大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的新發(fā)展

劉琿

摘要：燃?xì)廨啓C(jī)是每一個(gè)國(guó)家能源領(lǐng)域都會(huì)應(yīng)用的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，被廣泛應(yīng)用于能源行業(yè)的大型設(shè)備應(yīng)用中，全世界為了環(huán)境保護(hù)事業(yè)，加大對(duì)能源行業(yè)技術(shù)的發(fā)展與研究，另外，不僅應(yīng)用于能源技術(shù)領(lǐng)域，在我國(guó)國(guó)防事業(yè)、電力系統(tǒng)中，燃?xì)廨啓C(jī)都有不可代替的作用，全世界對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的研究一直在進(jìn)行中。同時(shí)，愈加發(fā)達(dá)的技術(shù)科技水平使得科研人員不斷在擴(kuò)大燃?xì)廨啓C(jī)的大招規(guī)模，即大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。總的來(lái)說(shuō)，燃?xì)廨啓C(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種，本文在介紹內(nèi)燃機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的區(qū)別之上，主要研究?jī)?nèi)燃機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r與技術(shù)研究，僅供參考。

Abstract： Gas turbine is a strategic industry that is applied in the energy field of every country. It is widely used in large-scale equipment applications in the energy industry. For the sake of environmental protection， the world has increased the development and research of energy industry technology. In addition， not only In the field of energy technology， gas turbines play an irreplaceable role in China's national defense and power systems. Research on gas turbines has been ongoing worldwide. At the same time， the increasingly developed level of technology and science and technology has made scientific researchers continue to expand the scale of gas turbines， that is， the development and application of high-power heavy-duty gas turbine technology. Generally speaking， gas turbine is a kind of internal combustion engine. This article mainly studies the development status and technical research of internal combustion engine after introducing the difference between internal combustion engine and gas turbine， for reference only.

關(guān)鍵詞：大功率;重型;燃?xì)廨啓C(jī);新發(fā)展

Key words： high-power;heavy-duty;gas turbine;new development

0? 引言

燃?xì)廨啓C(jī)在國(guó)防建設(shè)中是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)設(shè)備，在工業(yè)、能源領(lǐng)域發(fā)展中燃?xì)廨啓C(jī)起著非常重要的作用，在國(guó)家發(fā)展建設(shè)初期，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的生產(chǎn)技術(shù)只能是從國(guó)外進(jìn)口，但是燃?xì)廨啓C(jī)的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)于國(guó)民工業(yè)生產(chǎn)過(guò)于重要，國(guó)家生產(chǎn)工藝想要發(fā)展，就必須有自己的燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)工藝。目前，我國(guó)雖然也在應(yīng)用大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)，也在發(fā)展研究中，但是對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)并沒有掌握。雖然我國(guó)在內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)研究中取得了一定的成就，但是燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)還是被GE、西門子、三菱為主的重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品體系所壟斷，我國(guó)目前的發(fā)展水平與國(guó)外相比，還是有一定的差距。在工業(yè)制造領(lǐng)域和新能源領(lǐng)域中，內(nèi)燃機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用一樣廣泛，但是兩者在結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用范圍上有所不同。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)從普通模式發(fā)展成為大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)，而大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)是在普通燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)上提高運(yùn)行功率、提高簡(jiǎn)單循環(huán)效率和聯(lián)合循環(huán)效率。目前應(yīng)用的大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)最大功率達(dá)460MW、燃?xì)獬鯗剡_(dá)1600℃、壓氣機(jī)壓縮比為40、單循環(huán)功率為43-44%。目前，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)的整機(jī)生產(chǎn)流程，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的提高具有劃時(shí)代的意義。

1? 內(nèi)燃機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的區(qū)別

燃?xì)廨啓C(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種，但是兩者在很多方面還是不一樣的，內(nèi)燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過(guò)燃料在內(nèi)部機(jī)械的燃燒，將其燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力的一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。而燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是靠旋轉(zhuǎn)葉輪式來(lái)產(chǎn)生動(dòng)能的，廣義上內(nèi)燃機(jī)包括復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)然也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等。一般情況下，在討論應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)主要是活塞式內(nèi)燃機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)與內(nèi)燃機(jī)的區(qū)別主要體現(xiàn)在三方面。

