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重型燃气轮机的叶片之殇:核心技术中国受制于人

2018-05-16 10:51:18来源:中国青年网 热度:分享:

作者:瞿剑

是什么卡了我们的脖子――

“命门火衰”,重型燃气轮机的叶片之殇

重型燃气轮机(以下简称重燃),名副其实的大国重器。作为迄今为止热/功转换效率最高的动力机械,广泛应用于机械驱动(如舰船、火车)和大型电站。我国现已具备轻型燃机(功率5万千瓦以下)自主化能力;但重燃(功率5万千瓦以上)仍基本依赖引进。据悉,重燃发电机组目前占全国发电装机总量的3%左右,虽不是一大块,却是不可或缺的一块――启停快捷、热效率更高、污染更少的燃机机组,作为大电网调峰容量的最佳选择,在国家能源安全中扮演着无可替代的全局性角色。没有自主化能力,意味着我国能源安全的重要一环,仍然受制于人,存在被“卡脖子”的风险。

极致技术:对质量和性能近乎变态的追求

把熔化的液态金属浇入模具,等它凝固;在显微镜下看其金相,会呈现形似“干裂农田”状的缝隙,专业术语称之为“晶界”。

“晶界是金属的薄弱环节。”国家科技重大专项“重型燃气轮机”技术负责人表示。为提高金属材料在高温下的强度,就要想办法消除晶界。

这是一个极其复杂、漫长的过程,包括精确的温度控制,以及精密铸造、定向/拉单晶等工艺。其核心部件的毛坯“都是来自国外”;核心设备单晶炉,也须从国外进口。

该技术负责人解释,作为一种旋转叶轮式热力发动机,燃气轮机的叶片是最重要的核心部件之一。它要在1400℃―1600℃的高温下长期稳定地工作,目前没有任何金属可以做到。怎么办?

极限工况催生出极致技术,一种对质量和性能疯狂到近乎变态的追求。除了消除晶界、提高所用材料本身的强度之外,“只有靠冷却”:叶片是中空的,以便通冷却空气;表面有陶瓷涂层、冷却气膜,使它跟高温燃气隔离,等等。

更关键一点,在以上复杂流程的所有环节,任何一项技术参数都不能有丝毫偏差,“这是它跟常规制造流程最大的不同”。他强调,常规制造中还有一个安全系数,即一定的容错裕量;而“极限制造完全是另一概念”:叶片是空心的、又很薄,除了精铸,目前没有其他工艺手段可以做出来,未来3D打印能不能解决还不清楚;铸造过程中,材料的夹渣、裂纹、疏松、气孔以及变形等,都会影响叶片的强度和性能。因为“它本身是不可能的,要靠好多极限手段硬让它变得可能”,所有技术必须做到极致。所以,一就是一,二就是二,偏差根本不能容忍、不被允许。

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