圖為東方汽輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)試驗(yàn)室。
東方電氣集團(tuán)供圖
圖為中國(guó)首臺(tái)F級(jí)五十兆瓦重型燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行見(jiàn)證儀式現(xiàn)場(chǎng)。
東方電氣集團(tuán)供圖
圖為王鐵軍(左一)與科研團(tuán)隊(duì)成員討論重型燃機(jī)高溫葉片熱障涂層理論和技術(shù)。
西安交通大學(xué)供圖
2020年11月27日,位于四川省德陽(yáng)市的東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“東方汽輪機(jī)”)燃機(jī)整機(jī)試驗(yàn)室傳來(lái)捷報(bào):中國(guó)首臺(tái)F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)順利實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行!這意味著中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功攻克重型燃機(jī)完全自主研制的關(guān)鍵瓶頸,打破國(guó)外長(zhǎng)期技術(shù)壟斷。中國(guó)有了100%純國(guó)產(chǎn)的重型燃機(jī)!
重型燃?xì)廨啓C(jī)是大型裝備的“心臟”。數(shù)十年來(lái),為解決該領(lǐng)域技術(shù)短板帶來(lái)的“心臟病”,以東方汽輪機(jī)為代表的中國(guó)企業(yè)與以西安交通大學(xué)為代表的高校科研院所聯(lián)合攻堅(jiān)克難,付出了不懈努力。多少人擇一事,干一生,無(wú)怨無(wú)悔。他們是父母,是愛(ài)人,是兒女,更是祖國(guó)的科研人員。
有一份責(zé)任與使命
盡管已過(guò)去一年多的時(shí)間,站在燃機(jī)試車(chē)臺(tái)一側(cè)的監(jiān)控室內(nèi),東方電氣集團(tuán)首席技術(shù)專(zhuān)家趙世全仍能清楚地記得那個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。
“三、二、一,點(diǎn)火!”
伴隨點(diǎn)火命令的下達(dá),重型燃機(jī)8個(gè)燃燒筒同時(shí)點(diǎn)火燃燒并穩(wěn)定運(yùn)行,標(biāo)志中國(guó)首臺(tái)自主研發(fā)的F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)成功。
“為了那一刻,我們拼了10年!”趙世全難掩激動(dòng),感慨萬(wàn)分。
重型燃?xì)廨啓C(jī)是發(fā)電和驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的核心設(shè)備,關(guān)乎能源安全和國(guó)防安全,是國(guó)家科技水平和綜合國(guó)力的象征。由于涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域、多系統(tǒng)且設(shè)計(jì)制造難度極高,其又被譽(yù)為裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。
摘取這顆明珠談何容易!長(zhǎng)期以來(lái),僅有美國(guó)、日本、德國(guó)等少數(shù)國(guó)家能夠自主研發(fā)重型燃機(jī)!拔覀?cè)谫?gòu)買(mǎi)時(shí)沒(méi)有議價(jià)權(quán),要價(jià)很高,但沒(méi)有辦法!壁w世全坦言,后續(xù)的檢修維護(hù)周期長(zhǎng),費(fèi)用高,當(dāng)時(shí)有句玩笑,買(mǎi)一臺(tái)設(shè)備就好比給外企開(kāi)一家銀行,他們可以隨時(shí)來(lái)提款。此外,一旦“斷供”,電廠就只能“癱瘓”。
為改變被動(dòng)局面,本世紀(jì)初,包括東方汽輪機(jī)在內(nèi)的中國(guó)企業(yè)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外技術(shù),雖然解決了重型燃機(jī)從無(wú)到有的問(wèn)題,但一直處于組裝型制造階段,其高溫部件設(shè)計(jì)制造和試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)仍屬空白,極大阻礙了重型燃機(jī)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展。
這是為何呢?
“只要一談到關(guān)鍵核心技術(shù)的轉(zhuǎn)讓?zhuān)瑖?guó)外企業(yè)都是一口拒絕!壁w世全說(shuō)。原來(lái),國(guó)外技術(shù)的引進(jìn)僅限于冷端部件,核心的熱端高溫部件設(shè)計(jì)制造及試驗(yàn)技術(shù)則被國(guó)外長(zhǎng)期壟斷封鎖。
關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買(mǎi)不來(lái)、討不來(lái)的,只有把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中,才能真正自立自強(qiáng)!
