今天這篇文章就來(lái)跟大家聊聊這被譽(yù)為制造業(yè)皇冠上的明珠——燃氣輪機的那些黑科技！
燃氣輪機
這里先簡(jiǎn)單介紹下燃氣輪機的工作原理。燃氣輪機作為內燃機的一種，本質(zhì)上是一種通過(guò)燃料（主要為天然氣）與空氣燃燒產(chǎn)生出氣體推動(dòng)葉片做功的機械，按照燃燒室溫度目前分為E級，F級和最先進(jìn)的H級。它的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，具體情況咱們來(lái)看下面這張圖，燃氣輪機從左到右可以分為三個(gè)部分：壓氣機（藍色）、燃燒室（紅色）、透平（黃色）。
燃氣輪機內部結構
壓氣機將空氣吸入到燃氣輪機的內部并進(jìn)行壓縮。之后天然氣會(huì )和壓縮過(guò)的空氣進(jìn)行混合并燃燒，產(chǎn)生出的高溫高壓氣體就會(huì )推動(dòng)透平葉片轉動(dòng)，一部分動(dòng)力會(huì )用于帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，另一部分動(dòng)力則會(huì )負責帶動(dòng)壓氣機轉動(dòng)。
H級燃機運轉時(shí)，內部燃燒室的溫度可以達到近1600度的高溫！比火山巖漿還要熱，絕大部分的金屬在這個(gè)溫度下都會(huì )熔化。作為燃機中溫度最高的區域，燃燒室應用的冷卻技術(shù)是最為先進(jìn)的，咱們也就重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)燃燒室里發(fā)生的那些事兒。
第一個(gè)問(wèn)題，燃機的燃燒室是由什么材料制成的？
燃機的燃燒室種類(lèi)分為單管燃燒室、聯(lián)管燃燒室、環(huán)形燃燒室。
燃燒室是燃料或推進(jìn)劑在其中燃燒生成高溫燃氣的裝置，是一種用耐高溫合金材料制作的燃燒設備?；钊竭_上止點(diǎn)后其頂部與汽缸蓋之間的空間，燃料即在此室燃燒。它是燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機、沖壓發(fā)動(dòng)機、火箭發(fā)動(dòng)機的重要部件。
由擴壓器、燃燒室殼體、火焰筒、燃料噴嘴、點(diǎn)火裝置構成。
燃氣輪機燃燒室內部構造
一臺燃氣輪機的燃燒室中配有大概500塊這樣的隔熱瓷片，在隔熱瓷片受熱一面的溫度將近1600攝氏度，而另一側的溫度僅有600多攝氏度，這些大約4厘米厚的陶瓷隔開(kāi)了近1000度的高溫！
燃燒室中的氣體還會(huì )以堪比龍卷風(fēng)的速度（每秒100米）不斷沖擊著(zhù)燃燒室。所以這些瓷片還必須具有抵抗強大沖擊力的能力——甚至要超過(guò)應用于航天飛機上的隔熱瓷片。這是因為航天飛機上的隔熱陶瓷在每次降落后和起飛前都會(huì )經(jīng)過(guò)嚴格的檢查并替換受損瓷片，而燃氣輪機中的隔熱瓷片需要在運行數千小時(shí)候后才會(huì )進(jìn)行檢修。
通過(guò)采用隔熱瓷片，燃燒室內外壁的冷卻任務(wù)已經(jīng)完成，接下來(lái)的任務(wù)卻更有挑戰。在之前介紹燃機原理中我們說(shuō)到，燃燒后的高溫氣體會(huì )推動(dòng)透平區的葉片轉動(dòng)，如果我們能夠采訪(fǎng)一下燃機的葉片，它一定會(huì )說(shuō)：鬼知道我經(jīng)歷了什么！
透平區的第一級葉片在燃機運轉時(shí)，不僅要耐得住將近1600度的高溫，還要以音速旋轉，承受相當于自身重量一萬(wàn)倍的離心力。若是隨便找塊金屬做葉片放到燃機里，分分鐘就甩成面條??！
那么燃機葉片上都有什么黑科技？
燃機的透平葉片都是采用特殊的合金打造的單晶體，之后再?lài)娚弦粚犹厥獾奶沾赏繉?，到這里葉片雖然已經(jīng)能夠抵抗大部分的熱度，但還不夠。這里就要講到一項有點(diǎn)意思的技術(shù)了——氣膜冷卻。
燃機葉片
壓氣機吸入的空氣除了被送入燃燒室外，還會(huì )被輸送到葉片底部，隨后通過(guò)葉片內的通道從葉片表面的一個(gè)個(gè)小孔中噴出，遇到燃燒室中的高溫氣體后在葉片表面形成一層很薄的氣膜。
由于空氣的導熱性很差，可以將高溫氣體與葉片隔離，快速流動(dòng)的空氣也會(huì )不斷地將高溫氣體帶走。這樣葉片就可以忍受住這可以融化巖石的溫度了，想不到吧？隨處可見(jiàn)的空氣居然成為了葉片的鐵布衫！
技術(shù)介紹到這里，咱們該說(shuō)說(shuō)燃氣輪機的實(shí)際應用。在發(fā)電廠(chǎng)里，燃氣輪機一般都采用聯(lián)合循環(huán)的配置。工作原理是將燃氣輪機排出的高溫煙氣收集起來(lái)（這么高溫度的煙氣如果排到大氣中顯然太浪費啦?。。。?，隨后這些氣體通過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，再推動(dòng)蒸汽輪機發(fā)電。這樣整個(gè)機組的效率就可以大大地提高了。對了,8000H型燃氣輪機的靈活性極高，可以在半小時(shí)內達到滿(mǎn)負荷運轉，電廠(chǎng)調峰什么的妥妥滴沒(méi)問(wèn)題。
燃氣輪機
SGT-8000H燃機還有著(zhù)極為特殊的經(jīng)歷——人家可是創(chuàng )下了世界紀錄！在2011年，西門(mén)子SGT-8000H燃機在德國Irishing電廠(chǎng)實(shí)現了60.75%的聯(lián)合發(fā)電凈效率，打破了當時(shí)的發(fā)電世界紀錄，但最重要的則是這是人類(lèi)首次實(shí)現超過(guò)60%的發(fā)電效率??！2016年，在德國Lausward電廠(chǎng)，SGT-8000H燃機又創(chuàng )下了61.5%的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電凈效率！