汽轮机与燃气轮机的应用与发展
伍赛特
1 汽轮机及其应用
汽轮机Csteam turbine）是一种旋转式的动力机械，将蒸汽的热能转换为机械能，广泛应用于火力发电厂、核电厂、舰船、化工、冶金和交通运输等重要领域，具有运行平稳、单机功率大、效率高、使用寿命长等优点。
现代汽轮机技术以大容量、高参数作为主要发展方向。经过几十年的发展，超临界技术日臻成熟，在经济发达国家中广泛应用并取得了显著效果。我国通过引进、消化国外技术，目前几大汽轮机厂也已具备超临界和超超临界汽轮机设计与制造能力，超临界以上机组已成为我国火力发电行业的主力机组。
2汽轮机未来发展与现存主要问题
由于汽轮机的容量和参数并不是可以无限制的提高，在大型化过程中依旧面临着一些重要技术问题。
2.1部件材料
随着现代汽轮机的发展，对工作部件材料的力学性能、结构性能和热力学性能等要求越来越高。根据热力学原理，在材料性能允许的前提下，应尽可能提高汽轮机的进汽参数，特别是提高蒸汽温度。但是，随着蒸汽温度的提高，所用材料的热力性能和许用应力下降，汽轮机的承压部件和转动部件的强度降低。汽轮机组的厚截面部件，如汽缸、转子、喷嘴室及阀壳等，在启停过程、参与电网调峰运行或负荷快速变化过程中都存在很大的温度梯度，产生过大的热应力而引起低周疲劳等问题，特别是末级叶片等转动部件还需承受离心应力，严重影响着这些部件的使用寿命。因此，为满足更高进汽参数汽轮机的需要，必须不断研发在高温下具有更高机械强度的新材料。
2.2蒸汽激振
超临界汽轮机由于主蒸汽参数的增加，会导致主蒸汽密度大幅提高，高压转子因蒸汽的作用易发生汽流激振，使得轴系稳定性变差，甚至诱发转子失稳。研究结果表明，汽流激振力来自动叶片叶顶间隙激振力、汽封蒸汽激振力和作用在转子上的静态蒸汽力等三个方面。这三类蒸汽激振力是目前国内外公认的超临界机组轴系动力学研究中的重点问题。根据蒸汽激振的形成机理，要消除和减少超临界参数汽轮机蒸汽激振故障，原则上应从增加高压转子的临界转数和刚度、增大系统阻尼和减小蒸汽激振力等方面着手。
2.3 轴系稳定性
轴系稳定性直接关系到汽轮机组运行的安全性和设备的可靠性。随着超临界机组容量的增加，汽轮机的汽缸数增加，单跨转子的直径、长度和质量也相应增加，使机组轴系的总长度增加，对轴系运行稳定性的要求也日益提高，需要引起重视。
3燃气轮机及其应用
燃气轮机（gas turbine） 作为一种先进而复杂的成套动力机械设备，在能源电力、航空航天、舰船、汽车等与国计民生密切相关的领域得到了广泛应用。
3.1 发电、供热
燃气轮机在工业领域中一个主要利用途径是用于发电、供热。简单的燃气轮机循环发电系统由燃气轮机和发电机构成，具有装机快、起停灵活的特点，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。为了回收燃气轮机排出的高温乏气的余热，在简单循环发电系统基础上，在涡轮排气扩压器出口安装了余热锅炉，回收乏气的余热用于产生蒸汽或热水:热水主要用于供暖，实现热电联产;若产品为蒸汽，一方面可注入蒸汽轮机，实现前文所述的燃气-蒸汽联合循环发电系统，也可以将部分蒸汽回注入燃气轮机以提高燃气轮机出力和效率。国际四大燃气轮机公司（日本三菱、德国 Siemens、美国GE和法国 Alstom）不断开发出更加先进的燃气轮机产品，简单循环发电效率已超过40%，采取热电联产等复杂循环系统，循环发电效率则已超过了60%。
随着燃气轮机向高参数、大型化发展的同时，也在向着小型化、微型化以及超微型方向发展，进一步拓宽应用领域。功率为数百千瓦及以下的燃气轮机早在20世纪40～60年代就已存在，但由于其发电效率低，长期以来一直由内燃发电机组占领着小型发电机组市场。随着科学技术的不断发展，微型燃气轮机技术有了质的飞跃发展:利用高效回热器替代常规回热器;实现高速交流发电机与燃气轮机同轴工作;结构设计和加工制造工艺日益先进。受益于这些先进技术的应用，微型燃气轮机的发电效率已提高至与小型柴油发电机相当，尺寸和重量却为柴油机的1/3，并且还具有移动性能好、维护费用低、寿命长等优点，在分布式能源系统、军事装备、燃料电池联合发电系统等得到了应用。
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