中國(guó)大型裝備制造集團(tuán)“十年磨一劍”，從“一張白紙”起步的重型燃?xì)廨啓C(jī)自主研制征程，再次迎來(lái)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
11月27日，在東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司（下稱東汽）燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)試驗(yàn)室里，中國(guó)工程院院士、50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行見(jiàn)證專家組組長(zhǎng)陳學(xué)東正式宣布：“東方電氣自主研發(fā)國(guó)內(nèi)首臺(tái)F級(jí)50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)到滿負(fù)荷，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)正常，專家組見(jiàn)證完畢�！�
滿負(fù)荷試驗(yàn)是燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)環(huán)節(jié)最關(guān)鍵的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)，也是電站長(zhǎng)期運(yùn)行前的最后一項(xiàng)性能試驗(yàn)。整機(jī)順利實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行后，將進(jìn)入電站長(zhǎng)期商業(yè)運(yùn)行考核，預(yù)計(jì)2021年正式投入試驗(yàn)電站。
重型燃?xì)廨啓C(jī)功率達(dá)到50MW，本文圖片均來(lái)自“德陽(yáng)發(fā)布”
東方電氣集團(tuán)黨組書(shū)記、董事長(zhǎng)鄒磊表示，2009年，東方電氣集團(tuán)決心實(shí)現(xiàn)自主燃?xì)廨啓C(jī)從“無(wú)”到“有”的重大突破，踏上50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)的自主研發(fā)之路�！笆昴ヒ粍Α�，幾經(jīng)坎坷、重器始成。
造出自主設(shè)計(jì)、具備國(guó)際水平的重型燃?xì)廨啓C(jī)，是中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)追逐了六十多年的夢(mèng)想。超大型燃?xì)廨啓C(jī)被公認(rèn)為世界上最難造的機(jī)械裝備，將其譽(yù)作“制造業(yè)皇冠上的明珠”，毫不夸張。
以目前全球最大的燃?xì)廨啓C(jī)為例，其重量相當(dāng)于一架加滿油的空客A380，出力相當(dāng)于1200輛保時(shí)捷911汽車(chē)的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，但核心部件的精度誤差卻最多僅為幾十微米。燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件長(zhǎng)期運(yùn)行在金屬熔點(diǎn)以上，同時(shí)高溫部件承受著極高的應(yīng)力和腐蝕環(huán)境，設(shè)計(jì)難度極大。
從1939年世界第一臺(tái)發(fā)電用重型燃?xì)廨啓C(jī)誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)技術(shù)進(jìn)步和企業(yè)重組，GE、西門(mén)子和三菱公司各自形成了完整的技術(shù)體系和產(chǎn)品系列并壟斷了全球市場(chǎng)。作為行業(yè)的后來(lái)者，中國(guó)的燃?xì)廨啓C(jī)自主化之路可謂荊棘遍布：受制于缺乏核心技術(shù)，燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展一路起起落落。
2001年至2007年六年間，中國(guó)以三次“打捆招標(biāo)、市場(chǎng)換技術(shù)”方式引進(jìn)GE、西門(mén)子、三菱公司的F/E級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)50余套，由哈汽-GE、東汽-三菱、上汽-西門(mén)子、南汽-GE四個(gè)聯(lián)合體實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化制造。然而，由于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)的高精度高難度及外企技術(shù)封鎖等原因，十余年的“市場(chǎng)換技術(shù)”并未讓中方如愿掌握核心技術(shù)。據(jù)澎湃新聞（www.thepaper.cn）了解，上述中外合作項(xiàng)目均不涉及燃機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)合作。也就是說(shuō)，中國(guó)企業(yè)只能采用來(lái)圖加工方式完成制造和銷(xiāo)售，卻無(wú)法參與聯(lián)合研發(fā)，更別說(shuō)涉足利潤(rùn)更為豐厚的燃機(jī)服務(wù)環(huán)節(jié)。
據(jù)四川日?qǐng)?bào)2014年報(bào)道，2005年，東汽第一臺(tái)F級(jí)重型燃機(jī)試車(chē)成功，5年后，福建莆田電廠3號(hào)機(jī)組投運(yùn)，這臺(tái)由東汽制造的35萬(wàn)千瓦（即350MW）燃機(jī)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。它是東汽多年來(lái)的“集大成之作”，其國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到79%，創(chuàng)下國(guó)內(nèi)燃機(jī)國(guó)產(chǎn)化率的最高紀(jì)錄。
但這一數(shù)據(jù)，也是我國(guó)整個(gè)燃機(jī)行業(yè)的痛——79%，已是燃機(jī)行業(yè)國(guó)產(chǎn)化率的極限�！叭紮C(jī)里的渦輪葉片要承受超過(guò)1400℃的超高溫，國(guó)內(nèi)沒(méi)有人能做，與此類(lèi)似的核心部件占了21%，被老外緊緊抓在手里�！北藭r(shí)東汽負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)研發(fā)50MW燃?xì)廨啓C(jī)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)處處長(zhǎng)方宇說(shuō)道。
東汽決定突破國(guó)產(chǎn)化率79%的極限。為了突破燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，在既沒(méi)有設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)程序，也沒(méi)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的困難條件下，2009年起，東方電氣集團(tuán)匯聚科研資源，在所屬企業(yè)東方汽輪機(jī)組建科研團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始踏上自主研發(fā)F級(jí)50MW兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)的艱辛征程。
