為什么說重型燃氣輪機研制難度極大？

據(jù)了解，燃氣輪機技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、船艦和機車動力、管道增壓、發(fā)電等國防、交通、能源、環(huán)保等領(lǐng)域。重型燃氣輪機作為發(fā)電和驅(qū)動設(shè)備的核心設(shè)備，關(guān)乎國家能源安全和國防安全，是國家科技水平和綜合國力的象征，具備極高的戰(zhàn)略地位和巨大的市場前景。因為研制難度極大，被譽為裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。

2006年，西安交通大學(xué)王鐵軍教授作為項目首席科學(xué)家，組織并承擔(dān)了我國第一個重型燃氣輪機國家973計劃項目，以F級重型燃氣輪機制造為背景，重點研究高溫透平葉片的氣膜冷卻機理、熱障涂層技術(shù)、定向晶葉成形技術(shù)，以及葉片冷卻孔及榫頭的精密加工技術(shù)、大型盤式拉桿組合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)與實驗系統(tǒng)等問題，2011年項目結(jié)題獲評優(yōu)秀。

王鐵軍教授介紹，研發(fā)重型燃氣輪機之所以難度大，不僅僅是因為其高新技術(shù)密集，而且每一項技術(shù)的突破都必須經(jīng)歷“基礎(chǔ)理論單元技術(shù)零部件實驗系統(tǒng)集成綜合驗證產(chǎn)品應(yīng)用”全過程，研制過程十分復(fù)雜而漫長。以日本三菱為例，從1961年引進世界著名電工設(shè)備制造企業(yè)的美國西屋高端技術(shù)，到1984年實現(xiàn)自主研發(fā)，整整花了23年。長期以來，只有美國、日本、德國等極少數(shù)發(fā)達國家能夠自主研發(fā)重型燃氣輪機，在這之前，我國一直處于無核心技術(shù)、無驗證手段、無系統(tǒng)基礎(chǔ)研究的狀況，國外嚴(yán)格對我國進行技術(shù)封鎖。

如何突破研制過程中“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)瓶頸？

本世紀(jì)初，包括東方電氣集團在內(nèi)的我國三大發(fā)電設(shè)備企業(yè)開始引進國外技術(shù)，制造相關(guān)產(chǎn)品。但截至目前，國內(nèi)在運行的100多臺重型燃氣輪機，高溫部件等核心技術(shù)仍掌握在國外企業(yè)手中。

如何突破“卡脖子”的關(guān)鍵核心技術(shù)瓶頸？2012年王鐵軍教授團隊獲該科研國家項目滾動支持，研究面向更嚴(yán)酷服役環(huán)境的大型高溫葉片設(shè)計制造基礎(chǔ)和實驗系統(tǒng)、大型拉桿組合轉(zhuǎn)子的設(shè)計與性能退化規(guī)律，于2017年再次結(jié)題優(yōu)秀。東方電氣集團東方汽輪機有限公司全面參與了這兩個國家973項目，并主持其中4個研究課題。

2009年，東方電氣集團啟動50兆瓦重型燃機自主研發(fā)項目。項目組經(jīng)過十多年艱苦努力、校企協(xié)同創(chuàng)新，將基礎(chǔ)理論研究融入企業(yè)實踐，攻克了先進重型燃氣輪機高溫葉片的冷卻設(shè)計、定向晶成形、熱障涂層制備、精密加工等核心技術(shù)，建成高溫葉片綜合冷效實驗系統(tǒng)，初步形成了我國重燃高溫葉片制備與實驗驗證能力。同時，系統(tǒng)建立起我國先進重型燃氣輪機組合轉(zhuǎn)子的設(shè)計理論，建成重型燃氣輪機三級透平級間耦合試驗臺、全尺寸軸承試驗臺等一批重大試驗系統(tǒng)，初步形成了我國重燃拉桿組合轉(zhuǎn)子的制造與實驗驗證能力，實現(xiàn)我國先進重型燃氣輪機自主研發(fā)“零”的突破，并出版我國第一套關(guān)于燃氣輪機制造的系列專著。

2019年5月，F(xiàn)級50兆瓦重型燃氣輪機的氣缸、轉(zhuǎn)子、燃燒器、透平葉片等關(guān)鍵部件在東汽公司全部加工完成；6月18日，原型機完成蓋缸；7月29日，原型機測點安裝完成；8月22日，原型機整機試驗系統(tǒng)調(diào)試完成。

9月27日上午，我國首臺重型燃氣輪機整機點火試驗，在東汽公司燃機試車臺正式進行。隨著點火令發(fā)出，重型燃氣輪機8個燃燒筒同時點火燃燒并穩(wěn)定運行，點火試驗一次成功！這充分證明了我國初步建立起燃氣輪機自主研發(fā)設(shè)計體系，實現(xiàn)了我國首次在重型燃機整機和關(guān)鍵部件設(shè)計、高溫部件制造以及試驗驗證技術(shù)的全面突破。

據(jù)悉，2020年該項目完成優(yōu)化設(shè)計和完善驗證，2021年投入試驗電站運行，進入商用。

（陜西科技報）