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[川报观察]十年“备胎”,即将转正!了不起的G50

时间:2019-09-27    来源:川报观察    点击次数:0     字体:【大】 【中】 【小】    打印本页

      川报观察记者 朱雪黎 余如波 /文  何海洋/图、视频


      今年上半年,电子信息领域,华为海思十年“备胎”,一夜转正的消息,感动并激励了无数国人。

       今天,我们也要为你讲诉一个在能源装备领域,为国争“气”的“备胎”故事。它的名字叫——G50。

      正视差距,迎头追赶

      G50,是东方电气集团对国内首台自主研发F级50MW(兆瓦)重型燃气轮机的一个内部代号。
      事实上,从目前市场来看,无论从级别还是功率来看,它都不算了不起。
      F级重型燃气轮机工作温度1300℃(摄氏度)以上。目前,美国通用电气(GE)、日本三菱(Mitsubishi)、西门子等国外企业已在生产工作温度接近1700℃的H级。
      但对我国而言,G50又确实很了不起。
      国外曾有人评价燃气轮机是人类除了基因工程以外最复杂的工程。本世纪初,包括东方电气集团在内的我国三大发电设备企业开始引进国外技术,制造相关产品。但截至目前,国内在运行的100多台重型燃气轮机,高温部件等核心技术仍均掌握在国外企业手中。
       “我国还没有完全自主研发的重型燃气轮机投用,这也是我国发电装备领域国产化的最后一块‘硬骨头’。“东汽副总工程师、G50发展中心副总设计师杨功显说。经过近几十年发展,在水电、火电,甚至核电、风电等多领域,我国都逐渐从跟跑,逐渐成长为并跑,甚至局部领跑。但遗憾的是,在被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”的重型燃气轮机领域,我们依旧是“学生”,还落后国外先进水平。因此,它也被称作是我国发电装备领域国产化的最后一块“硬骨头”,最后一块高地。

       打造“备胎”,为国争"气"

       2009年,东汽开始组建科研团队,启动F级50MW重型燃气轮机,很大程度上,就是希望能正视差距、迎头追赶,期待为国争“气”。
       还有一个非常现实的原因,就是希望能给目前国内大量在运的重型燃机轮机,打造高温核心关键部件的“备胎”。
       东汽总经理助理赵世全全程参与了该项目的研发。他介绍,本世纪初,国家大力引进重型燃气轮机项目,东汽与三菱合作。目前,已生产了70多台300MW以上的重型燃气轮机。但虽然国产率已达到80%以上,但最核心的那近20%依然只能依靠进口。“最核心的主要是压气机、燃烧室、高温透平这‘三大件’。”
       “以前引进重型燃气轮机,只要一谈到技术转让,国外企业都是一口拒绝。”赵世全说,这些就是“要不来、买不来、讨不来”的关键核心技术。
       同时,目前燃气轮机最高工作温度已接近1700℃,“三大件”依靠材料、冷却技术、涂层等得以长期运行在金属熔点以上,但寿命有限。“基本一台重型燃气轮机,运行3万至5万小时,就需要更换一轮部件。”方宇说。而这些核心关键技术掌握在国外企业手中,不仅贵,还充满变数。
       “目前,国内投入运行的F级重型燃机已逾百台。”方宇说,如果采购费用是1,后期运维费用就是2,“买得起,用不起”不是开玩笑。
       技术更关系到能源安全。燃气轮机核心部件都有设计寿命,一旦达到就得更换备品备件。如果因为某些原因“买不到”,电厂就只能瘫痪下来。

       功在当下,更在未来

       突破“卡脖子”技术,自主研发势在必行。十年走来,更是一路跌跌撞撞。
       东汽副总工程师杨功显表示,燃气轮机是人类目前能制造的最复杂的机器之一,涉及20多个不同的学科。
       “过去我们没有搞过,设计规范、工艺、程序一无所有。”赵世全直言。
       举个简单的例子:整台F级50MW重型燃机,光是零部件就多达数万个,从设计技术到材料机械,再到试验设施,都是非常庞大复杂的系统工程。
       该燃机燃气温度超过1300摄氏度,高温部件长期运行在金属熔点以上。同时每分钟旋转6000转,承受着极高的应力和腐蚀环境,对材料、涂层和加工精度要求极高。“等于是在悬崖边上做设计,稍有闪失就可能损坏机组。”方宇说。
       即使目前已从原型机制造转向整机试验,但前路也并不平坦。“但我们不畏惧,东汽有不服输的精神,面对困难往往能团结一心,迸发出更强大的力量。”G50发展中心党支部书记兼副主任胡战利说。
      上世纪70-80年代,在没有财政拨款的条件下,东汽自筹资金,依靠制造菜刀、沼气提粪机等产品求生产、筹资金启动设计研制30万千瓦蒸汽轮机,用于火电机组。历时11年,终于在1983年研制出首台30万千瓦火电机组,并在厂内试车。这台机组也成为东汽成长路上一个重要的里程碑,当时积累的人才队伍,也为日后的发展打下了坚实的基础。在东方电气集团内部,大家一直将其称为“争气机”。
       “G50,就是东汽新时代的‘争气机’。”胡战利说。点火现场,类似的标语也随处可见。
       “商品化是我们的目标,但经济效益并不是唯一的追求。

       十年研发历程——

       2009年,国内首台自主研发50MW重型燃气轮机研制项目启动;
       2009年至2013年,完成总体、压气机、燃烧器和透平的研发设计,转入工程施工设计;
       2014年至2016年,建设完成并投用燃气轮机压气机试验台、燃烧器试验台、涂层试验台以及透平高温叶片试验室,其中高温部件试验室获批为国家重点试验室。该系列试验台均为国内首创,突破了缺乏燃气轮机研发部件试验平台的瓶颈;
       2014年至2017年,完成了三种压气机试验,各项试验数据与设计基本吻合,其中2017年压气机成功运行到设计点,50MW燃气轮机压气机部件研发成功;
       2015年至2019年,完成核心高温部件燃烧器制造工艺研发和试验件制造,完成燃烧器常压、实压燃烧试验,成功获得燃烧器由点火至满负荷燃料和空气运行曲线,50MW燃气轮机燃烧器部件研发成功;完成透平叶片铸造、加工、喷涂工艺技术研发,完成透平冷效试验、冷却流动试验、二次空系统试验、透平叶片调频试验, 完成50MW燃气轮机全套透平叶片全过程实物制造,50MW燃气轮机高温透平叶片研发成功;
       2017年至2019年,建设完成燃气轮机整机空负荷和满负荷试验台,东方电气形成了完整的燃气轮机研发试验平台体系。
       2016年至2019年,先后完成50MW燃气轮机原型机制造、总装、整机试验系统连接和调试,正式进入整机试验阶段;
       2019年9月,50MW燃气轮机整机空负荷试验点火成功,目前正在按计划进行整机试验。