朱國順

人類進入工業(yè)社會后，很多努力都可以歸結(jié)到一條主線，那就是機器動力的提高與發(fā)展。汽車越造越好，是因為發(fā)動機功率越來越大；艦船越造越大，是因為船載動力越來越強；飛機又大又先進，是因為航空發(fā)動機的單臺推（拉）力，從幾百公斤上升到了五六十噸。

在所有這些機器動力幾百年發(fā)展中，高端的是燃氣輪機技術(shù)，它是單位重量內(nèi)功率最強的。2022年最后一天，中國首臺國產(chǎn)F級50兆瓦重型燃氣輪機首次點火成功，開啟了中國燃氣輪機發(fā)展新篇章。

從瓦特開始，人類對機器動力啟蒙于蒸汽機，相對于農(nóng)業(yè)社會的人力與畜力，機器帶來的是令人震撼的革命性變化。但蒸汽機有兩大弱點，一是體積龐大，二是啟動較慢。柴油機等內(nèi)燃機的出現(xiàn)，開辟了機器動力結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高新路，帶來了機器動力普及性應(yīng)用。相比于內(nèi)燃機，燃氣輪機更以連續(xù)流動氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，功率更大、啟動更快、熱效率更高，極大提升了動力性能。現(xiàn)代航空發(fā)動機是燃氣輪機的一種，一臺裝在最新波音777X上的GE9X發(fā)動機，那么小的個子可以發(fā)出超過50噸推力，效率與功率都令人嘆為觀止。

燃氣輪機是在100年前的1920年，德國人制造出第一臺實用性燃氣輪機而開創(chuàng)動力新時代的。那臺燃氣輪機只有370千瓦功率，但它創(chuàng)造了全新動力形式，正是在這樣的探索下，1939年德國人制造出了世界第一架噴氣式飛機，開辟了航空噴氣時代。

燃氣輪機基本工作過程分成三大部分。首先由壓氣機把空氣逐級壓縮成高速高壓氣體，提升氣體流量密度和效率，現(xiàn)代渦扇發(fā)動機壓氣級數(shù)普遍在10—20級，最高超過30級；其次，這些高速高壓氣體壓入燃燒室高溫燃燒，產(chǎn)生巨大能量，燃燒室溫度工業(yè)燃機最高超過1200°C，航空發(fā)動機達1350°C；最后，高能量氣體驅(qū)動渦輪帶動葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大動力，轉(zhuǎn)速最高超過了每分鐘1萬轉(zhuǎn)，排出的氣體可進一步增強動力。

正是因為燃氣輪機個小力大，它首先在飛機上得到了廣泛運用。從早期經(jīng)典噴氣發(fā)動機JT3D開始，只用了五六十年時間，就把單臺推力從7—8噸，增加到了60多噸，帶來了航空黃金時代。同時，以航空發(fā)動機核心機為基礎(chǔ)，改裝為陸上、海上燃氣動力機組也在不斷推進，這當中既有航空發(fā)動機改型而來的，也有直接研發(fā)用于發(fā)電的燃氣輪機。

世界上最著名的航發(fā)改型燃氣輪機，是LM-2500。它由上世紀60年代最大噴氣發(fā)動機TF39改型而來，這型發(fā)動機當時被用于巨無霸運輸機C-5。LM-2500最初目標單臺功率達到25000馬力，這也是型號中2500的來歷，如今經(jīng)過幾代發(fā)展，最高動力已超過了45000馬力。我國在上世紀80年代借力于相對寬松國際環(huán)境，使用LM-2500裝備了112、113兩艘新型驅(qū)逐艦，開啟我軍戰(zhàn)艦新型動力之路。如今，中國海軍大部分主力戰(zhàn)艦，都使用了完全國產(chǎn)的燃氣輪機動力，為人民海軍快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

陸上燃氣輪機的一個廣泛用途，就是用于發(fā)電。鑒于燃氣輪機的快速啟動及較高功率，特別適合在大電網(wǎng)中擔(dān)當調(diào)節(jié)峰谷、應(yīng)急應(yīng)變的角色，同時因為使用燃料的不同，可大大降低污染物排放。

燃氣輪機是現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠，我國近幾十年間瞄準世界先進水平，不斷創(chuàng)新追趕。首臺國產(chǎn)F級50兆瓦重型燃氣輪機，就是位于四川的東方電氣集團從2009年起開始研發(fā)，十年磨一劍的成果。它由2萬多個零部件組成，內(nèi)部工作壓力18個大氣壓，燃燒室溫度超過1300攝氏度，每分鐘轉(zhuǎn)速高達6000轉(zhuǎn)，每小時發(fā)電量超過7萬千瓦時。

燃氣輪機功效與燃燒室進口溫度密不可分，溫度越高效率越高，分為900℃的A級、1000℃的B級、1100℃的C級、1200℃的D級、1300℃的E級和1400℃的最高F級。

我國首臺F級50兆瓦重型燃氣輪機，是可以比肩世界頂尖水平的國之重器。