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摘要：现代社会发展中能源发挥着重要作用，其中能源转换设备的作用无可替代。重型燃气轮机作为主要能源转换设备，有助于推动环境保护，但目前我国该技术发展缓慢，直接影响经济发展。本文中以重型燃气轮机为对象，详细分析其工作原理、现状，并对未来趋势进行展望。
关键词：重型燃气轮机；发展现状；趋势分析
引言
燃气轮机相关技术较多，包括高效燃烧、超合金叶片、轴流冷却等诸多方面。国内燃气轮机的主要能源是天然气、石油，是各国电力行业的主要发展模式。据报道，随着国家能源结构框架的调整，天然气为主的电厂将会逐渐增加，已及2020年国内天然气发电量将高达6000万kW，为此，燃气轮机产业的核心技术具有重要影响价值。
1、燃气轮机优势
由于燃气轮机旋转时产生较少的低频振动，因此其具有振动小、噪音低以及运动平稳等特点。此外，燃气轮机由于其特殊的箱装体结构可形成良好的噪音防护，可以明显减弱低频噪音。单机功率大，功率重量比大，起动加速性好，从冷态起动至全速工况仅需数分钟。
润滑油消耗低，保养量小，管理人员少。燃气轮机的滑油消耗量普遍较低，如LM2500燃气轮机的最大滑油消耗率约0.9kg/h，平均滑油消耗率仅有0.09kg/h，与柴油机相比要小一个数量级，但由于燃气轮机工作转速高，对滑油的质量要求要远高于柴油机。燃气轮机是回转部件，主要运动部件少，又设计成模件结构，因此燃气轮机所需维修量小，人员配备也相应减少。
2、重型燃气轮机现状
燃气轮机在电力、管道和航海领域中发展广泛，燃气制造厂商经长期经验积累，已经逐步形成一定发展模式。当前垄断状况较为严重，如:GE、西门子等大型公司及其附属企业是主要生产制造商。作为一项高科技含量的技术，燃气轮机行业需要充分考虑管线、电力发展需求，根据国家相关政策，及时进行有效动态管理。如加强清洁能源的有效利用，提高天然气利用效率。
加强燃气轮机核心技术的国产化是当下国内学者的主要研究方向。现阶段，该行业核心控制部分主要借助进口为主，关键技术仍为少数几家国外公司所掌控。该行业的发展存在一定瓶颈状况。避免产出过低、效益过差的状况是国内燃气轮机厂家的关注重点。国内重型燃气轮机的控制发展对象十分明确，几十年发展历程中，其性能优化、结构调整工作已经初步取得成效。其中压气机、涡轮机作为燃气设备的主要部件，需要进行效率升级、结构改造处理，提高透平温度等控制要求。新技术不断涌入该行业市场的大环境下，加强电子控制、自动化控制能力的融入，降低燃料用量是发展必然趋势。
3、重型燃气轮机关键技术
3.1低排放燃烧控制技术
重型燃气轮机的性能不断升级，同时社会大众对环境保护的意识逐渐加深，为了避免燃气轮机污染过重等带来的社会负面效应，需要充分考虑燃气轮机的排放物特点，一般燃烧过程中，氮氧化物、碳氧化物等生成主要与燃烧温度相关。温度过高将会生成大量氮氧化物，过度低温状况下生成CO。一般情况下，天然气燃料的燃烧温度为1430℃～1530℃之间，该状况下燃料空气的混合比可满足行业排放的最低要求。
3.2主动间隙控制技术
该技术是当代燃气轮机技术的主要考虑方向之一。借助对叶尖间隙的有效控制实现燃气轮机能耗量的减低，可提高设备可靠性、使用寿命，同时可降低污染排放过多的状况。该技术在航空领域中的发动机中应用较多，包括CFM56系列的发动机设备就是采用该种形式进行设计。从气轮机运行工艺流程的角度分析，启动环节中，燃气轮机从静止到空载状况下，对应转速增加、离心变形增加，而此时透平刚内部的热容还未达到温度最高，电热变形响应不足。对应轮盘和透平缸无法同时变形的状况，将会引起叶尖间隙瞬间变小。燃气轮机全速运转后，对应透平缸内部将会因受热而导致间隙增加。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆负荷变化引起工况变化状况下，将会导致间隙发生变化，一般在转速尚未达到范围之外状况下，对应叶尖间隙将会明显下降。该状况导致叶尖间隙的设计难度增加。为了解决上述问题，一般采用主动热控制手段进行改进。工作原理为:燃气轮机控制中，从压气机进行冷空气抽取，进而对透平缸内外支撑结构实现冷却处理，提高空气流量、空气温度的有效控制，降低缸体膨胀过多引起的危害，提高径向位移的精确控制，保证叶片、缸体的间隙满足规定范围要求。如GE公司就采取该方法在H型燃气轮机中进行间隙控制。
