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在深入研究燃气轮机空气保障系统之前，有必要先了解一下燃气轮机主机。燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料（天然气、其他可燃气体或油）的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机，主要由压气机、燃烧室和燃气透平三大部件组成，是一个国家技术水平和科技实力的主要标志之一。燃气轮机结构如图1-1所示。
燃气轮机结构非常复杂，这也正是燃气轮机成为工业领域最难制造的机器的原因之一。由于燃气轮机在工业领域中的巨大应用前景，我国从20世纪中后期就开始尝试燃气轮机国产化制造，但是历经半个世纪仍拿不出先进可靠的商用产品，一方面是国外对我国相关技术的封锁，另一方面我国在该技术的组织、研究开发等方面的投入尚有不足。令人欣慰的是，为满足军用需求而生产的某型燃气轮机最先取得突破，在军用基本成熟后又推向民用。下面介绍我国燃气轮机国产化的成功案例——CGT25燃气轮机。
图1-1 燃气轮机结构（西门子SGT5—8000H重型燃气轮机）
（1）CGT25燃气轮机概述
1）CGT25燃气轮机的原型机为乌克兰“曙光机械设计生产科研联合体”生产的UGT25000燃气轮机。该机型广泛应用于发电、工业驱动及联合循环/热电联供等领域，其中发电业绩27台，天然气输送业绩226台（统计数据截至2014年）。
2）自技术引进后，我国通过不断地改进设计，实现了对原型机的整体技术改进，基本实现100%国产化。
3）CGT25系列燃气轮机装置在国内取得了大量的应用，包括用于中石油西气东输管线的工业驱动装置、用于船用主动力的推进装置以及用于驱动发电机的发电装置等。
4）CGT25燃气轮机的本体由带底架的燃气发生器和动力涡轮组成。燃气发生器由轴流式高（低）压压气机、轴流式高（低）压涡轮和环管燃烧室组成，轴流式高（低）压涡轮分别驱动高（低）压压气机，燃烧室是回流环管式结构，由罩壳、火焰筒、等离子点火器、燃料喷嘴等组成。动力涡轮为轮盘结构，由喷嘴导向器、动力涡轮转子和动力涡轮支承环组成。
（2）CGT25燃气轮机特性
1）基于工业用及船用理念设计的CGT25燃气轮机（见图1-2），可广泛应用于工业发电、海洋平台发电等应用领域，适用于海洋环境等盐雾条件下长期连续运行。
2）CGT25燃气轮机采用分轴式设计，其运行适应范围更广，具有良好的变工况性能，适用于工业驱动及船用驱动领域。
图1-2 CGT25燃气轮机
一个完整的燃气轮机系统主体由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，再配以进气、排气、控制、传动和其他辅助系统。当燃气轮机机组起动成功后，燃气轮机就会开始进入稳定的热力学循环过程。压气机由进气系统连续不断地从外界大气中吸入空气并增压，这些被压气机多级增压后的空气，一方面氧气密度较高有利于组织燃料燃烧，另外一方面受到压气机做功，这个过程可以认为是压气机动能向空气热能和势能的转换，被压缩后的空气温度升高有利于与燃料进行更猛烈的化学反应（化学反应速度和程度与温度成正比），更大的膨胀比也有利于压缩空气燃烧后释放更大的能量。压缩空气从压气机出来后即进入燃烧室，首先会在燃烧室进口被喷入燃料进行掺混，然后就会点火燃烧。这个过程可以认为是燃料化学能向空气热能和势能的转换，在短短几十厘米的距离内，空气的温度上升数百甚至上千度，压力也会激增。高温高压的燃气从燃烧室出口喷出就开始膨胀，在膨胀的同时推动涡轮叶片做功。这个过程就是燃气热能和势能向动能的转化。涡轮将燃气的能量转化为动能后，一方面用于压气机压缩空气持续进行热力学循环，另外一方面通过主轴将转子的转矩输出，经过减速器减速以后用于推动军舰或发电。整个热力学循环完成使燃气轮机实现了燃料化学能向机械能转换的最终目的。
燃机轮机的基本结构与航空发动机是相当类似的，主要的区别在于燃气轮机是将转子的转矩输出作为动力，而航空发动机依靠的是向后高速喷出的燃气。不过航空发动机里也有大涵道比涡扇发动机和涡桨发动机，这两种发动机与燃气轮机就愈加相近了。大涵道比涡扇发动机的风扇已经成为主要动力来源，燃气本身产生的推力只有10%左右，而涡桨发动机就已经基本上都是由发动机输出的转矩驱动螺旋桨产生推力了。根据航空发动机和燃气轮机的研制经验及其内在的技术相关性，现在的舰用燃气轮机基本上多是由航空发动机改进过来的，其研制的难点主要集中在核心机即燃气发生器上。
燃气轮机结构剖视图如图1-3所示。
图1-3 燃气轮机结构剖视图
不管是航空发动机还是燃气轮机，其本质上都是将燃料的化学能转化为燃气的热能和势能，再利用燃气冲击涡流和膨胀做功来最终将能量转变为飞机或者军舰的推力，所以，如何组织燃料燃烧和进行热力学循环就是核心机的难点。首先核心机需要将空气通过压气机压缩进燃烧室。为了高效迅速地将大量空气进行高强度压缩，压气机叶片需要复杂气动分析理论的突破、先进理论指导下的气动设计和能够将三维复杂气动设计加工成实际部件的先进工艺。由于核心机转子高速运转，每片压气机叶片都承受着数吨的离心力，这对于叶片本身的强度结构设计提出了极高的要求。为了减轻重量、提高效率，压气机叶片也经常做成空心的，这进一步提高了优秀压气机设计难度。空气通过压气机以后就会进入燃烧室。在燃烧室短短几十厘米的距离内，压缩空气与燃油充分混合燃烧，温度上升数百甚至上千度。燃烧室内燃料与空气如何掺混、掺混后油气混合物质的特殊气动特性、耐高温特殊合金材料和燃烧室复杂冷却技术都需要大量理论计算和工程实践。由于核心机极其精密，应用环境和工质中的细微杂质都会对其内部气动热力学过程造成影响，这对空气保障系统等辅机的设计也提出了高要求。