燃气轮机与蒸汽轮机

涡轮是一种涡轮机械，通过使用转子机构将流动流体中的能量转换为机械能。一般来说，涡轮机将流体的热能或动能转化为功。燃气轮机和蒸汽轮机是热力涡轮机械，其功是由工作流体的焓变产生的，即流体以压力形式存在的势能转化为机械能。

根据流体流动方向，涡轮机分为轴流式和径向流式。从技术上讲，涡轮机是一个膨胀机，它通过压力的降低来提供机械功输出，这与压缩机的操作相反。本文主要研究在许多工程应用中较为常见的轴流式水轮机。

轴流式涡轮机的基本结构设计允许流体在提取能量的同时连续流动。在热力涡轮机中，高温高压下的工作流体通过一系列转子，这些转子由安装在轴上的旋转盘上的倾斜叶片组成。在每个转子盘之间安装有静叶，作为喷嘴和流体流动的导向器。

关于蒸汽轮机的更多信息

尽管使用蒸汽来做机械工作的概念被使用了很长一段时间，但现代蒸汽轮机是由英国工程师查尔斯·帕森斯爵士在1884年设计的。

蒸汽轮机使用来自锅炉的加压蒸汽作为工作流体。进入汽轮机的过热蒸汽在流经转子叶片时失去压力（焓），转子带动与之相连的轴。蒸汽轮机以平稳、恒定的速率输送功率，蒸汽轮机的热效率比往复式发动机高。汽轮机在较高转速下的运行是最优的。

严格地说，涡轮机只是用于发电的循环运行的一个单一组件，理想情况下，它是由朗肯循环建模的。锅炉、热交换器、泵和冷凝器也是操作的组成部分，但不是涡轮机的一部分。

在现代，蒸汽轮机的主要用途是发电，但在20世纪初，蒸汽轮机被用作船舶和机车发动机的动力装置。作为一个例外，在一些柴油机不实用的船舶推进系统中，例如航空母舰和潜艇，蒸汽机仍然在使用。

关于燃气轮机的更多信息

燃气轮机发动机或简称燃气轮机是一种内燃机，使用空气等气体作为工作流体。燃气轮机运行的热力学方面的理想模型是布莱顿循环。

燃气轮机发动机与蒸汽轮机不同，它由几个关键部件组成：压缩机、燃烧室和涡轮，它们沿转轴装配，以执行内燃机的不同任务。从进气口进入的气体首先用轴流压缩机压缩；它的工作原理与简单的涡轮完全相反。然后，加压气体被引导通过扩散器（一个分流喷嘴）级，在这个阶段中，气体失去速度，但温度和压力进一步升高。

在下一阶段，气体进入燃烧室，在那里燃料与气体混合并点燃。由于燃烧，气体的温度和压力上升到了难以置信的高水平。然后这些气体通过涡轮部分，当通过时，对轴产生旋转运动。一个平均尺寸的燃气轮机产生的轴转速高达10000转/分，而较小的燃气轮机可能产生5倍的转速。

燃气轮机可以用来产生转矩（通过旋转轴），推力（通过高速排气），或者两者兼而有之。在第一种情况下，如在蒸汽轮机中，由轴传递的机械功只是高温高压气体的焓（压力）的转换。部分轴工作用于通过内部机构驱动压缩机。这种形式的燃气轮机主要用于发电，也可作为坦克甚至汽车等车辆的动力装置。美国M1艾布拉姆斯坦克使用燃气涡轮发动机作为动力装置。

在第二种情况下，高压气体被引导通过一个会聚喷嘴来提高速度，而推力是由废气产生的。这种喷气式战斗机发动机通常被称为喷气式喷气发动机。在这一代的涡轮螺旋桨发动机中，使用的是涡轮螺旋桨和发动机的组合。

有许多种燃气轮机是为特定任务而设计的。与其他发动机（主要是往复式发动机）相比，它们具有功率重量比高、振动小、运行速度快和可靠性高等优点。废热几乎完全随着废气而散失。在发电过程中，这些废热能被用来烧水来驱动蒸汽轮机。这个过程被称为联合循环发电。

蒸汽轮机和燃气轮机有什么区别？

•蒸汽轮机使用高压蒸汽作为工作流体，而燃气轮机使用空气或其他一些气体作为工作流体。

•蒸汽轮机基本上是一个膨胀机，将扭矩作为工作输出，而燃气轮机是压缩机、燃烧室和涡轮机的组合装置，执行循环操作以传递扭矩或推力的功。

•蒸汽轮机只是执行朗肯循环一个步骤的部件，而燃气轮机发动机执行整个布莱顿循环。

•燃气轮机可提供扭矩或推力作为工作输出，而蒸汽轮机几乎所有时间都将扭矩作为工作输出。

•由于燃气轮机的工作温度较高，燃气轮机的效率远高于蒸汽轮机。（燃气轮机约1500摄氏度，蒸汽轮机约550摄氏度）

•燃气轮机所需的空间远小于蒸汽轮机的运行，因为蒸汽轮机需要锅炉和热交换器，它们应通过外部连接以增加热量。