2023年1月3日2時48分，被譽(yù)為“爭氣機(jī)”的首臺全國產(chǎn)化F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，在廣東華電清遠(yuǎn)華僑園燃?xì)夥植际侥茉凑静⒕W(wǎng)發(fā)電，填補(bǔ)了我國自主燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用領(lǐng)域空白。

回憶13年來的研制歷程，東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司（以下簡稱東方汽輪機(jī)）副總經(jīng)理、G50發(fā)展中心主任方宇感慨萬千——歷經(jīng)4000多個日日夜夜，工程師們從“0”到“1”不斷突破，終于啃下了重型燃?xì)廨啓C(jī)自主化這塊“硬骨頭”。

“在十級狂風(fēng)中點燃一根蠟燭”

(資料圖片僅供參考)

作為當(dāng)今世界效率最高的熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備，重型燃?xì)廨啓C(jī)被譽(yù)為裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”，是一個國家工業(yè)水平、綜合國力的重要體現(xiàn)。

2009年，位于四川德陽的東方電氣集團(tuán)經(jīng)過多方考察調(diào)研，正式立項研制重型燃機(jī)。這注定是一條布滿荊棘的科研攀登之路。東方汽輪機(jī)副總工程師趙世全曾打過一個比喻：“50兆瓦燃機(jī)點火試驗的難度，猶如在10級狂風(fēng)中點燃一根蠟燭?！?/p>

2018年6月27日，該項目的壓氣機(jī)和燃燒器聯(lián)合試驗開始?！霸诖酥埃瑑蓚€部件的獨立試驗都已經(jīng)成功開展，因此大家覺得聯(lián)合試驗會一帆風(fēng)順，都信心滿滿?！壁w世全回憶說。

然而，隨著點火指令發(fā)出，緊盯屏幕監(jiān)視參數(shù)變化的研發(fā)人員臉上喜悅的神情漸漸凝固——火沒點著。經(jīng)過各種參數(shù)調(diào)節(jié)嘗試，都不見效。反復(fù)排查之后，科研團(tuán)隊最終確定，問題出在整機(jī)優(yōu)化修改的燃料孔孔徑上。

“燃?xì)廨啓C(jī)由2萬多個零件組成，其工作壓力為18個大氣壓，相當(dāng)于海下180米深度的水壓，工作溫度超過1300攝氏度?！睎|方汽輪機(jī)G50發(fā)展中心副主任田曉晶介紹說，“作為極其復(fù)雜的能源裝備，系統(tǒng)耦合度與部件集成度超高，任何一項更改牽一發(fā)而動全身，都有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)出現(xiàn)問題。”

燃料孔孔徑問題解決后，2019年9月，研發(fā)人員認(rèn)為該裝置具備條件，準(zhǔn)備點火?？呻S著點火指令發(fā)出、燃料閥門開啟，一盆冷水又澆了下來——8個燃燒器只有1個被點著。

研發(fā)人員沒有氣餒。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試分析，9月27日，這臺重型燃?xì)廨啓C(jī)的8個燃燒器終于同時點火成功。

讓“熱聲振蕩尖叫”安靜下來

科學(xué)的大道上從來沒有坦途和捷徑，只有不避艱險、不怕困難，勇于面對挫折和失敗，才能摘取“皇冠上的明珠”。“東方汽輪機(jī)是一家以汽輪機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品的發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)，但在重型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計領(lǐng)域，很多問題從沒遇到過?！壁w世全說。

以該設(shè)備的核心部件燃燒器的工況為例，在燃燒器內(nèi)筒，高溫火焰與壓力波動“你來我往”，產(chǎn)生了一種叫作“熱聲振蕩”的現(xiàn)象。它是制約燃機(jī)研發(fā)的關(guān)鍵瓶頸，又是所有燃機(jī)研發(fā)歷程中的必經(jīng)之路。

2018年，燃燒技術(shù)團(tuán)隊在開展燃燒器部件試驗時，遇到了約3000赫茲的高頻振蕩。刺耳的聲音穿透隔音防護(hù)傳至測控室，數(shù)秒后，大家才意識到，這就是“熱聲振蕩尖叫”。窺視鏡檢查顯示，設(shè)備部件已經(jīng)受損，裂紋、碎片均有出現(xiàn)，試驗被迫停止。

面對前所未有的難題，工程師們查閱文獻(xiàn)資料，從原理入手，通過不斷嘗試匹配不同的燃料與空氣比例，控制火焰的位置與形態(tài)，進(jìn)而控制火焰與壓力波博弈的結(jié)果。經(jīng)過數(shù)天調(diào)試，終于找到了最佳燃料與空氣匹配比例，“安靜”地實現(xiàn)了預(yù)期試驗?zāi)繕?biāo)。此后，團(tuán)隊成員又更進(jìn)一步，著手研發(fā)出更精準(zhǔn)預(yù)測“尖叫聲”的計算方法以及抑制手段，支撐與推進(jìn)了整機(jī)試驗。

主機(jī)國產(chǎn)化率100%

燃?xì)廨啓C(jī)工作時，使用的高溫透平葉片需在普通金屬熔點溫度以上的條件下，以6000轉(zhuǎn)/分鐘高速旋轉(zhuǎn)，其葉頂線速度超過大型客機(jī)飛行速度的兩倍。而葉片的生產(chǎn)制造，因型線精度要求高、材料強(qiáng)度黏性大，機(jī)械切削加工難度巨大，只能采用精密鑄造成型技術(shù)。

“在葉片精鑄團(tuán)隊成立時，大家的經(jīng)驗近乎一張白紙，前期試驗壓蠟出來的陶瓷型芯碎得‘稀里嘩啦’，同時伴隨著嚴(yán)重偏心?！碧飼跃дf，由于行業(yè)內(nèi)對相關(guān)技術(shù)普遍高度保密，鮮有公開發(fā)表的文獻(xiàn)，對科研團(tuán)隊來說這又是一次從“0”開始的探索之路。

隨后，團(tuán)隊成員夜以繼日、大海撈針般地搜索查閱文獻(xiàn)，偶然間在一篇綜述里發(fā)現(xiàn)了“型芯定位”的概念，還有一張模糊的圖片。這讓長久以來一籌莫展的團(tuán)隊“靈光乍現(xiàn)”，他們結(jié)合自身產(chǎn)品實際，創(chuàng)新性地提出6點定位設(shè)計方法，并與模具供應(yīng)商合作，成功解決了之前的斷芯和嚴(yán)重偏心問題。經(jīng)過多批次生產(chǎn)驗證，不但極大地改進(jìn)了生產(chǎn)質(zhì)量，提高了效率，其成果“一種帶陶瓷型芯蠟?zāi)３尚头椒ā边€于2017年被授權(quán)國家發(fā)明專利。

方宇說，F(xiàn)級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)研制項目中，先后聯(lián)合了高校、科研院所、產(chǎn)業(yè)鏈上中下游近300家企業(yè)，共同打造安全可控、自主可靠的燃機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，最終實現(xiàn)主機(jī)國產(chǎn)化率100%。

黨的二十大報告提出，以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，集聚力量進(jìn)行原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，堅決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)。首臺國產(chǎn)F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)的成功研制，正是一個生動實踐。

來源：科技日報

責(zé)編：張妍頔

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