西行漫记3——叹为观止的燃气轮机

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2020-09-20 06:27:47

　　今天我们来到生产大家伙的百年老厂——柏林燃气轮机厂。

　　又要科普了。

　　我们知道，就流体能量转换机械能来说，有水电站的通过高差水流转换的水轮机、热电或核电厂通过高温高压蒸汽转换的汽轮机，还有今天的主角燃气轮机等。其实燃气轮机也是内燃机的一种，不过我们汽车发动机是活塞式，燃气轮机是涡轮式。如果说孔明灯是热气球的原型，风筝是飞机的原型，那么我们的走马灯可以说是燃气轮机的原型——

真正的燃气轮机是这样子的：

从燃气轮机的剖面图看，左侧为压气机，从外界吸入空气并逐级增压，同时空气温度也在上升，送到中部燃烧室与燃气混合点火，膨胀的热空气驱动右侧（透平）多级叶轮做工，转换成转矩。

　　重型燃气轮机大多用在发电站，西门子柏林燃气轮机厂生产从114MW到400MW的不同功率等级机型。据说400MW的SGT5-8000H燃气轮机有445吨重，相当于1架加满油的空客A380的重量，而功率相当于10架A380，这样一台燃机发电就能满足300万人口规模城市的家庭用电，资料显示，西门子为杜塞尔多夫港口区交付联合循环电厂创下了发电净效率超过61%的纪录，业界一直在为不断突破净效率这一极限做着各种努力，而提高哪怕0.1都是那么艰难。

联合循环发电厂（图片源自西门子官网）

　　燃气轮机的牛X程度可参考飞机发动机，在燃机运转时，内部的运行温度可高达1600°C，相当于火山喷发口的温度，叶片叶尖几乎能达到音速，其离心力是叶片净重的1万倍，并承受自身重量一万倍的的离心力。而几百吨的庞然大物许多核心部件精度要求在数十微米，不难想象，对于材料和制造、装配工艺的要求自然是严苛的。为了给透平叶片降温，叶片都带了许多小孔，冷空气（据说也有500度）从孔中喷出为上千度的叶片降温，而叶片的材料更是各国争相攻关的焦点之一，这么说一片带有涂层的叶片价值一台宝马车也就不足为奇了。