燃气轮机是重型工业领域中的通运该设备，重型工业的发展程度则是衡量国家实力的一项重要标准。在重型工业的发展中燃气轮机肩负着为大型机器提供动力的系统的重要任务，因此我国对于重型燃气轮机的研发制造上一直相当重视。

2023年1月3日，我国第一台百分百国产的F级50兆瓦重型燃气轮机正式投入使用。这让许多人为之感慨，经过了13年的不懈努力，无数科研工者作夜以继日，焚膏继晷，我国终于研发出了第一台完全属于自己的重型燃气轮机，这台机器也被大家称为“争气机”。

为什么要把重载燃气轮机称为“争气机”呢？

如同蒸汽机掀起了第一次工业革命的热潮，燃气轮机是新时代国家能源安全和国防安全的战略性装备，广泛应用于国防、交通、能源、环保等各个领域，而重型燃气轮机更是先进发电设备、航空装备、军用舰船（航母及潜艇）等大国重器的“心脏”。

燃气轮机的能量转化方式与蒸汽机相同，都是将燃料的化学能转化为动力（或电力），不同的是，蒸汽机是烧水，将水变成蒸汽时，体积膨胀从而驱动活塞（或汽轮机等其他动力机械）做功。

燃气轮机并不需要加热蒸汽作为中间介质，而是将燃气直接通入涡轮膨胀做功，这就要求燃气轮机的部件能够长时间地承受极端的高温、高压、高转速并保证整机安全稳定的运行，而更高的运行参数也显著地提高了设备的做功能力，使燃气轮机具备单位功率大，启动速度快、机动性强，能量转化率高的特性。

当燃气轮机工作时，它会连续地从大气中吸入空气并将其压缩，压缩后的空气被送入燃烧室，与喷入的燃料充分混合后燃烧，成为高温、高压的燃气，随即被通入燃气涡轮中推动涡轮叶轮旋转并膨胀做功，输出的功率可作为动力或被转化为电力。

燃气轮机被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”，尤其重载燃气轮机号称“世界上最难制造的机械设备”之一，它由数万个零件组成，涉及机械、冶金、材料、化工、能源、电子、信息等诸多领域，涵盖气动力学、工程热力学、燃烧学、结构力学、控制理论、材料学、制造工艺等基础学科和工程技术的交叉融合，它的研发集中体现了一个国家科技水平和综合国力。

来之不易的“纯国产”

多数燃气轮机主要可分为压气机、燃烧室、燃气涡轮三个部分。第一部分主要负责增压，第二部分是物质燃烧产生热量的场所，第三部分则负责能量传递。

燃气涡轮（Turbine）又被称为透平，由英语音译而来。简单理解的话，可以将其看作是电风扇上的叶子，通过燃料燃烧产生热能，促使扇叶进行超高速度的旋转，从而产生机械能。

因此这个“扇叶”的部分对材料要求很高。或者说，要承载这么一个强动力、温度高的动力系统，燃气轮机对每一部分的材料要求都是非常苛刻的。

通俗来讲，燃气轮机通过压缩空气，之后再与可燃物进行混合，产生热动力，进而带动机器运转。因此，我们可以将燃气轮机视为一种动力装置。

在一开始技术还尚未成熟的时候，一般默认是按照燃烧温度来区分这机器等级：温度每提升100度，则机器等级提升一级， F级的燃气轮机工作温度可达1300℃以上。

不过到现在，由于科学技术的飞速发展，材料性能不断提升。这种区分办法已经不是很适用于目前的机器了。

燃气轮机发展史

1872年，第一台燃气轮机在德国问世，但无法独立运行。此后不断有科学家试图对其进行改进，但总会由于效率太低或者运行状况不良好而无法大面积推广使用。

之后，随着科学理论的不断发展，燃气轮机开始逐渐完善。人们开始尝试将燃气轮机应用到实际生活中来。

1941年，燃气轮机首次被运用到机车上；

1947年，舰艇也开始装备燃气轮机；

1950年，燃气轮机又被运用到了汽车上。

随着时间的发展，这项技术也不断成熟，最终有了更加广泛的应用空间，在现代社会发展中成为了不可或缺的重要力量。

我国燃气轮机的发展与现状

目前在这方面技术较为领先的主要是通用、西门子和三菱这些大集团。为了占据更大的市场份额，获取更多利润，这些公司选择和其他国家合作，选择性地出让一些技术，但是核心技术却牢牢被他们掌握在手里。

在我国，关于燃气轮机，无论是理论知识还是材料的研发，其实一直处于一个相对落后的状态。

目前，由东方电气所研制的50兆瓦的燃气轮机是F级的。虽然我国有更高级的燃气轮机投入使用，但H级和J级的燃气轮机均是和国外厂商合作投产，也就是说，更高级别的机器国产化率其实只有60%~80%。

如果一旦发生意外情况，合作商不再向中国提供某些技术，那么这些燃气轮机也就无法再大面积投入使用，国内势必会受到影响。因此我国有必要尽快打破这项技术壁垒，尽快实现燃气轮机的自主研发。

就是在这样的背景之下，东方电气集团站了出来，用了13年的时间，投入了大量资金和人才进行研发，通过不断的实验和调整，最终实现了这一突破。

在2009年，东方电气集团终于下定决心开始啃燃气轮机这个硬骨头。经过将近10年的时间，燃气轮机各部分才研发完成，接下来就是要组装起来进行联合实验。

2018年，在进行第1次实验的时候，机器火没点着，同时出现了“热声震荡”，部分设备部件因为高频震荡现象出现损坏。

于是，工作人员又对整套设备进行了重新调试，一年半以后，进行了第2次实验，但是这次实验也并不顺利，8个燃烧器只点着1个。但是相较于第1次实验结果来说已经好了很多，至少证明了调整的方向是正确的。于是大家一鼓作气，用不到一个月的时间重新调整各项参数，终于，这台重型燃气轮机动了起来。

