1.燃气轮机的技术特点
燃气轮机作为一种常见的动力装置,相比于汽轮机动力装置具有以下的技术特点与优势:结构紧凑,体积小,重量轻;噪音低,运动平稳,振动较小。燃气轮机是一种旋转机械,运转时低频振动较少;SOx,NOx等有害气体排放少;功率重量比大,单机功率大,启动加速性好;润滑油消耗低,保养量小,管理人员少;少用或不用冷却水;初期投资费用较低。
2.结构上的差异
2.1整机结构
汽轮机有着大量的附属机械设备,诸如泵,风机,冷凝器,真空设备,以及庞杂的管系。各类的附属设备占据较大的空间,并且质量较大。而燃气轮机相比于汽轮机有着结构简单的优势,于所占空间和机件质量,均小于汽轮机装置。在输出功率相近的前提下,燃气轮机整机装置的质量,大约为汽轮机装置的1/3,约为柴油机装置的1/5~1/2。航空燃气轮机的研制方向重点在于整机轻量化,相比于陆用和船用燃气轮机而言,质量更轻。燃气轮机的内部流通部分结构更为简单,应为不同于汽轮机,燃气轮机内通常没有中间抽汽与调节级。此外,燃气轮机的进排气装置尺寸均较大,往往会占用相当的空间。
2.2可靠性
汽轮机与燃气轮机通常都能以稳定工况进行运转。对于汽轮机而言,其辅助机械设备构造简单,并且技术成熟。其循环寿命与平均大修间隔都较长。如蒸汽温度保持在1000°F以下,会更有利于汽轮机保持长期平稳而安全的运行。燃气轮机的平均大修间隔通常较短,而其原因主要源自燃气的高温,于这样的高温之下,运行一定的时长之后,即使采用了较好的叶片涂层,依然易于导致高温部件工作情况恶化。需要注意的是,燃气轮机的故障产生通常较为迅速,往往出现于数秒之中,而汽轮机的故障通常出现较为缓慢,易于阻止灾难性破坏的产生。由于相对于整个能量转换体系来讲,汽轮机的动力装置部分是很小的一部分而燃气轮机的转子和燃气发生器构成了能量转换的主体部分,因此其故障或者机件的损坏,往往是致命的,相比于汽轮机来说更为严重。
2.3零件供应
汽轮机装置通常采用相近的机件,需要大型且复杂的后方零部件供应体系。而燃气轮机的制造通常采用批量生产技术,生产厂商可以提供具有较好互换性的零件、部件和模件。不论燃气轮机是航改型,船用型,高参数型,其所需的零部件总量是相对较少的,随着模件所需范围的扩大,更加需要简化维护保养的程序,降低运行成本。燃气轮机装置,尤其像航改型,其购置及安装费用,都比同等功率的汽轮机与柴油机装置更为便宜。
2.4进排气道
燃气轮机通常需要大尺寸的进排气管道,而汽轮机则不然。燃气轮机进气口通常会产生大量噪音,为了保证运行环境和工作人员舒适度,有必要采用降噪设备。通常船用燃气轮机需要于进气口布置悬浮微粒分离装置,从而保障整机的运转安全与稳定。
3.整机运行方向上的差异
3.1工质
燃气轮机的工质为高温燃气,形态上更接近于理想气体,无物态变化,并且工作初温相对较高,通常需要使用耐热合金或者耐热钢材来进行制造,材料对耐高温与腐蚀都有一定要求。汽轮机的工质通常为过热蒸汽,通常会在排气口出现液化现象。燃气轮机在较低的初温下工作,其工质膨胀过程中燃气比容会增大5~20倍,而汽轮机内部工质的比容则会增大数百倍。因此,燃气轮机第一级与最末级叶片的高度差,相比于汽轮机中会小得多,对应而言,其各级的径高比都比较小,并且流通部分变化较为平缓。燃气轮机的燃气中含有相当数量的氧气,如燃料中含有钠、汞、硫化物等时,高温燃气还可能会侵蚀叶片。因此燃气轮机流通部件所采用的金属除了需具有较高的热强度之外,还应具有较高的热稳定性,耐高温腐蚀性等。
3.2燃料消耗
目前航空燃气轮机的比燃料消耗与柴油机、汽轮机相比,已不相上下,重型燃气轮机装置,通常燃用重质燃油,比燃料消耗更低。而在功率偏离设计指标之时,燃气轮机的比燃料消耗则迅速增加,而汽轮机则以相当小的速率增加。这主要是因为汽轮机在此种情况下,通常会采取部分进汽、旁通调节等措施,而燃气轮机则不然。通常可将燃气轮机与其他动力装置联合,以克服这个缺点,如与汽轮机联合形成燃气-蒸汽联合循环等。
3.3响应性
虽然汽轮机发出的功率较为平稳,但是其改变功率大小的能力相对迟缓。燃气轮机则具有良好的高速性能和良好的运转响应性能,短时间内即可发出全功率。汽轮机从金属冷态到正常运转,通常需要数十小时,在紧急情况下,一般也需要3~4小时。而燃气轮机则可以在数分钟内从惰转停车状态过渡到全速运转状态。
3.4监护管理要求
燃气轮机通常更易于实现自动化控制,有着自动数据显示、记录、控制等特点,值班监视任务相对较为简单,而汽轮机由于系统庞杂,附属设备众多,通常需要更多的值班监护人员。
3.5振动与噪声
如果不采用任何的消音措施,一般情况下燃气轮机的进排气噪声会相当高,但是在排气道以及围绕着发动机外壳处所安装的抑制声音装置,已能将噪音降低到实际