第一是發(fā)動(dòng)機(jī)部件的運(yùn)行方式不同，燃?xì)廨啓C(jī)是以流動(dòng)的氣體為基礎(chǔ)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而將產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為有用功的內(nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，燃?xì)廨啓C(jī)是槳葉的高速旋轉(zhuǎn)，而內(nèi)燃機(jī)是活塞反復(fù)吞吐產(chǎn)生能量，但是相比較起來(lái)，活塞運(yùn)動(dòng)會(huì)造成工質(zhì)流量的制約，從同樣工具的機(jī)械對(duì)比發(fā)現(xiàn)，燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)流量要大的多，功率也大，能夠平穩(wěn)運(yùn)行。

第二是熱力過(guò)程產(chǎn)生的不同。燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生熱力的過(guò)程是由多個(gè)部件不同步驟完成的，比如燃?xì)廨啓C(jī)能量產(chǎn)生的過(guò)程要經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)、燃燒室、透平等，而內(nèi)燃機(jī)在一個(gè)氣缸內(nèi)就完成了所有的熱力過(guò)程，兩種機(jī)械各有各的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，在應(yīng)用時(shí)可以綜合考慮實(shí)際情況合理選擇機(jī)械的應(yīng)用。

第三是動(dòng)力形成的過(guò)程不同。燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生功能的基礎(chǔ)是在高溫放熱的基礎(chǔ)上，高溫放熱會(huì)釋放大量的熱量，雖然這種釋放熱量的方法效率不高，但是卻有很大提升的空間，有繼續(xù)研究和擴(kuò)大的潛力。而內(nèi)燃機(jī)就是燃料燃燒，熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的機(jī)械。從熱量釋放方式與效率來(lái)看，內(nèi)燃機(jī)的熱效率更高，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，最重要的是后期運(yùn)行維護(hù)更加便捷?；诖耍芏嗥髽I(yè)都會(huì)選擇內(nèi)燃機(jī)。

2? 內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

2.1 內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展歷程

對(duì)于動(dòng)力轉(zhuǎn)換的過(guò)程，人們起初只是利用人力、蹬車、水車等自然力，也只是應(yīng)用于人們的日常生活，并不能在工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。在18世紀(jì)以后工業(yè)發(fā)展才推動(dòng)了熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。剛開始，荷蘭的設(shè)計(jì)師只是應(yīng)用火藥在氣缸里燃燒來(lái)提升活塞，通過(guò)氣體的冷熱交換對(duì)活塞進(jìn)行上下推動(dòng)進(jìn)行做功，但是卻沒有研究出內(nèi)燃機(jī)，而是研究出了蒸汽機(jī)，進(jìn)而促成了工業(yè)革命。此后，英國(guó)人提出了利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能形成動(dòng)力，雖然提出了多種方案，但是并沒有付諸實(shí)踐。然后，法國(guó)人通過(guò)模仿蒸汽機(jī)的結(jié)構(gòu)制造了第一個(gè)煤氣機(jī)，與最初的活塞式理念不同，它是利用電點(diǎn)火的一種內(nèi)燃機(jī)，熱效率達(dá)到了4%。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，在前人發(fā)展的基礎(chǔ)上，最終在20世紀(jì)60年代后期電子控制內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生，而現(xiàn)在21世紀(jì)，已經(jīng)進(jìn)入了內(nèi)燃機(jī)電子時(shí)代。

