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重大突破!中国打破英美七十年垄断,自主研发出F级重型燃气轮机

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-05-18  浏览次数:2655
核心提示:重型燃气轮机听起来可能会有人认为和蒸汽机差不多。其实不然,这项技术很早之前都已经开始被应用,但是直到现在我们才敢说完全突

重型燃气轮机这项技术很早之前都已经开始被应用,但是直到现在我们才敢说完全突破。因为在此之前,我们国家被技术封锁了将近七十多年,尽管从建国以后我们就开始奋力追赶,但是因为它所涉及的领域太多,加上制造的难度极大,并且所需要的供应链也是超乎想象的长,所以一直都没有实质性的进展。

它可以说是迄今为止效率最高的热功转换类设备,也因为如此,将来在很长一段时间里,它都会是各国重点研究的对象。因为他在发电领域和驱动领域都极为重要,比如航母和重型货轮上,还有就是发电站和天然气的远程运输增压方面,都是它大展身手的地方。不过因为它的工作环境比较恶劣,加上体积也很大,所以对设计的要求也就极高,需要多个领域的企业和研发部门齐心协力才能完成研制搭配和组装。可以说,能否制造出重型燃气轮机,是一个国家的工业体系是否完善的重要标准。也因此一直被誉为是制造业皇冠上的明珠。



在此之前,全世界范围内只有四个国家能制造出来,那就是美国、英国、俄罗斯和乌克兰。俄罗斯和乌克兰的关系不用小编的多说,英美两国因为这方面的技术可没少卡我们脖子,因为他们从一百多年前就开始研究了,所以积累了不少的相关经验,目前依旧掌握着最先进的技术。我国虽然起步晚,但是又不能放弃这方面的发展,经过多年的卧薪尝胆,才终于研制出自己的重型燃气轮机。



 在此之前,国内的第一台重型燃气轮机代号为R0110,是我国的“十五计划”的重点项目。一般来说国外研制一台重型燃机往往需要8至10年,而中航工业黎明只用了5年就实现了整机点火成功。国外研制一台需要几十亿美元的研究经费,而我国的黎明公司只用了6亿多人民币。在我们研究出来之前曾有外国专家断言:“用这样短的时间和如此少的资金下,想要研制一台重型燃气轮机简直是天方夜谭。”而中航工业黎明却用最短的时间,把这个不可能变成了可能,创造了国内制造业的奇迹。



 从当初只能高价进口,直到如今我们研制出了全世界范围内都属于顶尖的F级的五十兆瓦级重型燃气轮机。其中的苦辣酸甜只有我们自己知道,因为我们需要发展但是又没有相关技术,那些西方资本主义国家是既想赚我们的钱又不可能分享给我们技术,于是就把一些周边的技术高价转让给我们,核心技术留在及他们本土工厂里。然后让我们当做加工厂,帮他们制造出各种零件,然后拉回他们那里,组装一下就翻几倍的价格再出售给我们,然而还是技术过时的产品。

 不仅如此,这些西方公司还让我们的工厂企业交钱买他们所谓的制造资格证,这也意味着每年要收取一大笔的费用,光是这样也就算了,设备总是会出问题的吧?一旦出一点的问题,其维修和装备环境都需要他们说了算,我们只能在一边看,并且他们的态度极为高傲。零件只能从他们国家买。还经常要求一大堆,拿了钱还不好好干活,真的是让人十分生气又毫无办法。可能有人就会说了,我们花钱买的东西还不能自己拆了看看吗?



 对不起,不行。因为在初期的合同里就已经写了,不能违约,一旦违约将会我们将要面对的是天价的违约金。而且有些机器连使用方式都不给我们说,我们想用的话,还需要雇佣他们的所谓的技术人员来才行。其实就是看着我们,这气谁能受得了?但是没办法,不接受就不卖给我们,表面上一台重型燃气轮机的大部分部件都是国产,但是最重要的核心部件和技术却不在我们手里。这部分一旦维修或者更换那都是天文数字,真是便宜了那帮西方企业了。不过毕竟是人家研究出来的技术,我们想打破困境的话,只能想办法自己研究技术。但是大国重器这四个字可不是随随便便叫的,这个东西能作为舰船和火车以及大型电站的动力心脏,所需要的技术难度也是极高的。因为燃气轮机的高温部件所处工作环境温度要远远高于金属熔点以上,同时它的高温部件还要承受着极高的应力和腐蚀环境,因此单单材料这一关就够我们头疼了。



除此之外,重型燃气轮机的工作环境也极为地恶劣,因为它的工作原理就是通过燃料的燃烧,让气体作为工质流动起来,然后推动叶轮高速旋转从而发电,而且燃料一般都需要加满,这样才能多燃烧。而这些滚烫的空气也需要经过降温才能排出,要知道这个温度最高能到两千度,没有金属能承受得住!加上高温的作用下,用来排气的叶轮转速将变得极为恐怖,甚至一分钟就能达到一万五千转!加上这么高的离心率,一旦出现任何杂物或者叶轮产生一丝裂缝或者变形,都将发生严重的爆炸事故。



 所以一个重型燃气轮机的设计将会设计多个方面,包括材料学、结构力学、空气动力、转子力学和流体力学等诸多学科。每个学科的专家都需要互相协作,经过长时间的磨合和测试,才能拿出一个合格的技术方案,最终还要经过多轮测试才能付诸实施。一台燃气轮机由上万个部件组成,而一个在燃烧室点火的难度,可以说不亚于在十级的飓风中点燃一根蜡烛,还要能够保持稳定的燃烧。这就对燃烧室的设计和点火装置有着极高的要求。

 决了这一难题接下来就是高温叶片的问题了。而我们制作的这个F级重型燃气轮机,它的工作温度可达1300摄氏度以上。如何让叶片在金属熔点以上安全稳定工作,也是一项研发难题。为了能够解决这个难题,我们的科研人员把高温叶片设计成了空心结构,当叶片高速旋转时,空气可以进入叶片内部,从而形成对流冷却,而陶瓷型芯就是形成这种内腔结构的关键工艺部件。它是由特殊陶瓷材料制成,所能耐受的温度超过2000摄氏度,为了满足一千三百多摄氏度的工作温度,还要在它的叶片表面喷涂上特殊的陶瓷涂层,这个喷枪喷出的焰流温度甚至超过3000摄氏度。这些陶瓷粉末在熔化后就可以均匀地沉积在叶片表面,从而形成热障涂层。正是这些特殊的材料,才足以让这些高温叶片可以在高温下正常工作。重型燃气轮机的透平叶片每隔八到十年就需要更换,单单是更换和服务费用,如果从国外购买的话,就相当于购买一台新的燃气轮机了。

 一直以来,这些高温部件只能花费大量资金从国外购买,可想而知之前我们在这方面花了多少钱。又让那些西方国家赚了多少?但是现在情况不一样了,今天的中国已经具备了从制作到浇铸成型的一整套核心技术,足以说明中国已经具备重型燃气轮机的自主研发能力。

 值得一提的是,在这个项目的研发团队里面有这样的一个队伍,这是一个平均年龄只有三四十岁的年轻团队。他们充满了朝气和信仰,尽管我们起步晚,没有什么可以参考的积累和经验。但是这群年轻人却充满信心,在段方苗博士的带领下,仅仅只用三年就攻克了这个项目的核心难题。在这个50兆瓦的重型燃气轮机研究成功后,他们已经开始攻克300兆瓦级的燃气轮机项目。并且取得了不错的进展,我们在这领域将不用再看别人脸色。



 
 
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