中國大型裝備制造集團(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，再次迎來關(guān)鍵節(jié)點。
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)試驗室里，中國工程院院士、50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行見證專家組組長陳學(xué)東正式宣布：“東方電氣自主研發(fā)國內(nèi)首臺F級50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)到滿負(fù)荷，各項運(yùn)行指標(biāo)正常，專家組見證完畢。”
滿負(fù)荷試驗是燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)環(huán)節(jié)最關(guān)鍵的驗證節(jié)點，也是電站長期運(yùn)行前的最后一項性能試驗。整機(jī)順利實現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行后，將進(jìn)入電站長期商業(yè)運(yùn)行考核，預(yù)計2021年正式投入試驗電站。重型燃?xì)廨啓C(jī)功率達(dá)到50MW，本文圖片均來自“德陽發(fā)布”東方電氣集團(tuán)黨組書記、董事長鄒磊表示，2009年，東方電氣集團(tuán)決心實現(xiàn)自主燃?xì)廨啓C(jī)從“無”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。“十年磨一劍”，幾經(jīng)坎坷、重器始成。造出自主設(shè)計、具備國際水平的重型燃?xì)廨啓C(jī)，是中國燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)追逐了六十多年的夢想。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輛保時捷911汽車的渦輪增壓發(fā)動機(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)高溫部件長期運(yùn)行在金屬熔點以上，同時高溫部件承受著極高的應(yīng)力和腐蝕環(huán)境，設(shè)計難度極大。
從1939年世界第一臺發(fā)電用重型燃?xì)廨啓C(jī)誕生以來，經(jīng)過半個多世紀(jì)技術(shù)進(jìn)步和企業(yè)重組，GE、西門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。作為行業(yè)的后來者，中國的燃?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，中國以三次“打捆招標(biāo)、市場換技術(shù)”方式引進(jìn)GE、西門子、三菱公司的F/E級重型燃?xì)廨啓C(jī)50余套，由哈汽-GE、東汽-三菱、上汽-西門子、南汽-GE四個聯(lián)合體實現(xiàn)國產(chǎn)化制造。然而，由于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計研發(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，上述中外合作項目均不涉及燃機(jī)設(shè)計研發(fā)合作。也就是說，中國企業(yè)只能采用來圖加工方式完成制造和銷售，卻無法參與聯(lián)合研發(fā)，更別說涉足利潤更為豐厚的燃機(jī)服務(wù)環(huán)節(jié)。
據(jù)四川日報2014年報道，2005年，東汽第一臺F級重型燃機(jī)試車成功，5年后，福建莆田電廠3號機(jī)組投運(yùn)，這臺由東汽制造的35萬千瓦(即350MW)燃機(jī)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。它是東汽多年來的“集大成之作”，其國產(chǎn)化率達(dá)到79%，創(chuàng)下國內(nèi)燃機(jī)國產(chǎn)化率的最高紀(jì)錄。
但這一數(shù)據(jù)，也是我國整個燃機(jī)行業(yè)的痛——79%，已是燃機(jī)行業(yè)國產(chǎn)化率的極限。“燃機(jī)里的渦輪葉片要承受超過1400℃的超高溫，國內(nèi)沒有人能做，與此類似的核心部件占了21%，被老外緊緊抓在手里。”彼時東汽負(fù)責(zé)設(shè)計研發(fā)50MW燃?xì)廨啓C(jī)的產(chǎn)品開發(fā)處處長方宇說道。
東汽決定突破國產(chǎn)化率79%的極限。為了突破燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計制造技術(shù)，在既沒有設(shè)計規(guī)范、設(shè)計程序，也沒有設(shè)計經(jīng)驗的困難條件下，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，開始踏上自主研發(fā)F級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)萬個，從設(shè)計技術(shù)到材料機(jī)械，再到試驗設(shè)施，都是一項非常龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程。據(jù)東方電氣的公開資料，其團(tuán)隊先后完成了燃機(jī)總體和部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，建成了國內(nèi)首個高壓比大流量壓氣機(jī)試驗臺、國內(nèi)首個F級燃燒器試驗臺、多個透平部件試驗臺和國內(nèi)最大功率的整機(jī)測試平臺，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，國內(nèi)首臺F級50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)點火試驗一次成功。
這個點火試驗到底有多難?東方汽輪機(jī)有限公司總經(jīng)理助理趙世全曾對此打了個比喻，“就像在十級狂風(fēng)中去點燃一根蠟燭。”
根據(jù)工作時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、F級、H級。燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣溫度越高，級別越高，熱效率也越高。國際先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)已發(fā)展到額定輸出功率400MW以上的H級，東汽自主研發(fā)為什么選50MW燃機(jī)?
“選擇這個機(jī)型，因為它‘能上能下’。”前述四川日報的報道中，方宇曾對機(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)用于船舶動力、分布式能源等諸多領(lǐng)域，市場前景廣闊。東方電氣F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)十一年研發(fā)歷程
2009年，國內(nèi)首臺自主研發(fā)50MW重型燃?xì)廨啓C(jī)研制項目啟動。
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，轉(zhuǎn)入工程施工設(shè)計。
2014年至2016年，建設(shè)完成并投用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)試驗臺、燃燒器試驗臺、涂層試驗臺以及透平高溫葉片試驗室，其中高溫部件試驗室獲批為國家重點試驗室。該系列試驗臺均為國內(nèi)首創(chuàng)，突破了缺乏燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)部件試驗平臺的瓶頸。
2014年至2017年，完成了三種壓氣機(jī)試驗，各項試驗數(shù)據(jù)與設(shè)計基本吻合，其中2017年壓氣機(jī)成功運(yùn)行到設(shè)計點，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)和試驗件制造，完成燃燒器常壓、實壓燃燒試驗，成功獲得燃燒器由點火至滿負(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、冷卻流動試驗、二次空系統(tǒng)試驗、透平葉片調(diào)頻試驗，完成50MW燃?xì)廨啓C(jī)全套透平葉片全過程實物制造，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)荷試驗臺，東方電氣形成了完整的燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)試驗平臺體系。
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)試驗系統(tǒng)連接和調(diào)試，正式進(jìn)入整機(jī)試驗階段。
2019年9月，50MW燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)空負(fù)荷試驗點火成功。
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日正式開始設(shè)計轉(zhuǎn)速下的帶負(fù)荷試驗。
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，試驗取得重大突破。
2020年11月27日，燃?xì)廨啓C(jī)順利實現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。