2009年,東方汽輪機(jī)開(kāi)始組建科研團(tuán)隊(duì),在沒(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)的條件下,毅然踏上了自主研發(fā)F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)的艱辛征程,向沖破國(guó)外關(guān)鍵核心技術(shù)封鎖發(fā)起了沖刺。
F級(jí)50兆瓦重型燃機(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,任何一項(xiàng)都是十分龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程。即便再難,當(dāng)時(shí)仍有許多工程師主動(dòng)報(bào)名,在他們眼中,這是一份責(zé)任與使命。
“幾乎是從零開(kāi)始,一路上摸爬滾打,常常是剛從一個(gè)坑起來(lái)又掉進(jìn)另一個(gè)坑!壁w世全說(shuō),沒(méi)有人能說(shuō)清這其中到底經(jīng)歷了多少失敗。如果問(wèn)大家有啥想法,每位科研人員心里只憋著一股子勁兒:再苦再累,也得造出咱中國(guó)人自己的重型燃機(jī)!受制于人的滋味不好受!
埋頭干十年磨一劍
重型燃?xì)廨啓C(jī)可分為E級(jí)、F級(jí)和H級(jí),溫度越高,技術(shù)等級(jí)越高。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),它能承受多大的高溫,決定了它有多大的能力。F級(jí)重型燃機(jī)工作溫度可達(dá)1400攝氏度左右,要保障高溫部件在金屬熔點(diǎn)以上安全穩(wěn)定工作數(shù)萬(wàn)個(gè)小時(shí)可不容易。
透平葉片正是核心高溫部件之一。對(duì)趙代銀來(lái)說(shuō),2011年具有特殊意義。這一年,他大學(xué)畢業(yè)來(lái)到東方汽輪機(jī)工作,同時(shí)也迎來(lái)了一次人生的重要選擇!肮ぷ鞑坏絻蓚(gè)月,廠里新成立的高溫部件實(shí)驗(yàn)室招人,做高溫透平葉片研發(fā)!壁w代銀說(shuō),若繼續(xù)做常規(guī)研究,會(huì)更輕松安穩(wěn);如果去研制葉片,道路肯定十分曲折。“但一想到我們還沒(méi)有能力造,而自己能夠參與進(jìn)去,這是人生幸事!”
就這樣,趙代銀下定了決心,這一干就是9年。9年里,他基本看完了所有與精密鑄造相關(guān)的文獻(xiàn)與書(shū)籍;3000多個(gè)日夜,他一門(mén)心思撲在了透平葉片的研發(fā)上。
功夫不負(fù)有心人。以趙代銀為代表的研發(fā)團(tuán)隊(duì)相繼解決了葉片變形、疏松、熱裂、斷芯等難題,還設(shè)計(jì)出國(guó)內(nèi)第一套基于六點(diǎn)定位陶瓷型芯的蠟?zāi)D>撸瑯s獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利,填補(bǔ)了該項(xiàng)技術(shù)空白。
研發(fā)重型燃機(jī)之所以難,除了研制關(guān)鍵高溫部件,還需要長(zhǎng)期試驗(yàn)結(jié)果的積累!皟H設(shè)計(jì)出來(lái)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,要對(duì)其有效性、合理性及可靠性進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證。所以我們一邊設(shè)計(jì),一邊搭建試驗(yàn)平臺(tái)!壁w世全說(shuō)。
試驗(yàn)平臺(tái)的搭建同樣在摸索中進(jìn)行!笆、改進(jìn)、調(diào)試,再失敗、再改進(jìn)、再調(diào)試……這是試驗(yàn)臺(tái)建設(shè)的常態(tài)。”田曉晶說(shuō)。作為東方汽輪機(jī)燃燒器技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的主研,她與其他成員一起向一個(gè)個(gè)難關(guān)發(fā)起挑戰(zhàn)。
有一天,燃燒器高壓試驗(yàn)突然出現(xiàn)問(wèn)題。那時(shí),整個(gè)試驗(yàn)廠房彌漫著煙氣,面對(duì)18個(gè)大氣壓下、1400攝氏度的高溫燃?xì)饣鹈珉S時(shí)會(huì)噴出的險(xiǎn)情,田曉晶沒(méi)有后退,而是緊張有序地組織意外發(fā)生后的處置工作。好在只是高溫燃?xì)饩植啃孤┮剂瞬糠滞獠抗艿,?jīng)過(guò)兩個(gè)多小時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)排查,試驗(yàn)恢復(fù)了。
“這么多年來(lái),有沒(méi)有后悔過(guò)自己的選擇?”
“當(dāng)個(gè)人價(jià)值和國(guó)家需要緊緊聯(lián)在一起時(shí),從未后悔!”