2.2 內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

內(nèi)燃機(jī)在經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展與完善之后，內(nèi)燃機(jī)在能量密度、熱效率、燃料靈活度、市場(chǎng)占有率以及加工等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)性，而內(nèi)燃機(jī)大多應(yīng)用在汽車的運(yùn)行。車用內(nèi)燃機(jī)在未來(lái)還有很大的發(fā)展趨勢(shì)，在未來(lái)，有更高的內(nèi)燃機(jī)熱效率，在現(xiàn)有熱效率的基礎(chǔ)上不斷提升熱效率，將熱效率提升到85%，作為提高汽車內(nèi)燃機(jī)未來(lái)發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)。還有在現(xiàn)代信息化的基礎(chǔ)上，加大內(nèi)燃機(jī)與電子控制、信息化技術(shù)的有效融合，信息技術(shù)控制的效率更加精細(xì)，效率更高。還有為了響應(yīng)國(guó)家環(huán)保、節(jié)能減排的需求，在車用內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用上大幅度降低油耗和二氧化碳的排放量，研發(fā)輕型汽車的進(jìn)程正在不斷進(jìn)行中。還有未來(lái)的車用內(nèi)燃機(jī)將有害的排放物控制在一定范圍之內(nèi)，為環(huán)保事業(yè)做進(jìn)一步的貢獻(xiàn)。未來(lái)，還可以將目光放在內(nèi)燃機(jī)小型化和高增壓的技術(shù)上，目前國(guó)內(nèi)車型基本上都在采用小型增壓技術(shù)，可以最大程度降低燃油消耗率，在不同海拔高度時(shí)可以不受氣壓的影響繼續(xù)使用。同時(shí)，現(xiàn)在的智能化技術(shù)也可以融入到內(nèi)燃機(jī)的研究當(dāng)中，形成多系統(tǒng)、多參數(shù)可變控制技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)，智能技術(shù)包括可變?cè)鰤杭夹g(shù)、可變EGR技術(shù)、可變氣門定時(shí)和升程技術(shù)等等，在達(dá)到精確控制時(shí)進(jìn)一步減少人工參與程度。當(dāng)然，未來(lái)內(nèi)燃機(jī)的研究方向主要還是趨向于節(jié)能減排和環(huán)保方面，作為汽車應(yīng)用的主要?jiǎng)恿C(jī)械，內(nèi)燃機(jī)的綠色應(yīng)用性能將直接決定著我國(guó)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，清潔、高效、節(jié)能的內(nèi)燃機(jī)發(fā)展技術(shù)是我們發(fā)展研究的最終目標(biāo)。

2.3 國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距

內(nèi)燃機(jī)是各種機(jī)械類產(chǎn)品的核心設(shè)備，是機(jī)械裝備的心臟，內(nèi)燃機(jī)的質(zhì)量與應(yīng)用效率將直接影響國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展水平。我國(guó)雖然是內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)與使用大國(guó)，但是在穩(wěn)定性應(yīng)用水平上，我國(guó)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)展水平還存在一定的差距，可靠性是評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)使用效率的一個(gè)重要指標(biāo)，很明顯，我國(guó)在內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定性應(yīng)用方面還是與國(guó)際先進(jìn)水平有一定的差距，也是最大的差距。因此，國(guó)內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)主要研究方向還是在可靠穩(wěn)定性方面。

3? 內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)指標(biāo)與國(guó)產(chǎn)化分析

3.1 內(nèi)燃機(jī)總體設(shè)計(jì)指標(biāo)

內(nèi)燃機(jī)在設(shè)計(jì)研發(fā)的過(guò)程中要考慮到以下幾個(gè)指標(biāo)，只有這幾項(xiàng)指標(biāo)都合格之后才能正式投入使用，包括動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、可靠性與耐久性指標(biāo)、質(zhì)量與外形尺寸的指標(biāo)、低公害指標(biāo)和制造使用維護(hù)指標(biāo)。動(dòng)力性指標(biāo)通過(guò)計(jì)算公式能夠有效解決，影響因素主要有轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)參數(shù)和平均有效壓力。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要是指燃油、機(jī)油消耗率來(lái)判斷。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是從燃料燃燒上來(lái)評(píng)定的，在車用內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用中，燃料主要是死走和柴油，從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)，機(jī)油的價(jià)格往往要比柴油，而對(duì)于高效的內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)就是要利用最少的燃料達(dá)到最佳的效果。而在各項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，國(guó)內(nèi)最大的研究重點(diǎn)在可靠性與耐久性指標(biāo)上，這也是我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平的主要差距之處。國(guó)內(nèi)較為普遍的內(nèi)燃機(jī)在短期應(yīng)用內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，后期出現(xiàn)故障或者需要更換的零件次數(shù)過(guò)多，這樣會(huì)直接影響到內(nèi)燃機(jī)的使用壽命。而質(zhì)量較高的內(nèi)燃機(jī)在保證期內(nèi)不會(huì)發(fā)生故障或者零部件更換的情況。最后是質(zhì)量與外形尺寸指標(biāo)，由于在不同的機(jī)械類中應(yīng)用，因此，在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)大小尺寸方面，要考慮到其用處方面。車用內(nèi)燃機(jī)一般質(zhì)量和外形尺寸較小，應(yīng)用于大型工程機(jī)械和拖拉機(jī)的話內(nèi)燃機(jī)的尺寸需要加大一些。在設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，設(shè)計(jì)緊湊、質(zhì)量輕是內(nèi)燃機(jī)制造追求的目標(biāo)。

