燃气轮机

燃气轮机，也被称为燃烧涡轮，是一种类型的连续和内燃机。所有燃气涡轮发动机的主要共同要素是：

• 上游旋转式气体压缩机
• 一个燃烧室
• 与压缩机位于同一轴上的下游涡轮。

第四部分通常用于提高效率（在涡轮螺旋桨飞机和涡轮风扇上），将动力转换为机械或电力形式（在涡轮轴和发电机上），或实现更大的推重比（在后燃发动机上）。

燃气轮机的基本操作是以空气为工作流体的布雷顿循环：大气流经压缩机使其达到更高的压力；然后，通过将燃料喷入空气并点燃空气来添加能量，从而使燃烧产生高温流；这种高温加压气体进入涡轮机，在此过程中产生轴功输出，用于驱动压缩机。未使用的能量会从废气中散发出来，这些废气可用于外部工作，例如直接在涡轮喷气发动机中产生推力，或者旋转第二个独立的涡轮机（称为动力涡轮机），可以连接到风扇、螺旋桨或发电机。燃气轮机的用途决定了设计，以便在推力和轴功之间实现最理想的能量分配。布雷顿循环的第四步（工作流体的冷却）被省略，因为燃气轮机是开放式系统，不会再利用相同的空气。

燃气轮机用于为飞机、火车、轮船、发电机、泵、气体压缩机和油箱提供动力。

燃气涡轮机还用于许多液体燃料火箭中，其中燃气涡轮机用于为涡轮泵提供动力，从而允许使用轻型低压储罐，从而减轻了火箭的空载重量。

航空衍生燃气轮机通常基于现有的飞机燃气轮机发动机，并且比工业燃气轮机更小、更轻。

航空衍生物由于具有比工业机器更快的关闭能力和更快的负载变化能力而被用于发电。它们也用于海洋工业以减轻重量。通用类型包括通用电气LM2500，通用电气LM6000以及普惠公司PW4000和劳斯莱斯RB211的航改版。

业余爱好者正在使用甚至建造越来越多的燃气轮机。

最直接的形式是通过军事盈余或废品出售获得的商用涡轮机，然后作为发动机收藏的一部分进行展示。最极端的形式是，业余爱好者甚至在专业维修之外重建了引擎，然后用它们来争夺陆地速度记录。

自组装燃气轮机的最简单形式是采用汽车涡轮增压器作为核心组件。制造了一个燃烧室，并将其垂直放置在压缩机和涡轮部分之间。

还建造了更先进的涡轮喷气发动机，其推力和轻巧足以为大型飞机提供动力。所述的Schreckling设计构建体从原材料，包括从胶合板、环氧树脂的离心式压缩机轮的制造和包装的碳纤维股整个发动机。

现在有几家小型公司为业余爱好者制造小型涡轮机和零件。现在，大多数由涡轮喷气发动机提供动力的模型飞机都在使用这些商用和半商用微型涡轮机，而不是使用类似Schreckling的房屋。

小型燃气轮机用作辅助动力装置（APU），可为大型移动式机器（例如飞机）提供辅助动力。他们提供：

• 用于空调和通风的压缩空气，
• 大型喷气发动机的压缩空气启动功率，
• 向变速箱提供机械（轴）动力，以驱动轴附件或启动大型喷气发动机，以及
• 电力、液压和其他动力传输源到远离APU的消耗设备。

工业燃气轮机与航空设计的不同之处在于机架，轴承和叶片的结构较重。它们还与它们供电的设备（通常是发电机）以及用于回收剩余能量（主要是热量）的二次能源设备紧密集成在一起。

它们的大小不一，从便携式移动设备到大型，复杂的系统，这些系统重达一百多吨，位于专用建筑中。当燃气轮机仅用于轴功率时，其热效率约为30％。但是，购买电力可能比发电便宜。因此，在CHP（热电联产）配置中使用了许多引擎，这些引擎可能足够小，可以集成到便携式容器配置中。

当燃气涡轮机可以是特别有效的废热从所述涡轮机由一个热回收蒸汽发生器以功率在一个传统的蒸汽涡轮机回收联合循环构造。605 MW通用电气9HA在高达1,540°C（2,800°F）的温度下达到了62.22％的效率。在2018年，由于增材制造和燃烧技术的突破，GE在联合循环中以超过64％的效率提供其826 MW HA，高于2017年订单的63.7％，并有望在2020年代初达到65％。

航改型燃气轮机也可以组合循环使用，从而提高了效率，但它不如专门设计的工业燃气轮机那样高。它们也可以以热电联产的方式运行：废气用于空间或水的加热，或驱动吸收式冷却器冷却进口空气并增加功率输出，这种技术称为涡轮进口冷却。

另一个显着的优势是它们能够在数分钟内打开和关闭，并在高峰或非计划需求期间供电。由于单循环（仅燃气轮机）发电厂的效率比联合循环发电厂低，因此它们通常用作调峰发电厂，其运行时间每天从数小时到每年数十小时不等，具体取决于电力需求和发电量。该地区的发电量。在发电厂容量基本负荷和负荷不足或燃料成本较低的地区，燃气轮机发电厂可能会在一天的大部分时间正常运行。大型单循环燃气轮机通常会产生100至400兆瓦的电力，并且具有35-40％的热力学效率。

仅用于机械驱动或与回收蒸汽发生器配合使用的工业燃气轮机与发电机组的不同之处在于，它们通常更小并且具有双轴设计而不是单轴设计。功率范围从1兆瓦到50兆瓦不等。这些发动机直接地或通过齿轮箱到任何一个泵或压缩机组件连接。大多数装置用于石油和天然气行业。机械驱动器应用可将效率提高约2％。

石油和天然气平台需要这些发动机来驱动压缩机，以将气体注入井中，以通过另一个孔推动油向上，或压缩气体以进行运输。它们还经常用于为平台供电。这些平台无需与CHP系统配合使用发动机，因为它以极低的成本获得了汽油（通常不含废气）。相同的公司使用泵组以各种间隔驱动流体降落并通过管道。