燃气轮机起源于19世纪，是第二次工业革命的产物，如今还被广泛使用在交通、电力、航天等多个领域。但实际上，燃气轮机至今依然是最难制造的机械设备。如今中国终突破封锁，而我们必须要感谢一位37岁的美女博士。
01燃气轮机有多难制造？
燃气轮机由压气机（Compressor）、燃烧室（Combustor）和透平设备（Turbine）三部分组成，原理是压气机从外界吸入空气，经过轴流式压气机逐级压缩增压；压缩空气进入燃烧室与喷入燃料燃烧生成高温高压的气体，通过气体排出阀排出，吹动叶片旋转带动涡轮旋，进而使压气机高速旋转。
在燃气轮机中，压气机是由燃气涡轮膨胀做功来带动的，涡轮发出的机械功约有一半是带动压气机运动，其余的一部分机械功才是进行动力输出；所以在燃气轮机起动的时候，首先需要电动机带动压气机启动，直到燃气涡轮机械功大于压气机消耗的机械功时，燃气轮机才能自身独立工作。
原理似乎并不复杂，但燃气轮机持续工作中，为了保持相当高的动力，温度要保持在1000度左右，而且需要长期在这种温度中维持上万小时，并且不能出现损坏，这对于燃气轮机的材料要求极高。
除了材料，还需要考虑如何将压气机的压缩比和燃烧室的燃料混合时充分燃烧，产生最大压力，同时高温高压的气体吹向叶轮，叶轮要在高温高压中能长期稳定的旋转，这就跟冰块放在火里面，还要求冰块不能化掉一样。
在这种情况下还要减少叶轮旋转需要带动压气机的机械能，增加透平设备产生的机械能，这需要在冷却方式、流道、 叶型、材料、涂层、控制等方面不断进行改进和优化，才能提高效率，但是这些技术早已被 GE、西门子、三菱为主的重型燃气轮机产品垄断并拒绝技术转让，我国只能通过自研，技术水平与顶尖巨头比还有较大的差距。
那我国的燃气轮机到底发展得怎样了？关注我，了解更多中国科工的真相。
2020年11月27日，东方电气自主研发的国内首台F级50MW机顺利实现满负荷稳定运行，E级别燃烧室温度在1200度，F级在1400度，H级别温度在1600度左右，这意味着我国打破了西方的专利垄断，可以生产出优秀的重型燃气轮机，东方电气已经在三大部件及其他辅助系统有了较大突破，尤其是叶轮设计和材料方面的进步对于我国下一级别H级300MW的燃气轮机起着决定性作用。
02为何要重点研究燃气轮机？
燃气轮机实际上是第二次工业革命的产物，而在如今电机已经非常普遍的情况，很多人可能都有疑问，为什么我们还要花这么多精力去研究一个过时的东西？作为一个靠谱的科普作者，我可以告诉大家，燃气轮机不但没有过时，而且非常重要。
燃气轮机对于燃料的要求不高，任何燃料都可以，但是为了提高效率和保护环境，现在主要烧天然气，随着我国“十四五”绿色能源发展计划的实施，低碳经济、碳中和就成了重中之重，低污染的能源受到重视，其相关产业的研发工作早已展开，《电力发展“十三五”规划》已明确了天然气发电项目建设目标，2020年将实现气电装机容量占 比超过5%，总体规模达110GW（吉瓦）。
在《能源发展“十三五”规划》中，氢能和燃料电池被列为需要集中攻关的关键技术。美日欧等发达国家相继将氢能发展列入国家能源发展规划，目前产业发展迅速，用清洁的氢燃料替换天然气，也是未来燃气轮机发电趋势。
但氢的缺点也比较明显，首先腐蚀性强，热值高燃烧快，很难控制燃料补给速率。所以目前单独使用比较困难，多数是和天然气混合加入燃气轮机，或者经过工业加工，氢气和二氧化碳形成甲烷和甲醇等清洁能源。
美国能源部在2005年启动“先进 IGCC/H2燃气轮机”项目和“先进燃氢透平的发展”项目，主要研究内容包括富氢燃料、氢燃料的燃烧、透平及其冷却、高温材料、系统优化等。
而日本三菱日立早在1970年就开始研发含氢燃料的燃气轮机，2018年含氢燃料的燃气轮机达29台，安全运行超过3.57百万小时，以重型机为主，同年三菱日立在700MW 输出功率的J系列重型燃气轮机上测试使用含氢30%的混合燃料成功。
未来单纯的燃气轮机已经不会建造，混合型燃机会陆续出现，因为燃气轮机做工会产生大量的热量，可以利用这些热量做成蒸汽-燃气混合机，可以将效率提升到60%左右，发电效率大大提升，其次我国的C919、运20及后续研发的大飞机项目的发动机、军舰、轮船的动力系统的发展，都需要燃气轮机技术的突破。
03美女博士的贡献有多大？
内燃机领域一直是我国的薄弱之处，尤其是燃气轮机，虽然我国起步不晚，但是国家一开始并不重视，因为开发成本高、材料要求高、技术难度高，我们工业基础薄弱，燃气轮机又属于技术、资金、人才密集领域，是研发周期长的战略产业，中国一直缺少可持续的统一规划。
但我们也一直没放弃研发，解放前我国并没有燃气轮机的相关工业企业，解放后因为军事航空业的需求，1956年我国首批歼-5喷气式飞机试飞，标志着我国航空发动机的研发成功。2003年我国才与美国GE公司合作生产，目的是吸纳欧美燃气轮机技术优势，通过市场换技术的方式解决技术落后问题，但实际结果却是市场被欧美日瓜分，我们却没有获得关键技术。那我们就真的没有办法了吗？关注我，了解更多中国科工的真相。
目前来看自主研发之路困难重重，但皇天不负有心人，我们终于是取得了重大突破。前面我们说过了，燃气轮机的叶片非常重要，它能够承受多大的高温，直接决定了燃气轮机的好坏。而段方苗，一位37岁的美女博士，就攻克了叶片技术。
时间回到2015年，我国启动了专项研究计划，当时年仅31岁的段方苗毅然加入了研究团队，开始了艰辛的攻关工作。这个研究团队，平均年龄只有34岁，缺乏经验，也没有很多的技术积累，但他们愣是在这样的条件下创造出了不可能的奇迹。
经历了无数困难和挫折，2018年，段方苗和她的团队成功试制出我国自主设计的第一批一级静叶，打破了西方国家的长期垄断。但这只是开始，离目标还有很远。段方苗很清醒，深知未来的路还很长，我们想要真正把核心技术拿在手里，不再受制于人，还需要更多的投入。
对比发达国家，我们确实还存在代差，但确确实实是积累了丰富的经验，未来我们还需要更多像段方苗这样的科研工作者，不断为我们的科技事业做出伟大贡献。段方苗有一句话说得很好，“我真的有时候觉得是有一种把个人的价值和国家的价值联系到一起，是非常的那种可遇而不可求的那种。我们参与其中，我们每个人都会被记住。”
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