文 献 综 述

一、燃气轮机的发展历程及状况

我国民间自古以来流传的走马灯，利用蜡烛燃烧产生的热气来驱动灯笼旋转是利用燃气做功最早的发明。欧洲进入文艺复兴时代以来陆续有利用蒸汽驱动叶轮旋转做功的发明出现，直至19世纪80年代在英国和瑞典发明了多级汽轮机。汽轮机的诞生推动了欧洲叶轮机械制造业和科学研究的迅速发展，为燃气轮机的诞生准备了条件。1937年英国工程师Whittle发明了由离心压气机、回流式多管燃烧室和向心透平组成的燃气轮机；1939年德国工程师Vonohain和Hahn发明了由多级轴流压气机、多管燃烧室、多级轴流透平和尾喷管的航空燃气轮机，开始了现代燃气轮机的历史。1942年纳粹德国空军的首架喷式飞机成功试飞，标志着世界航空工业从此进入了燃气轮机时代。世界第一台用于发电的重型燃气轮机由瑞士BBC公司于1939年设计制造，重型燃气轮机制造产业由此诞生。该燃气轮机采用多级轴流压气机、多级轴流透平和大尺寸单筒燃烧室。转速为3000r/min，直接带动发电机，透平入口燃气温度为550℃，出力为4MW，热效率17.4%。早期的重型燃气轮机参数虽然不高，但它们开创性设计采用的基本布局则一直沿用到今天。

60多年来由于高温材料性能、气动热力设计、制造工艺水平的巨大进步，重型燃气轮机设计水平和产品性能有巨大的提高，而这一提高极大地得益于过去60年中航空发动机技术的飞速发展。重型燃气轮机的主要部件特别是多级轴流压气机和透平基本上都是以成熟的航空发动机设计为母型，经模化放大和适当的修改而制成的。透平进口燃气温度（T₃）是代表燃气轮机性能的关键参数，图1给出了60年来T₃提高的历程，即由早期的550℃提高到目前的1430℃，平均每年提高约20℃。T₃的进一步提高有赖于材料科学、冷却技术和制造工艺的新突破。据统计全球从1978～2005年共计销售1MW及以上发电用燃气轮机17783台，总功率达到770GW。目前燃气轮机与联合循环装机容量约占全球发电总装机容量的1／5。可以看出近30年来发电用燃气轮机的市场需求在稳定增长，并于2000～2001年达到最高峰。近几年由于全球石油和天然气价格上涨，使燃气轮机的销售下降，但仍然维持在每年600-700台的水平，其中3/4为60MW及以上的大中型机组。日前全世界大中型发电燃气轮机设计与制造集中在GE、西门子(Siemens)、三菱(MHI)、阿尔斯通(Alstonl)等几家跨国公司，按T₃由低到高习惯上把重型燃气轮机分为E、F、G、H几个等级，目前参数最先进、单机功率最大是GE公司的9H重型燃气轮机，其T₃达1430℃，功率为320MW。

图1 60年来重型燃气轮机透平前温提高的历程

近50年来,我国燃气轮机的研究、设计、制造已经有了相当的基础,积累许多使用的经验,取得了很大成绩。先后研制过的燃气轮机型号达数十种,功率等级从数百kW到36MW。我国工业型燃气轮机,从两方面平行发展:一是航空陆用途径,即航机改型，另为机械部所属汽轮机厂通过自行设计制造与国际合作等各种途径来发展。试验研究方面在国内也有一定的基础，取得相当水平的科研成果。不过,由于地面燃气轮机的研制在80年代前后停顿,造成很大损失,我国燃气轮机技术与国外先进水平的差距明显,至今不具备设计制造大型高性能燃气轮机的能力。

二、未来燃气轮机的发展方向

目前人们在展望地面燃机技术前景时，主要根据西方国家制定的中长期的航空和地面燃机及相关学科研发规划中已经验证具有突出价值的正在研究和尚未完成的一些项目。这些项目的筛选仍是依据高效、节能、低污染、低成本、高可靠性等要求。下面简要列举如下。

(1)高参数、高性能