50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)的零部件多達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)，從設(shè)計(jì)技術(shù)到材料機(jī)械，再到試驗(yàn)設(shè)施，都是一項(xiàng)非常龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程。據(jù)東方電氣的公開(kāi)資料，其團(tuán)隊(duì)先后完成了燃機(jī)總體和部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)高壓比大流量壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、國(guó)內(nèi)首個(gè)F級(jí)燃燒器試驗(yàn)臺(tái)、多個(gè)透平部件試驗(yàn)臺(tái)和國(guó)內(nèi)最大功率的整機(jī)測(cè)試平臺(tái)，并成功攻克高溫透平葉片毛坯制造難關(guān)。2019年9月27日，自主研發(fā)初戰(zhàn)告捷，國(guó)內(nèi)首臺(tái)F級(jí)50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)一次成功。
這個(gè)點(diǎn)火試驗(yàn)到底有多難？東方汽輪機(jī)有限公司總經(jīng)理助理趙世全曾對(duì)此打了個(gè)比喻，“就像在十級(jí)狂風(fēng)中去點(diǎn)燃一根蠟燭�！�
根據(jù)工作時(shí)燃燒溫度的高低和機(jī)組功率大小，目前主流重型燃?xì)廨啓C(jī)分為E級(jí)、F級(jí)、H級(jí)。燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣溫度越高，級(jí)別越高，熱效率也越高。國(guó)際先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)已發(fā)展到額定輸出功率400MW以上的H級(jí)，東汽自主研發(fā)為什么選50MW燃機(jī)？
“選擇這個(gè)機(jī)型，因?yàn)樗苌夏芟隆！鼻笆鏊拇ㄈ請(qǐng)?bào)的報(bào)道中，方宇曾對(duì)機(jī)型選擇予以回應(yīng)，50MW燃機(jī)的渦輪葉片、燃燒室等關(guān)鍵技術(shù)基本與更大功率的燃機(jī)處于同一級(jí)別，研發(fā)成功后，“向上走”可以生產(chǎn)大功率燃機(jī)，并不存在技術(shù)屏障。而“向下走”可以造體量較小的燃機(jī)，廣泛運(yùn)用于船舶動(dòng)力、分布式能源等諸多領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。
東方電氣F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)十一年研發(fā)歷程
2009年，國(guó)內(nèi)首臺(tái)自主研發(fā)50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)研制項(xiàng)目啟動(dòng)。
2009年至2013年，完成總體、壓氣機(jī)、燃燒器和透平的研發(fā)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)入工程施工設(shè)計(jì)。
2014年至2016年，建設(shè)完成并投用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、燃燒器試驗(yàn)臺(tái)、涂層試驗(yàn)臺(tái)以及透平高溫葉片試驗(yàn)室，其中高溫部件試驗(yàn)室獲批為國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室。該系列試驗(yàn)臺(tái)均為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，突破了缺乏燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)部件試驗(yàn)平臺(tái)的瓶頸。
2014年至2017年，完成了三種壓氣機(jī)試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)基本吻合，其中2017年壓氣機(jī)成功運(yùn)行到設(shè)計(jì)點(diǎn)，50MW燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)部件研發(fā)成功。
2015年至2019年，完成核心高溫部件燃燒器制造工藝研發(fā)和試驗(yàn)件制造，完成燃燒器常壓、實(shí)壓燃燒試驗(yàn)，成功獲得燃燒器由點(diǎn)火至滿負(fù)荷燃料和空氣運(yùn)行曲線，50MW燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器部件研發(fā)成功；完成透平葉片鑄造、加工、噴涂工藝技術(shù)研發(fā)，完成透平冷效試驗(yàn)、冷卻流動(dòng)試驗(yàn)、二次空系統(tǒng)試驗(yàn)、透平葉片調(diào)頻試驗(yàn)，完成50MW燃?xì)廨啓C(jī)全套透平葉片全過(guò)程實(shí)物制造，50MW燃?xì)廨啓C(jī)高溫透平葉片研發(fā)成功。
2017年至2019年，建設(shè)完成燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)空負(fù)荷和滿負(fù)荷試驗(yàn)臺(tái)，東方電氣形成了完整的燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)體系。
2016年至2019年，先后完成50MW燃?xì)廨啓C(jī)原型機(jī)制造、總裝、整機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)連接和調(diào)試，正式進(jìn)入整機(jī)試驗(yàn)階段。
2019年9月，50MW燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)空負(fù)荷試驗(yàn)點(diǎn)火成功。
2020年，東方電氣集團(tuán)加快推進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)進(jìn)程。5月12日正式開(kāi)始設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下的帶負(fù)荷試驗(yàn)。
2020年6月22日達(dá)到25%負(fù)荷。
2020年8月10日達(dá)到50%負(fù)荷。
2020年9月9日達(dá)到75%負(fù)荷。
2020年9月22日燃?xì)廨啓C(jī)首次運(yùn)行至100%負(fù)荷，試驗(yàn)取得重大突破。
2020年11月27日，燃?xì)廨啓C(jī)順利實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。
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