這是無(wú)數(shù)個(gè)趙代銀、田曉晶的心聲。正是有了他們的拼搏與奉獻(xiàn),東方汽輪機(jī)陸續(xù)完成重型燃機(jī)的壓氣機(jī)、燃燒器、透平葉片等核心部件及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造,建成壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、燃燒器試驗(yàn)臺(tái)、透平高溫葉片試驗(yàn)室及整機(jī)測(cè)試平臺(tái),形成了完整的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)體系。
接下來(lái)到了整機(jī)試驗(yàn)階段。在點(diǎn)火試驗(yàn)和空載荷運(yùn)行試驗(yàn)后,25%、50%、75%……負(fù)荷逐漸增加。2020年11月27日,在6位院士與專(zhuān)家組的見(jiàn)證下,F(xiàn)級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)順利實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。
滿負(fù)荷試驗(yàn)是重型燃機(jī)研發(fā)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)!笆昴ヒ粍Γ覀兛邢铝税l(fā)電裝備領(lǐng)域的一塊‘硬骨頭’!”趙世全說(shuō),與同等功率進(jìn)口燃機(jī)相比,整機(jī)制造成本、運(yùn)行與維護(hù)價(jià)格可大幅降低,檢修周期可縮短50%以上。
促進(jìn)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展
從歷史上看,科學(xué)技術(shù)的每一次突破,重大工程的每一步跨越,都是團(tuán)結(jié)協(xié)作的結(jié)果。重型燃機(jī)的自主研發(fā)同樣如此。東方汽輪機(jī)在加強(qiáng)自身實(shí)踐的同時(shí),還與西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等高校的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展全方位合作,協(xié)同攻關(guān)。
由西安交通大學(xué)副校長(zhǎng)王鐵軍率領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)便是其中一員。“卡在哪里,就突破哪里!”抱著堅(jiān)定的信念,王鐵軍團(tuán)隊(duì)在2006年聯(lián)合東方汽輪機(jī)等,承擔(dān)了重型燃機(jī)領(lǐng)域首個(gè)國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目,該項(xiàng)目在2012年又獲國(guó)家滾動(dòng)支持。
重型燃?xì)廨啓C(jī)每項(xiàng)技術(shù)突破都必須經(jīng)歷“基礎(chǔ)理論→單元技術(shù)→零部件實(shí)驗(yàn)→系統(tǒng)集成→綜合驗(yàn)證→產(chǎn)品應(yīng)用”的全過(guò)程。其中,基礎(chǔ)理論是“地基”。事實(shí)證明,基礎(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的源頭。中國(guó)面臨的很多“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題,根子是基礎(chǔ)理論研究跟不上,源頭和底層的東西沒(méi)有搞清楚。
“一不圖名,二不求利,我們就是要沉下心來(lái),集中攻克重型燃機(jī)關(guān)鍵核心技術(shù)及相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題!蓖蹊F軍說(shuō)。
高溫葉片熱障涂層是國(guó)際公認(rèn)的重型燃機(jī)制造核心技術(shù)之一。與航空發(fā)動(dòng)機(jī)相比,其工作時(shí)間更長(zhǎng),隔熱面積更大,在性能要求、微結(jié)構(gòu)、制備方法等方面也有不同。數(shù)十年來(lái),王鐵軍團(tuán)隊(duì)潛心系統(tǒng)研究了重型燃機(jī)熱障涂層強(qiáng)度理論、實(shí)驗(yàn)方法、制備技術(shù)及應(yīng)用,并取得了一系列創(chuàng)新成果。
人們可喜地發(fā)現(xiàn),基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)慢慢成型,越來(lái)越多的高校科研成果應(yīng)用到中國(guó)首臺(tái)F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)上,融入進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中,大大縮短了基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用的鏈條,促進(jìn)了中國(guó)自主重型燃機(jī)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。
“大家團(tuán)結(jié)協(xié)作、校企協(xié)同攻關(guān),是我們攻克關(guān)鍵核心技術(shù)的法寶。”王鐵軍表示,未來(lái)校企將在更高層面共謀創(chuàng)新、合作與發(fā)展,共建平臺(tái),共擔(dān)任務(wù),共闖難關(guān)!
在攻關(guān)中,王鐵軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)出版了中國(guó)第一套關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)制造的專(zhuān)著系列《先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)制造基礎(chǔ)》,還培養(yǎng)了一支優(yōu)秀的人才隊(duì)伍。
“人才的培養(yǎng)與建設(shè)非常重要。F級(jí)50兆瓦重型燃機(jī)投用后,我們會(huì)不斷優(yōu)化提升其性能,目前該領(lǐng)域的研發(fā)能力相較國(guó)外先進(jìn)企業(yè)還有較大差距!壁w世全表示,但通過(guò)自主研發(fā),企業(yè)和高校都建立起了專(zhuān)業(yè)的科研團(tuán)隊(duì),只要坐得住“冷板凳”,假以時(shí)日,我們從“跟跑”到“并跑”甚至“領(lǐng)跑”,并非沒(méi)有可能。
《人民日?qǐng)?bào)海外版》( 2021年02月26日 第 10 版)