燃?xì)廨啓C(jī)起源于19世紀(jì)，是第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物，如今還被廣泛使用在交通、電力、航天等多個(gè)領(lǐng)域。但實(shí)際上，燃?xì)廨啓C(jī)至今依然是最難制造的機(jī)械設(shè)備。

01 燃?xì)廨啓C(jī)有多難制造？

燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)（Compressor）、燃燒室（Combustor）和透平設(shè)備（Turbine）三部分組成，原理是壓氣機(jī)從外界吸入空氣，經(jīng)過(guò)軸流式壓氣機(jī)逐級(jí)壓縮增壓；壓縮空氣進(jìn)入燃燒室與噴入燃料燃燒生成高溫高壓的氣體，通過(guò)氣體排出閥排出，吹動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)渦輪旋，進(jìn)而使壓氣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)。

在燃?xì)廨啓C(jī)中，壓氣機(jī)是由燃?xì)鉁u輪膨脹做功來(lái)帶動(dòng)的，渦輪發(fā)出的機(jī)械功約有一半是帶動(dòng)壓氣機(jī)運(yùn)動(dòng)，其余的一部分機(jī)械功才是進(jìn)行動(dòng)力輸出；所以在燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)的時(shí)候，首先需要電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓氣機(jī)啟動(dòng)，直到燃?xì)鉁u輪機(jī)械功大于壓氣機(jī)消耗的機(jī)械功時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)才能自身獨(dú)立工作。

原理似乎并不復(fù)雜，但燃?xì)廨啓C(jī)持續(xù)工作中，為了保持相當(dāng)高的動(dòng)力，溫度要保持在1000度左右，而且需要長(zhǎng)期在這種溫度中維持上萬(wàn)小時(shí)，并且不能出現(xiàn)損壞，這對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的材料要求極高。

除了材料，還需要考慮如何將壓氣機(jī)的壓縮比和燃燒室的燃料混合時(shí)充分燃燒，產(chǎn)生最大壓力，同時(shí)高溫高壓的氣體吹向葉輪，葉輪要在高溫高壓中能長(zhǎng)期穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，這就跟冰塊放在火里面，還要求冰塊不能化掉一樣。

在這種情況下還要減少葉輪旋轉(zhuǎn)需要帶動(dòng)壓氣機(jī)的機(jī)械能，增加透平設(shè)備產(chǎn)生的機(jī)械能，這需要在冷卻方式、流道、 葉型、材料、涂層、控制等方面不斷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，才能提高效率，但是這些技術(shù)早已被 GE、西門(mén)子、三菱為主的重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品壟斷并拒絕技術(shù)轉(zhuǎn)讓，我國(guó)只能通過(guò)自研，技術(shù)水平與頂尖巨頭比還有較大的差距。

02 為何要重點(diǎn)研究燃?xì)廨啓C(jī)？

燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際上是第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物，而在如今電機(jī)已經(jīng)非常普遍的情況，很多人可能都有疑問(wèn)，為什么我們還要花這么多精力去研究一個(gè)過(guò)時(shí)的東西？作為一個(gè)靠譜的科普作者，我可以告訴大家，燃?xì)廨啓C(jī)不但沒(méi)有過(guò)時(shí)，而且非常重要。

燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)于燃料的要求不高，任何燃料都可以，但是為了提高效率和保護(hù)環(huán)境，現(xiàn)在主要燒天然氣，隨著我國(guó)“十四五”綠色能源發(fā)展計(jì)劃的實(shí)施，低碳經(jīng)濟(jì)、碳中和就成了重中之重，低污染的能源受到重視，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)工作早已展開(kāi)，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》已明確了天然氣發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)，2020年將實(shí)現(xiàn)氣電裝機(jī)容量占 比超過(guò)5%，總體規(guī)模達(dá)110GW（吉瓦）。

在《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，氫能和燃料電池被列為需要集中攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。美日歐等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼將氫能發(fā)展列入國(guó)家能源發(fā)展規(guī)劃，目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，用清潔的氫燃料替換天然氣，也是未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電趨勢(shì)。

但氫的缺點(diǎn)也比較明顯，首先腐蝕性強(qiáng)，熱值高燃燒快，很難控制燃料補(bǔ)給速率。所以目前單獨(dú)使用比較困難，多數(shù)是和天然氣混合加入燃?xì)廨啓C(jī)，或者經(jīng)過(guò)工業(yè)加工，氫氣和二氧化碳形成甲烷和甲醇等清潔能源。