攻堅(jiān)克難 持續(xù)研發(fā)
我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)現(xiàn)新的突破
投入商用！3月8日，我國(guó)首臺(tái)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)（以下簡(jiǎn)稱G50）順利通過(guò)72+24小時(shí)試運(yùn)行，正式投入商業(yè)運(yùn)行，填補(bǔ)了我國(guó)自主燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用領(lǐng)域空白。
重型燃?xì)廨啓C(jī)，是目前效率最高的熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平、綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)，研發(fā)難度不同一般?！癎50燃燒器內(nèi)的空氣以每秒60米的速度高速流動(dòng)，點(diǎn)火難度好比在10級(jí)大風(fēng)中點(diǎn)燃一根蠟燭?！睎|方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)公司全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任方宇說(shuō)。
再比如，G50的關(guān)鍵零部件——透平葉片，要滿足三個(gè)極為嚴(yán)苛的條件：一、要“忍耐”1300攝氏度的高溫，要知道，這一溫度遠(yuǎn)高于普通金屬熔點(diǎn)，常用的高溫鎳極合金材料長(zhǎng)期可耐受高溫也僅為900攝氏度左右；二、要承受18個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力，相當(dāng)于180米深水壩蓄滿水后的壩底壓力；三、以每分鐘6000轉(zhuǎn)的速度高速旋轉(zhuǎn)，葉頂?shù)木€速度超過(guò)大型客機(jī)飛行速度的兩倍?！斑@就要求研究人員將氣動(dòng)力學(xué)、固體力學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科知識(shí)在工程上應(yīng)用到極限?！狈接钫f(shuō)。
此外，G50有2萬(wàn)多個(gè)零部件，系統(tǒng)耦合度與部件集成度超高，零部件的裝配精度均要控制在0.05毫米內(nèi)。一些關(guān)鍵零部件，即使出現(xiàn)1毫米的運(yùn)行間隙偏差，也會(huì)導(dǎo)致整機(jī)失效。
“我們聯(lián)合上下游近300家單位，歷經(jīng)4000多個(gè)日日夜夜才終于啃下這塊‘硬骨頭’?！被貞?3年研制歷程，方宇感慨萬(wàn)千：2009年啟動(dòng)項(xiàng)目攻關(guān)，僅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就花了4年；首個(gè)燃燒器的試制，又用了2年；此后，團(tuán)隊(duì)還花了4年進(jìn)行部件試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)超1000個(gè)小時(shí)，報(bào)廢了8個(gè)燃燒器。
從零起步的探索實(shí)為艱辛。像透平葉片，市面上沒(méi)有企業(yè)供應(yīng)，東方汽輪機(jī)自己組建葉片精鑄團(tuán)隊(duì)。面對(duì)困難，團(tuán)隊(duì)成員夜以繼日地閱讀文獻(xiàn)、尋找方法。最終，歷經(jīng)千萬(wàn)次試驗(yàn)，探索出“一種帶陶瓷型芯蠟?zāi)３尚头椒ā保鉀Q了葉片變形、疏松、熱裂、斷芯等難題。如今，東方汽輪機(jī)的透平葉片精密鑄造中試生產(chǎn)線已具備F級(jí)50兆瓦燃機(jī)的批量化制造能力。“燃?xì)廨啓C(jī)的高溫透平葉片一般2至3年就要維修更換。這條生產(chǎn)線可為國(guó)內(nèi)正在運(yùn)行的大功率等級(jí)燃機(jī)透平葉片提供備件，再不用苦等進(jìn)口備件?！睎|方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)公司G50發(fā)展中心副主任田曉晶介紹。
研發(fā)過(guò)程中，難題經(jīng)常不期而至。2018年，燃燒技術(shù)團(tuán)隊(duì)在開(kāi)展燃燒器部件試驗(yàn)時(shí)，遇到了約3000赫茲的高頻振蕩，刺耳的聲音穿透隔音防護(hù)傳至測(cè)控室。用窺視鏡一檢查，有裂紋、有碎片，設(shè)備部件已經(jīng)受損，試驗(yàn)被迫停止?！昂髞?lái)我們才意識(shí)到，試驗(yàn)遇到了‘熱聲振蕩尖叫’。”田曉晶介紹，在燃燒器內(nèi)部，高溫火焰與壓力波動(dòng)“你來(lái)我往”，產(chǎn)生“熱聲振蕩”現(xiàn)象，一旦發(fā)生共振，就會(huì)損壞設(shè)備。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)回歸基礎(chǔ)、重頭來(lái)過(guò)。他們聯(lián)合國(guó)內(nèi)高校開(kāi)展基礎(chǔ)研發(fā)，開(kāi)展數(shù)百次部件級(jí)別試驗(yàn)……耗時(shí)2年，研發(fā)團(tuán)隊(duì)終于建立了一套完整的熱聲振蕩預(yù)測(cè)和控制方法，進(jìn)而找到了最佳的燃料與空氣匹配比例，讓“熱聲振蕩尖叫”安靜了下來(lái)。
G50研制成功背后，有研發(fā)人員的不懈努力，還有企業(yè)的持續(xù)投入?！坝腥苏f(shuō)，燃機(jī)就是‘燒錢燒出來(lái)的’?！狈接钫f(shuō)，長(zhǎng)達(dá)13年的持續(xù)研發(fā)，累計(jì)資金投入近20億元。
功夫不負(fù)有心人。如今，我國(guó)已全面攻克燃?xì)廨啓C(jī)自主研制、試驗(yàn)全過(guò)程技術(shù)，掌握了燃?xì)廨啓C(jī)核心部件與整機(jī)總體性能、總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，形成燃機(jī)設(shè)計(jì)/制造標(biāo)準(zhǔn)超1000項(xiàng)。
展望未來(lái)，東方電氣有關(guān)負(fù)責(zé)人表示：將依托首臺(tái)套重大技術(shù)裝備示范項(xiàng)目開(kāi)展長(zhǎng)期試驗(yàn)驗(yàn)證，持續(xù)優(yōu)化G50性能。同時(shí)，還將依托G50的研發(fā)能力，開(kāi)發(fā)F級(jí)15兆瓦、F級(jí)80兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)，健全我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)譜系。