F级50兆瓦重型燃气轮机工作时转速可达每秒100转，在如此高的速度之下保证各部件的平稳运行算是核心技术之一。当时我国并没有掌握这项技术，但是，经过不断努力，最终这些难题还是被攻克下来，科研人员发现了“一种带陶瓷型芯蜡模成型方法”，这一技术可以有效提高产品合格率，节约成本，被授权了发明专利。

在13年的时间里，东方电气在此项目投入近20亿元，凝结了无数人的智慧和心血，终于在燃气轮机这一项目上取得了重大突破，实现了百分百纯国产制造。

尽管相较于国外的科技水平，我们还需要付出更多的努力去追赶。但是 F级50兆瓦的燃气轮机的发明与投产却标志着我国打破了国外的技术垄断，同时也为更高级别的燃气轮机的制造提供了可以借鉴的样本，因此具有非常重要的意义。

2023年4月7日，由中国航发燃气轮机有限公司研制的首批国产燃气轮机机组，在前期完成出厂检验后顺利发运海上平台工程现场。中国航发燃机表示，该机组拥有自主知识产权，可满足严苛海洋环境要求。

由于远离陆地、空间小、电力需求大，海上钻井平台需要强悍、高效燃气轮机用以开采油气。燃气轮机好比海上钻井平台的“超级心脏”，对设计和制造工艺要求极高。中国航发燃机此次研制的燃气轮机单台机组一小时发电量超过5000千瓦时，相当于500个家庭一天的用电需求，与同功率火力发电机组相比，每年可减少标准煤消耗5820吨。

燃气轮机广泛的用途

由于燃气轮机具有动力强劲，启动快，效率高等优点，其用途非常广泛。基于独特的运行机制，燃气轮机不仅可以搭配多种可燃液体使用，对寒冷条件也适应的比较好，基本不会出现因为低温而导致机械故障的情况。

重型燃气轮机转速高，消耗也大，因此更适用于重型工业方面，比如东方电气造出来的这款燃气轮机一旦投入使用，该燃气轮机一小时的发电量就足以让7000个家庭使用一整天。

随着经济的飞速发展，世界各国对能源动力的需求都在不断增加，燃气轮机的市场也在不断扩大。

2016年，世界燃气轮机市场规模为1697亿美元，到2021年这个数字已经变成了2331亿美元。

在我国，2019年燃气轮机的需求量为400万千瓦时左右；2020年的需求已经增长到了552万千瓦时；2021年更是达到了789万千瓦时，与之相应的是我国燃气轮机的装机规模也在不断扩大。

目前来说，在我国，燃气轮机一般会用于发电、热电联产以及为交通工具提供动力等方面。

相较于传统的发电方式，燃气轮机体积更小，更容易安装，对地形的要求也比较低，同时还能使用多种燃料混合发电。燃气轮机热效率一般可以达到30%~34%，最高甚至可以达到38%，因此，发电是燃气轮机的一个重要用途。近年来，我国燃气轮机发电量占全国3%左右，也是一个很大的数字了。

同时，由于燃气轮机无论是启动还是停止，相较于传统的发电机组所要耗费的燃料更少，启动速度更快，所以常常会被用来调峰。

也就是说，在某些特殊时间，比如说中午12点到2点，或者是晚上6点以后，居民下班之后用电量会突然出现极大地增长，这时，为了满足突然增加的用电需求，往往会再启动一些其他的发电机组以保证供电，而燃气轮机发电就是所有发电方式中的最优解。

此外，燃气轮机的工作温度很高，比如东方电气这款燃气轮机，工作时的温度可达到1300℃以上，这也是可以利用的资源。一般来说，燃气轮机所适用的是一种先发电式的热电联产，即首先保证发电需求，后将产生的热量用于工业制造。这些燃烧所产生的热能可以被用在食品，造纸，化工，养殖等方面。既能提高资源使用效率，又能减轻环境污染。

另外，一些功率较小的燃气轮机也可以被用在交通工具上面。燃气轮机动力强，加速快，效率高，而且受地理环境的影响比较小，因此有些国家会将其应用在火车上；一些小型的燃气轮机相较于传统的汽车发动机来说，所产生的废物更少，更为环保，动力也更强，因此某些情况下，这些小型燃气轮机也会作为发动机被用在汽车上。

只不过以上的应用还有待改进。尽管燃气轮机动力十分强劲，但是是以高油耗为代价的。也就是说使用这种燃气轮机的经济成本相对来说较高。在军事方面，燃气轮机超强的动力和较小的体积更符合作战需求，因此被多个国家应用在军舰或者航空飞机上。

但是在民用方面，各国依然在研究如何能够在保证燃气轮机效率的前提下平衡经济成本的最优解。

在2022年，电器工业主营业务收入近6万亿元，利润超过3500亿，保持着良好的发展势头，燃气轮机正是其中非常重要的一部分。

东方电气这一技术的突破也只是我国在新能源科技方面突破的一小部分，在其他方面，无论是16兆瓦的海上风电机组，还是三一重能的路上平台风电机组，又或者是新一代“人造太阳”的问世，无不体现着我国在能源领域的突破和进步。