3.3延寿控制技术
重型燃气轮机的系统控制中，一般对考虑性能最优的设计模式，对应使用寿命的考虑略有不足。延寿控制设计中，需要保证燃气轮机运行稳定的基础之上，将内部核心部件，如热端部件进行优化目标进行控制，提高系统动态、静态指标的合理化，避免使用寿命过低、安全稳定性差的状况。如:系统在超载、转速增加的状况下，对应透平进口温度将会有所提高，降低过渡状况下峰值的影响，可延长核心部件的使用寿命。该方法属于闭环控制、短期控制的方法，在航空领域的燃气轮机上已经实现了应用。
3.4自适应技术
受工作环境等外界因素变化的影响，重型燃气轮机的部件可能发生结构变质、性能退化的状况，如:腐蚀、锈蚀或风化等带来的损伤。此时控制系统仍按最佳额定工况进行操作。整体不匹配状况导致运行时间、寿命、核心部件的性能等均会大打折扣。为此，借助自适应技术进行调整是十分必要的方法。可实现对控制系统的有效控制，提高控制系统的适应能力，可合理调节，实现与衰减模型相匹配的作业方法，避免性能退化等导致的伤害。提高燃气轮机传感设备的精确性、合理性、稳定性。
4、重型燃气轮机发展展望
4.1基础和应用基础研究
由于我国重型燃气轮机的基础研究工作起步较晚，缺乏专业人才以及核心工艺技术，难以支撑燃气轮机行业更快、更好的向前发展，因此，燃气轮机基础研究领域应是未来我国重点完成的目标，以便建立我国自主创新体系的同时，增强我国燃气轮机的市场竞争力。从重型燃气轮机的发展历史可以看出，如要获得自主开发产品的能力，必须在基础研究工作上获得提升，从而获得重型重型燃气轮机中的关键专利技术。此外，燃气轮机基础研究计划的制定应科学合理，并有效的落实，并最终实现与产业化应用的对接。并且在体现科学研究价值的同时，做好人才储备和核心专利技术的申报工作。
4.2加快基础研究重大设施
（1）为研究重型重型燃气轮机中的各类关键部件的工作机理与制造技术，应尽快建立各大部件的基础研究实验设施。其中，为储备后备科研人才，还应重点发展计算流体力学以及叶轮机械内流气动热力学等学科；（2）为促进燃气轮机系统和工程热力学、控制科学、材料科学、机械制造工艺等学科的全面发展，燃气轮机多学科与交叉学科的基础应用实验设施的建设刻不容缓；
（3）为达到我国自主研发设计、制造重型燃气轮机产品的目标，各大造船企业将会相继建立重型燃气轮机关键结构部件级性能试验验证平台。
4.3构建重型燃气轮机产业体系
我国经济与重型重型燃气轮机的研发制造具有密不可分的关系，因此，我国应加强重型重型燃气轮机的自主研发能力，突破世界发达国家的技术壁垒，参考外国产品的结构与特点，发挥自身的优势，从而快速建立重型重型燃气轮机产品研制、加工制造、售后服务等全套产业体系，增强我国在重型重型燃气轮机领域的竞争力，从而确保重型重型燃气轮机的性能和质量满足我国船舶制造业的发展需求。
5、结语
重型燃气轮机中，控制系统的发展十分关键，提高其性能有效控制、降低成本耗费状况，已经成为发展的必然趋势。该文对重型燃机的发展状况、特点和关键技术进行了分析，提出优化对象和改进目标。
参考文献：
[1]洪启祥.重型燃气轮机典型件的加工[J].科技创新与应用.2014(02):23-25.
[2]刘尚明.重型燃气轮机控制发展趋势及未来技术[J].热力透平.2013(04):45.
[3]蒋洪德.重型燃气轮机的现状和发展趋势[J].热力透平.2012(02):112.
论文作者:于盟,徐有宁,杨士博
论文发表刊物:《防护工程》2017年第21期
论文发表时间:2017/12/26
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