李孝堂侯凌云杨敏侯晓春尚守堂 编
现代燃气轮机技术
李孝堂侯凌云杨航候晓春尚守堂
前言
和发电用地面燃气轮机（简称地面燃机）于1939年同时问世，前者逐步替代活塞式航空 航空发动机就其工作原理而言，亦可称为航空燃气轮机（简称航空燃机、航机）.它发动机用于各种类型飞机的动力，后者以及蒸汽轮机、内燃机广泛地用于电力、船舶和机械传动的动力.虽然航空燃机和地面燃机的工作原理及基本技术是相同的，但由于它们的使用对象和研制者不同等原因，在初始阶段是分别发展的.西方国家和前苏联为满足争夺空中优势的军用飞机发展要求，以及争夺世界民用飞机市场的要求，不惜投入巨资，集中高科技人才大力研发航空燃机，推动了航空燃机技术和制造业的迅猛发展.在航空燃机问世10年之后，用航空燃机改型的轻型燃机以其先天的技术优势，较广泛地用于电力、船舶和机械传动的动力.由于轻型燃机的出现，此前问世的地面燃机受蒸汽轮机设计技术的影响而结构笨重，相对地被称为重型燃机.重型燃机受技术发展投人的限制，其性能曾一 度低于航空及航空改型的燃机.20世纪80年代以后，重型燃机在继承自身传统结构优点的基础上，大量吸收了航空燃机的先进技术，使性能水平大幅度提高，特别是大功率档次重型燃机的性能已超过轻型燃机.因此，航空和地面轻、重型燃机（有时三者可统称为燃气轮机，简称燃机）已成为热动力装置中最先进的类型.可以说，谁掌握了先进的燃气轮机技术，谁就掌握了21世纪动力的未来.
目前，国内外从业于燃机教学、科研、生产、使用的单位和人员众多，相关的教科书、专著、期刊杂志及其论文资料浩如烟海.本书作者之一的侯晓春于1998年撰写了《多种燃料燃烧技术在燃气轮机及工业炉上的应用》一书，对20世纪八九十年代国内外燃机改烧多种燃料的技术成果进行了较全面的归纳.近8年来，航空和地面燃机技术又有以来重型燃机加快了移植航空燃机先进技术的步伐，出现了一大批高性能的大功率重型燃 了更新、更高水平的发展成果，国外航空燃机已从第四代进人第五代研发阶段，90年代机.非航空燃机订货台数1978~2002年增加了1倍，总功率容量增加了近9倍，2002年全球地面燃机销售收人为230亿美元，显示出燃机市场面临着极大的机遇和挑战，市场潜在需求巨大.国内航空燃机的新型号和在研型号性能水平也有较大提高，电力行业引进、开发、应用了大批先进的大功率重型燃机.由于石油价格的不断上涨，不少行业对可燃用多种燃料的先进性能轻型燃机有了新的需求.由于对分布式电源的应用前景看好，一些单位正在抓紧开发微型燃机.不少专家、学者呼吁加快建立我国燃机产业体系.还有读者对上述专著的相关内容很感兴趣，并希望补充新的内容.基于燃气轮机的新技术发展和应用前景，以及读者的热望，我们特撰写《现代燃气轮机技术》一书，力求突出重点，贴近实际，展示丰富、鲜活的新技术，为避免与国内已有燃机专著雷同，不再重复这类教科书
中成熟的基本原理和设计方法等内容.
排气污染和高可靠性.其中第1、3、4项正是航空燃机发展中重点解决的技术关键，这些 在地面燃气轮机发展历程中，主要解决四大关键技术：高效节能、可用多种燃料、低技术也正在逐步被地面燃机所采用.而第2项是轻型燃机（航空燃机改型）与重型燃机争夺市场所面临的首要问题.上述关键技术问题的解决，使得具有先进结构、性能的航空燃机及其改型的轻型燃机引领了整个地面燃机技术的飞跃发展.因此，本书以上述四大技术关键作为重点内容，将以航空燃机技术作为先导，将其溶于轻、重型燃机之中而发展的高性能现代燃气轮机技术呈献给读者.
本书的第1章主要介绍国内外燃气轮机的发展、应用情况，回顾和展望了航空和地面燃机技术，让读者有一个全局性的认识；第2章介绍了燃机发展中第一个关键技术，即提高燃机性能的技术，以满足高效节能要求；第3章具体介绍航空燃机技术及它转移到各类 地面燃机上的技术细节，以及如何促进燃机性能跨上新台阶；第4~第6章较深人地论述燃机发展中第二个关键技术，即适应多种燃料的相关技术，以满足当今全球都关注的综合利用能源的要求；第7章主要介绍燃机发展中的第三个关键技术，即低污染燃烧技术，以满足日益重视的环境保护要求：第8章主要介绍燃机发展中第四个关键技术，即提高燃机可靠性技术，以保证燃机安全可靠、长寿命工作，并对燃机相关系统有一个全面认识.
本书由中国一航沈阳发动机设计研究所李孝堂研究员、清华大学航天航空学院侯凌云副教授、中国一航发动机事业部杨敏研究员、原中航二集团株洲航空动力机械研究所侯晓春研究员和中国一航沈阳发动机设计研究所尚守堂研究员分头搜集资料、撰写（侯晓春执笔初稿）、补充、修改面成，并得到作者单位领导及有关专业人士的大力支持.
本书取材于作者的相关专著、科技论文以及国内外近期的书刊资料，力求成为内容新颖、全面、实用的现代燃气轮机技术专著.
我们热望该书能对高等院校相关专业的师生和企业、科研院所的相关技术及管理人员具有参考价值.如进而能推动我国航空燃机技术向地面燃机转移，促进地面燃机产业更快、更高水平地发展，我们将感到无限欣慰.
由于我们理论水平和实践经验有限，加之燃气轮机技术日新月异地发展，书中难免有不足之处，息请读者批评指正.
作者2006年6月25日
目录
第1章概论1.1热能动力装置的类型及其特点1.1.1热能动力装置的类型 （1）1.1.2内燃机、蒸汽轮机和燃气轮机的特点 （4）1.2国内外燃气轮机的发展概况 （5）1.3国内外地面燃机的应用概况 （9）1.4燃气轮机技术回顾和展望 （14）1.4.1燃机技术回顾要点 （14）1.4.2燃机技术前景展望 （18）
第2章提高燃气轮机性能的技术 （20）
2.1.1简单循环燃机的性能指标 （20）2.1.2简单循环的热力学参数对燃机性能的影响 （21）2.1.3联合循环的性能参数 （22）
2.2提高燃机性能的途径 （23）
2.2.1采用高循环参数. （23）2.2.2改善部件结构、性能 （25）2.2.3采用先进的热力循环 （29)
2.3高温燃气轮机技术 （36)
2.3.1热端部件的冷却技术 （36）2.3.2高温材料及结构的发展和应用 （59）2.3.3地面燃机热端部件的材料工艺特点 （66)
第3章不同类型燃气轮机的技术 （71)
3.1概述 （71）3.2轻型燃气轮机技术 （72）3.2.1轻型机快速发展的原因 （72）3.2.2航空燃机改型技术 （( 73)