3.2 內(nèi)燃機(jī)國(guó)產(chǎn)化情況

我國(guó)內(nèi)燃機(jī)起步晚，基礎(chǔ)技術(shù)與零部件加工都是我國(guó)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的弱勢(shì)，但并不能阻擋我國(guó)企業(yè)生產(chǎn)研究?jī)?nèi)燃機(jī)的腳步。目前，我國(guó)已經(jīng)有了多家內(nèi)燃機(jī)制造企業(yè)，大多數(shù)都是在汽車銷售方面自主研發(fā)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，包括奇瑞ACTECO和SQR481F系列自主發(fā)動(dòng)機(jī)、榮威KV6、海馬HA1.6系列自主發(fā)動(dòng)機(jī)、吉利CVVT、華晨1.8T和長(zhǎng)安志翔2.0。而在其中，奇瑞自主研發(fā)的內(nèi)燃機(jī)做得最好，其次就是吉利汽車的內(nèi)燃機(jī)都有很大的發(fā)展前景。目前，我國(guó)大型汽企都研發(fā)了自主的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，各有各的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，但是在細(xì)節(jié)化處理制造水平上還是與國(guó)外技術(shù)有一定差距。在國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)上，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)可以加大相關(guān)合作力度，在施工技術(shù)、零部件材料提供方面強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，國(guó)內(nèi)對(duì)于內(nèi)燃機(jī)材料的研究也要進(jìn)行，尤其是內(nèi)燃機(jī)的氣門材料，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并將國(guó)產(chǎn)化技術(shù)推到世界技術(shù)的發(fā)展前列。

4? 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)燃機(jī)作為各種機(jī)械制造類設(shè)備的核心硬件，對(duì)機(jī)械運(yùn)行起著決定性的作用。內(nèi)燃機(jī)在經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展之后，已經(jīng)形成了目前的發(fā)展應(yīng)用狀態(tài)，在信息化背景技術(shù)下，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用更加趨向于自動(dòng)化、便捷化水平中。目前，各個(gè)國(guó)家都有專屬的內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)，我國(guó)也不例外，但是與之國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)在可靠穩(wěn)定性方面還有更大的進(jìn)步空間，也是未來(lái)內(nèi)燃機(jī)研究的主要領(lǐng)域，將國(guó)內(nèi)外制造技術(shù)水平的差距不斷縮小，進(jìn)而躋身先進(jìn)生產(chǎn)制造領(lǐng)域，是我們不斷發(fā)展與奮斗的目標(biāo)，讓更多人認(rèn)識(shí)到中國(guó)技術(shù)，而不是停留在中國(guó)制造上。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔文政，楊建國(guó).內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)中應(yīng)用納米流體強(qiáng)化傳熱研究綜述[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2020，41（02）：77-85.

[2]伍賽特.內(nèi)燃機(jī)技術(shù)管理概述[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2020，26（01）：53-56.

[3]石也言.別克威朗L3G發(fā)動(dòng)機(jī)概述及怠速不穩(wěn)故障的分析[J].汽車與駕駛維修（維修版），2019（11）：37-39.

[4]劉展鶴.重型燃?xì)廨啓C(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（09）：241-242.