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什么是燃氣輪機和蒸汽輪機？

蒸汽輪機是燒什么的？二戰時的軍艦是燒煤的還是燒油的？蒸汽輪機是蒸汽機嗎？: 問提問者：網友 | 2017-06-19

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　　燃氣輪機　　燃氣輪機是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。　　中國在公元十二世紀的南宋高宗年間就已有走馬燈的記載，它是渦輪機(透平)的雛形。15世紀末，意大利人列奧納多·達芬奇設計出煙氣轉動裝置，其原理與走馬燈相同。至17世紀中葉，透平原理在歐洲得到了較多應用。　　1791年，英國人巴伯首次描述了燃氣輪機的工作過程；1872年，德國人施托爾策設計了一臺燃氣輪機，并于1900～1904年進行了試驗，但因始終未能脫開起動機獨立運行而失敗；1905年，法國人勒梅爾和阿芒戈制成第一臺能輸出功的燃氣輪機，但效率太低，因而未獲得實用。　　1920年，德國人霍爾茨瓦特制成第一臺實用的燃氣輪機，其效率為13％、功率為370千瓦，按等容加熱循環工作，但因等容加熱循環以斷續爆燃的方式加熱，存在許多重大缺點而被人們放棄。　　隨著空氣動力學的發展，人們掌握了壓氣機葉片中氣體擴壓流動的特點，解決了設計高效率軸流式壓氣機的問題，因而在30年代中期出現了效率達85％的軸流式壓氣機。與此同時，透平效率也有了提高。在高溫材料方面，出現了能承受600℃以上高溫的鉻鎳合金鋼等耐熱鋼，因而能采用較高的燃氣初溫，于是等壓加熱循環的燃氣輪機終于得到成功的應用。　　1939年，在瑞士制成了四兆瓦發電用燃氣輪機，效率達18%。同年，在德國制造的噴氣式飛機試飛成功，從此燃氣輪機進入了實用階段，并開始迅速發展。　　隨著高溫材料的不斷進展，以及透平采用冷卻葉片并不斷提高冷卻效果，燃氣初溫逐步提高，使燃氣輪機效率不斷提高。單機功率也不斷增大，在70年代中期出現了數種100兆瓦級的燃氣輪機，最高能達到130兆瓦。　　與此同時，燃氣輪機的應用領域不斷擴大。1941年瑞士制造的第一輛燃氣輪機機車通過了試驗；1947年，英國制造的第一艘裝備燃氣輪機的艦艇下水，它以1.86兆瓦的燃氣輪機作加力動力；1950年，英國制成第一輛燃氣輪機汽車。此后，燃氣輪機在更多的部門中獲得應用。　　在燃氣輪機獲得廣泛應用的同時，還出現了燃氣輪機與其他熱機相結合的復合裝置。最早出現的是與活塞式內燃機相結合的裝置；50～60年代，出現了以自由活塞發氣機與燃氣輪機組成的自由活塞燃氣輪機裝置，但由于笨重和系統較復雜，到70年代就停止了生產。此外，還發展了柴油機燃氣輪機復合裝置；另有一類利用燃氣輪機排氣熱量供熱(或蒸汽)的全能量系統，可有效地節約能源，已用于多種工業生產中。　　燃氣輪機的工作過程是，壓氣機(即壓縮機)連續地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入燃氣透平中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉；加熱后的高溫燃氣的作功能力顯著提高，因而燃氣透平在帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機由靜止起動時，需用起動機帶著旋轉，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。　　燃氣輪機的工作過程是最簡單的，稱為簡單循環；此外，還有回熱循環和復雜循環。燃氣輪機的工質來自大氣，最后又排至大氣，是開式循環；此外，還有工質被封閉循環使用的閉式循環。燃氣輪機與其他熱機相結合的稱為復合循環裝置。　　燃氣初溫和壓氣機的壓縮比，是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素。提高燃氣初溫，并相應提高壓縮比，可使燃氣輪機效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達到31；工業和船用燃氣輪機的燃氣初溫最高達1200℃左右，航空燃氣輪機的超過1350℃。　　燃氣輪機由壓氣機、燃燒室和燃氣透平等組成。壓氣機有軸流式和離心式兩種，軸流式壓氣機效率較高，適用于大流量的場合。在小流量時，軸流式壓氣機因后面幾級葉片很短，效率低于離心式。功率為數兆瓦的燃氣輪機中，有些壓氣機采用軸流式加一個離心式作末級，因而在達到較高效率的同時又縮短了軸向長度。　　