)子的機械能的裝置。通常由燃氣導(dǎo)管、級組和排氣擴散器。根據(jù)燃氣在渦輪中的流動方向，燃氣輪機分為徑流式和軸流式。

輔助機構(gòu)：除了壓縮機之外，燃氣輪機、除了由燃燒室和燃氣輪機組成的主體外，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、風機、管道閥門、冷卻器、加熱器、起動機等許多輔助系統(tǒng)和設(shè)備來保證機組的正常運行。

基本原理

燃氣輪機是通過熱循環(huán)將燃氣的熱能轉(zhuǎn)化為機械能輸出的裝置。在簡單理想循環(huán)條件下，燃氣輪機的循環(huán)可以用布雷頓循環(huán)來描述。其中“簡單”這意味著不考慮回熱循環(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，忽略熱損失和機械損失。

布雷頓循環(huán)：布雷頓循環(huán)可以很好地描述燃氣輪機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入燃燒室；能量表現(xiàn)形式：壓縮機的機械能轉(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)化為燃氣的內(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氣輪機中膨脹做功，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：燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為燃氣輪機的機械能輸出。

過程4~1，等壓過程：來自燃氣輪機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吸入，然后進行下一個循環(huán)。

實際簡單循環(huán)：在理論分析中，壓縮機和渦輪中的工作質(zhì)量被視為一個可逆過程。在實際工作過程中，氣流與機械之間的各種摩擦產(chǎn)生的損失會造成壓縮機和渦輪中工質(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

與內(nèi)燃機、與汽輪機等動力機械相比，燃氣輪機同時具有以下優(yōu)點：重量輕、體積小、操作維護簡便；功率密度高，適用于船舶航空等動力；單機熱效率一般，但聯(lián)合循環(huán)機組的效率將超過其他動力機械。

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

燃氣輪機的效率受溫度限制，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，需要對渦輪葉片進行冷卻，技術(shù)難度較大。

使用燃氣輪機時，燃料中的氮氣在高溫下會產(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。隨著燃氣輪機運行溫度的升高，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荷下，不僅會導(dǎo)致熱效率低，還會進一步增加油耗。燃氣輪機在運行中有各種損耗，所以經(jīng)濟性差。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)燃氣輪機理想地根據(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)：為了提高燃氣輪機的效率，通常在簡單循環(huán)的基礎(chǔ)上對實際過程進行改進，得到回熱循環(huán)、間冷循環(huán)、再熱循環(huán)和其他復(fù)雜循環(huán)燃氣輪機。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系統(tǒng)。

回熱循環(huán)：通過安裝回熱器，形成回熱循環(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-回熱，再冷-具有再熱和其他組合形式的復(fù)雜循環(huán)燃氣輪機。

隨著發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的聯(lián)合循環(huán)，如蒸汽噴射燃氣輪機聯(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

單軸燃氣輪機：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。

分軸燃氣輪機：結(jié)構(gòu)緊湊，但復(fù)雜，啟動功率低，非設(shè)計性能好。適用于變速負載和牽引動力，如車輛和流體機械。

使用安裝分類

固定式燃氣輪機 ：一般是指大、中等功率不可整體移動的固定式燃氣輪機裝置。它們可以是重型燃氣輪機或航空改裝燃氣輪機。

運輸燃氣輪機  ：包括大中小型陸?？者\輸車輛的燃氣輪機，以及箱式移動式和便攜式燃氣輪機。大部分是飛機改裝或輕型結(jié)構(gòu)工業(yè)燃氣輪機。

其他分類

按結(jié)構(gòu)形式和功率重量比分類：重型燃氣輪機、輕型燃氣輪機(以航空發(fā)動機改裝為主)微型和超微型燃氣輪機。

按用途分類：工業(yè)燃氣輪機船用燃氣輪機航空航天燃氣輪機。

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

發(fā)電領(lǐng)域：燃氣輪機的主要用途之一是發(fā)電。簡易燃氣輪機發(fā)電機循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)具有裝機容量大啟停時間短的優(yōu)點，主要用于電力系統(tǒng)調(diào)峰、交通和工業(yè)等領(lǐng)域。

燃氣輪機

船舶領(lǐng)域：因為燃氣輪機具有緊湊的結(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)域使用的燃氣輪機通常采用多種先進復(fù)雜的循環(huán)模式。而且由于海洋環(huán)境惡劣，對燃氣輪機的要求更加嚴格，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荷運行、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氣輪機汽車以來，車用燃氣輪機的發(fā)展從未停止，其機組性能不斷提高。用于車輛領(lǐng)域的燃氣輪機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) 易于維護等等。

航空航天領(lǐng)域：燃氣輪機連續(xù)工作輸出功率高重量輕噴氣推進效率優(yōu)異，作為噴氣航空動力具有絕對優(yōu)勢?；绢愋陀校猴w機用渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、直升機用渦輪螺旋槳發(fā)動機渦輪軸發(fā)動機。各種航空燃氣輪機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：從燃氣輪機排出的廢氣仍然具有相當高的溫度，因此可以通過安裝廢熱鍋爐在渦輪排氣擴散器的出口處回收熱量，以產(chǎn)生熱水或蒸汽。用于供暖、蒸汽輪機組、或者部分重新注入燃氣輪機以提高燃氣輪機的輸出功和效率。

輸送天然氣：為了克服流動阻力，天然氣通常由壓縮機壓縮和增壓。使用燃氣輪機驅(qū)動離心式壓縮機的增壓單元，在高功率范圍內(nèi)(上千kW)是一種非常經(jīng)濟適用的方式。通常，由燃氣輪機驅(qū)動的離心式壓縮機通常要求燃氣輪機和離心式壓縮機的性能相互匹配。

輸送石油：石油的長距離管道運輸是最經(jīng)濟的方法，它需要泵站來提升原油以進行運輸 離心泵廣泛應(yīng)用于泵站，現(xiàn)在大部分由電機驅(qū)動。但是，在缺電、在偏遠和沙漠地區(qū)，以及在大容量輸油管道中，更適合使用燃氣輪機作為驅(qū)動動力。

鋼鐵冶煉：在鋼鐵冶煉行業(yè)中，會產(chǎn)生大量的可燃氣體副產(chǎn)品（高爐煤氣、焦爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣）這些副產(chǎn)品用于燃氣輪機一方面，燃氣輪機產(chǎn)生的高壓氣流可以直接分流用于高爐供氣；另一方面，燃氣輪機產(chǎn)生的電力和機械動力可以返回冶煉高爐使用。