為什麼燃氣輪機這種大型機械會對加工精度有如此高的要求？
01-03
此前看到一些問答提到燃氣輪機的加工精度等級非常高。對於一個工程科學完全的外行來說，我想問，為什麼這麼大型的機械反而對精度有如此高的要求？會對哪些性能指標產生決定性的影響？
要滿足高性能，高功率密度，長壽命必須要高精度，燃氣輪機的工作場合通常是這樣的，在這種狀態下，四衝程內燃機的精度也不低，比如F1賽車。
實際上燃氣輪機的結構是很簡單的，就是導向葉片，透平葉片和渦輪盤構成的轉子，精度不高轉速低一些也能正常運行。只不過先說振動。燃氣輪機這麼大的轉子，因為製造和動平衡時的不可避免的誤差，和軸因自重而產生的變形，導致質心偏離軸線，而其往往工作在高速下，所以必然會產生高頻的大振幅的振動。而振動直接影響的是轉子轉速和軸承壽命。 我們再來看看這類燃氣輪機的使用環境：LM-2500，ATG-1500，答主可以百度搜索一下這兩種燃氣輪機，前者為船用機，後者為車用機。具體發電廠用來應急的西門子超大功率燃氣輪機我並不太了解。 繼續說振動。振動會導致什麼呢？不僅僅是雜訊（這往往是小的方面，畢竟一般來說燃氣輪機的雜訊蓋不住），更重要的是額定轉速下降和整機壽命縮短。額定轉速下降直觀理解就是控制和減輕振動對外界環境和機體壽命的影響，然而更大的問題在於功率密度的下降。工程中使用燃氣輪機的場合，往往是追求動力機械功率質量密度或體積密度的場合，如若不然，工程肯定選擇成熟便宜的往複活塞發動機。然而許多工程對功率密度提出了非常高的要求，這就要求使用的燃氣輪機具有高性能。 再說壽命。以軸承為例，轉子的振動全部由軸承傳導和吸收，並且由於軸承轉速與轉子相同，因此導致被破壞的位置也相對嚴重（轉子只對軸承上一到幾個相位處振動，反覆多次發生破壞）。燃氣輪機軸承本來就工作在高溫高壓的惡劣環境，相對來說極易受到破壞，因此製造相對不夠精密的燃氣輪機的大修期都比較短。燃氣輪機恰恰又是設計高度整體化的設備，這是其對能量密度的追求和高轉速對穩定性的要求決定的，因此其拆機和組裝非常費時，換軸承之類的工作一般都是全拆（似乎是），而且拆卸和組裝燃氣輪機又需要技術極高的工程技師來完成，以便保證其質量和工作能力。因此拆卸越少越好。對於LM-2500和ATG-1500這樣的軍用品來說壽命和可靠性則更為重要（世界進入涉及全人類的大規模消耗戰時則另說，那是對壽命和可靠性一般沒要求的）。對於補充發電的燃氣輪機來說，一次大修啟停需要若干小時甚至若干天，對民生的影響過於大了。再說葉片。葉片在高溫高壓下受到高溫工質的巨大推力和高速旋轉下的離心作用，無論是從物理環境還是力學狀態來講都極易受到破壞。比如葉片高速飛出，破壞設備傷害人命不可避免，而且一片葉片飛出，動不平衡就瞬間加劇，基本上整機就都毀了。要做到所有葉片熱膨脹和受離心作用伸長的差內距極小，否則告訴下偏心越來越嚴重。再說燃燒室。燃燒學這東西人類也是現在都沒研究明白。但人類至今明白一點，高溫熱源和低溫熱源溫差越大，熱機理論熱效率上限越高。這叫卡諾定理。因此人類費勁千辛萬苦提高燃氣輪機最熱部分——核心機的溫度。而高溫能提高到多高，則是冶金學材料學的任務，足夠優秀的材料才能生產燃氣輪機。美國人的核心機可以做到1700K，為全世界最高，因此他們可以輕易地生產出涵道比較小但推重比過10的渦扇噴氣發動機。燃氣輪機內流場也是極其複雜，需要超級計算機進行模擬，同樣不容差錯。背景相關：我真不是學內燃機的，大學都沒畢業。
博士研究方向為軸承轉子系統，雖然偏向高速輕載，但是大型燃機基本是一個重載的軸承轉子系統，結合自己研究方向回答一下先列個大綱，隨時修改最近在做動壓氣體軸承的非線性不平衡響應分析，寫論文之餘來放鬆下非線性的寫完了，要做熱計算分析了，同時在做轉子動力學測試簡單定義：燃氣輪機是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。
從我的研究方向來看，其軸承轉子系統包含以下幾個關鍵部件：軸承，密封，主軸，壓氣機，渦輪等。下面逐一分析。
- 軸承：一般是滑動軸承，其本身就是精密部件。滑動軸承中軸和軸承的間隙一般在100微米到200微米之間。（有待展開補充）
- 密封：在大型燃機中，密封是極其重要的部件，其精度要求和軸承類似。在轉子動力學中一般也將其對系統的影響按軸承處理。（有待展開補充）
- 主軸：即轉子。主軸及軸上質量的偏心對轉子動力學影響極大。動平衡不好的轉子容易引起軸系的失穩。（有待展開補充）
- 壓氣機，渦輪：工作環境惡劣，加工精度要求高。（有待展開補充）
跟大小沒有必然聯繫，主要是燃機工作轉速高，在高速下整個軸系的平衡直接影響機組的安全運行。
前一陣看了一個問題，大概是說中國機械工業為什麼和國外差距那麼大。
答案說是造不好一顆螺釘，就造不好一台機床，造不好一台機床，就造不好一個零部件，造不好一個零部件，就造不好一台機械設備。
燃氣輪機是大型設備，但並不代表它結構原理簡單，小問題往往會累加成大問題。
不是專業工程師，但是道理還是明白的。專業的都是樓上諸位了！看了評論講的都比較深入，簡單些理解：重型燃氣輪機運行轉速為3000r/min，燃燒室出口溫度大約1400℃，如此高的轉速及溫度對於結構精度要求必須很高.況且從流場設計等角度考慮，提高機組運行效率，必須確保設計數據製造的精度
對汽輪機不是很了解，可能答案不是很對題，見諒。
大型機械並不代表加工精度不高，反而越是大型的機械對加工精度的要求都很高。首先，對性能和壽命的要求，使得裝配精度要求很高，要想有很高的裝配精度，首先就要求零部件的加工精度，這也是國產和進口機械區別很大的一個地方，機械的原理都不難，難的是能達到同樣加工精度的工藝。其次，是價格的要求，像百萬級的汽輪機上億的價格，要是因為加工精度的問題用個一年半載就報廢，那客戶打死你都不會解氣。還有其他方面原因，暫時沒想好怎麼說。剛進行業不久，見解有限，希望大家批評指正，謝謝！題主可能誤會了，決定加工精度的是零件的重要程度，而不是零件的大小。換句話說，零件大不一定不重要，零件小未必很重要。燃氣輪機是核心部件，當然需要較高的精度。
因為FAT里有很重要的:轉子動平衡。
燃氣輪機的工作原理註定了必須精度高才能有足夠好的動平衡，必須精度高才能有更好的能效。然而它的加工精度沒有航空發動機高。
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