燃燒室和透平不僅工作溫度高，而且還承受燃氣輪機在起動和停機時，因溫度劇烈變化引起的熱沖擊，工作條件惡劣，故它們是決定燃氣輪機壽命的關鍵部件。為確保有足夠的壽命，這兩大部件中工作條件最差的零件如火焰筒和葉片等，須用鎳基和鈷基合金等高溫材料制造，同時還須用空氣冷卻來降低工作溫度。　　對于一臺燃氣輪機來說，除了主要部件外還必須有完善的調節保安系統，此外還需要配備良好的附屬系統和設備，包括：起動裝置、燃料系統、潤滑系統、空氣濾清器、進氣和排氣消聲器等。　　燃氣輪機有重型和輕型兩類。重型的零件較為厚重，大修周期長，壽命可達10萬小時以上。輕型的結構緊湊而輕，所用材料一般較好，其中以航機的結構為最緊湊、最輕，但壽命較短。　　與活塞式內燃機和蒸汽動力裝置相比較，燃氣輪機的主要優點是小而輕。單位功率的質量，重型燃氣輪機一般為2～5千克/千瓦，而航機一般低于0.2千克/千瓦。燃氣輪機占地面積小，當用于車、船等運輸機械時，既可節省空間，也可裝備功率更大的燃氣輪機以提高車、船速度。燃氣輪機的主要缺點是效率不夠高，在部分負荷下效率下降快，空載時的燃料消耗量高。　　不同的應用部門，對燃氣輪機的要求和使用狀況也不相同。功率在10兆瓦以上的燃氣輪機多數用于發電，而30～40兆瓦以上的幾乎全部用于發電。　　燃氣輪機發電機組能在無外界電源的情況下迅速起動，機動性好，在電網中用它帶動尖峰負荷和作為緊急備用，能較好地保障電網的安全運行，所以應用廣泛。在汽車(或拖車)電站和列車電站等移動電站中，燃氣輪機因其輕小，應用也很廣泛。此外，還有不少利用燃氣輪機的便攜電源，功率最小的在10千瓦以下。　　燃氣輪機的未來發展趨勢是提高效率、采用高溫陶瓷材料、利用核能和發展燃煤技術。提高效率的關鍵是提高燃氣初溫，即改進透平葉片的冷卻技術，研制能耐更高溫度的高溫材料。其次是提高壓縮比，研制級數更少而壓縮比更高的壓氣機。再次是提高各個部件的效率。　　高溫陶瓷材料能在1360℃以上的高溫下工作，用它來做透平葉片和燃燒室的火焰筒等高溫零件時，就能在不用空氣冷卻的情況下大大提高燃氣初溫，從而較大地提高燃氣輪機效率。適于燃氣輪機的高溫陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。　　按閉式循環工作的裝置能利用核能，它用高溫氣冷反應堆作為加熱器，反應堆的冷卻劑(氦或氮等)同時作為壓氣機和透平的工質。　　蒸汽輪機　　名稱: 燃氣－蒸汽輪機　　主題詞或關鍵詞: 燃氣能源科學蒸汽　　內容　　燃氣－蒸汽輪機聯合循環，是把燃氣輪機和蒸氣輪機這兩種按不同熱力循環工作的熱機聯合在一起的裝置，有時也簡稱為聯合循環。為了提高熱機的效率，應該盡可能地提高熱機中的加熱溫度和降低排熱溫度。但蒸汽輪機和燃氣輪機的熱力循環都不能很好滿足上述要求。如把它們結合起來，以燃氣輪機的排熱來加熱蒸汽，就可以同時取得燃氣輪機加熱溫度較高和蒸汽輪機排熱溫度較低的雙重優點。　　聯合循環的理論基礎早已建立。熱力學奠基人之一卡諾就提出過聯合循環的概念。但是直到20世紀中葉，才開始有實用的聯合循環動力裝置。發展聯合循環的關鍵是要研制出高溫、高性能、大功率的燃氣輪機。為了適應石油短缺的形勢，在燃氣輪機中有效燒煤也是一項關鍵技術。目前，世界各先進工業國家均已有定型聯合循環機組產品。其中功率最大的已超過60萬千瓦，最高熱效率已高達47％以上。它作為熱電并供機組使用，燃料利用率可高達80％左右，單機組最長運行時間已超過10萬小時。熱機的熱效率要提高1％都是非常困難的，而聯合循環卻只要把燃氣輪機和蒸汽輪機結合起來就可以大幅度節約能源。　　二戰時期的軍艦主要是用柴油機和蒸氣機.　　蒸汽機的弱點是：離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性力限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。　　蒸汽機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業甚至社會的發展。隨著它的發展而建立的熱力學和機構學為汽輪機和內燃機的發展奠定了基礎；汽輪機繼承了蒸汽機以蒸汽為工質的特點，和采用凝汽器以降低排汽壓力的優點，摒棄了往復運動和間斷進汽的缺點；內燃機繼承了蒸汽機的基本結構和傳動形式，采用了將燃油直接輸入汽缸內燃燒的方式，形成了熱效率高得多的熱力循環；同時，蒸汽機所采用的汽缸、活塞、飛輪、飛錘調速器，閥門和密封件等，均是構成多種現代機械的基本元件。: 回答者：網友

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