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飞机发动机大哥,燃气轮机有什么用?中国燃机在世界上什么水平?

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之前咱们已经认识了飞机发动机的工作原理,包括涡喷涡扇涡桨涡轴。这期咱认识一个飞机发动机的自家兄弟,老大哥,燃气轮机。首先解释一下,严格来讲,说飞机发动机是燃气轮机的老弟,差辈了。它应该是燃气轮机的儿子,像刚才说的那一排带“涡”的飞机发动机,又叫航空燃气轮机,也就是飞上天的燃气轮机。机一上天,那就不是普通的机了,开始自立名号。所以,现在说起燃气轮机,一般都说的是地上的。比如2016年,国家启动的重大专项,叫“两机重大专项”,这个“两机”指的就是航空发动机和地面燃气轮机。


虽然飞机发动机它上天了,但是飞的再高也不能忘本啊。它和地面燃机的工作原理基本上一毛一样,核心部分都是三个:压气机,燃烧室和涡轮。但是地面燃气轮机和天上的飞机发动机,技术要求啥的肯定是有区别的,要不然搞个什么的两机专项,搞一个多省事。下面咱就看一下,这个地面燃气轮机都用在哪,它和飞机发动机到底在哪些地方不一样。


飞机发动机唰,一喷火上天了,很酷。但它的老大哥,燃气轮机,在地上趴着,可一点都不帅,标准的老黄牛。用到燃气轮机的地方,一般都有两个特点,一个是需要大功率,一个是需要启动快,典型的就是发电厂、军舰和坦克。你是不是懵了,发电厂?你别骗我,发电厂不是用煤烧热水吗?用的是蒸汽轮机啊!说得对,发电厂的主力,那必然是蒸汽轮机,但是也有燃气轮机做备胎。这个备胎的作用,是用来调峰的。


啥意思呢,就是现在电网的电,它不是电池,能给你存起来,它边用边发,用多少发多少。但是像夏天或者冬天,家家户户都开空调,突然来个用电高峰,需要赶紧多发点电。可是蒸汽轮机那大家伙启动一次不容易啊,等你加煤把水烧开,村里人都热死一半了。燃气轮机这个备胎启动可快了,用来调峰哎呀,得劲儿。之所以只能做备胎,是因为燃气轮机太贵了,机器贵,用起来也贵,毕竟没法烧煤,天然气或者油可比煤贵多了。


除了给电网调峰,还有在军舰上。船用的发动机,有你最熟悉的活塞的,功率不好做太大。也有蒸汽轮机,启动太慢。功率小和启动慢,对军舰来说可要命了,跑不快啊,机动性也差。用燃气轮机就很合适,相同功率下,燃气轮机体积只是柴油机的大约五分之一,蒸汽轮机的近十分之一。不光小,启动也快,比柴油机和燃气轮机都快。像咱们国家的万吨大驱055,用的就是燃气轮机。


那燃气轮机和飞机发动机不一样的点在哪?航空上有个词,叫“力大飞砖”。只要发动机它劲儿够大,砖头都能飞起来。这个劲儿大,是相对的劲儿大,如果发动机造的太重,那推力再大也飞不起来啊,飞起来了机动性也不行。所以,飞机发动机不光讲究劲儿大,还要足够轻,尤其是战斗机。常用的参数,就是推重比,或者功重比。对涡喷和涡扇这种产生推力的,推重比指的是推力和重量的比;对涡桨和涡轴这种输出轴功的,功重比指的是功率和重量的比。


地面燃机不咋讲究这个,反正也不上天,重点就重点呗,又不是不能用。燃气轮机讲究三个,劲儿大,省油,耐用。劲儿大好理解,功率要够大,开头咱说的两机专项,目标就是在2030年实现400MW燃气轮机的自主研制。省油,就是热效率要够高。为了追求高效率,会搞燃气/蒸汽联合循环、间冷、回热、再热等这些复杂的热力循环技术,这么弄机器肯定会更重,但是刚不是说了嘛,重点就重点呗,又不是不能用。耐用,也就是皮实,耐操,不能像飞机发动机那样,用个几百几千个小时给我来个大修,省下来的油钱大修一次就搭进去了。


具体有多耐操,给你举个栗子。飞机发动机它烧的什么油?哎对,航空煤油,老粉丝肯定记得,我之前讲过。但是理论上说,也能烧酒精或者汽油,五十年代咱们的空军,战斗机缺油,就烧过酒精。无论是航空煤油、汽油还是酒精,这些都是正儿八经的细粮,没什么杂质。但是燃气轮机,尤其是重型燃气轮机,它不光可以烧航空煤油、汽油、酒精、柴油、天然气这些细粮,还能烧重油,甚至煤粉。煤粉很简单,也就是把煤粉碎,那重油是个啥?咱们知道,汽油、柴油、煤油、柏油,它们都来自原油。这个重油,就是原油在提炼汽油、煤油、柴油之后,剩下的渣子,黏糊糊的,黑不拉几。在燃气轮机里面烧之前,一般会先加点柴油,好烧。


最后说一下,中国的燃气轮机现在处于什么水平。燃气轮机,它和飞机发动机是亲兄弟,技术难点很像。造航空发动机好的国家,那造燃气轮机肯定也有一手。像美国的GE,全世界的市场占有率能达到一半。英国的罗罗,他们家产的燃气轮机都装在了英国的航母上。另外还有德国的西门子、日本的三菱重工,川崎重工,也很厉害。


咱们国家呢,差不多可以这么说,燃气轮机在世界上所处的地位,和飞机发动机差不多。通过从乌克兰引进技术,咱们具有了独立研制的能力。只要自己能独立研制,就已经是世界前五的水平了。但是咱们国产燃气轮机的性能,和世界一流水平还有很大差距。具体有多大,这个东西不好量化。从已有的产品看,差距至少有30年。


所以,兄弟们,道阻且长啊,不妄自菲薄,不盲目自大,饭还是要一口一口吃

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