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??“動(dòng)力心臟”添綠能

??探訪我國首臺(tái)套國產(chǎn)重型燃?xì)廨啓C(jī)“太行110”

??記者 陳瑤

??它是一顆冉冉升起的裝備“新星”，它的誕生是中國高端裝備制造領(lǐng)域迎來的又一高光時(shí)刻。

??前不久，“太行110”首臺(tái)套商業(yè)機(jī)組在中國航發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)有限公司（以下簡稱“中國航發(fā)燃機(jī)”）制造裝試基地出廠，這標(biāo)志著我國自主研制的110兆瓦級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)成功突破產(chǎn)業(yè)化重要關(guān)口，正式邁入商業(yè)化應(yīng)用新階段。

??作為能源高效轉(zhuǎn)換、潔凈利用、多領(lǐng)域應(yīng)用的“動(dòng)力心臟”，重型燃?xì)廨啓C(jī)是工業(yè)強(qiáng)國的重要標(biāo)志之一。然而，由于其涉及學(xué)科眾多，技術(shù)密集度高，設(shè)計(jì)制造難度極大，全球僅有少數(shù)國家具備獨(dú)立自主研制能力。此次出廠的“太行110”，是中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司（以下簡稱“中國航發(fā)”）通過建立自主研發(fā)體系、歷經(jīng)長期自主攻堅(jiān)取得的成果，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具備啟動(dòng)迅速、綜合熱效率高等優(yōu)勢。它不僅刷新了國產(chǎn)商業(yè)重型燃?xì)廨啓C(jī)的最大功率紀(jì)錄，還憑借顯著的環(huán)保效益，成為當(dāng)之無愧的綠色能源典范。

??自主研制一顆國產(chǎn)“動(dòng)力心臟”對(duì)保障我國能源安全和綠色發(fā)展有何重要意義？開啟自主研發(fā)之路，研發(fā)團(tuán)隊(duì)面臨哪些挑戰(zhàn)，又是如何沖破重重壁壘的？記者對(duì)話中國航發(fā)燃機(jī)有關(guān)負(fù)責(zé)人，探尋答案。

??從不氣餒的研發(fā)接力——

??“二十年磨一劍”鑄就卓越性能

??對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，再將其與燃料混合燃燒，利用產(chǎn)生的熱能推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，輸出強(qiáng)勁動(dòng)力……重型燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理看似簡單，但從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到制造成機(jī)，其復(fù)雜程度超乎想象。

??“從立項(xiàng)研制到商業(yè)交付，是國產(chǎn)重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、設(shè)計(jì)體系重新建立的必經(jīng)階段，注定是一段漫長的研發(fā)接力?！敝袊桨l(fā)燃機(jī)總設(shè)計(jì)師、副總經(jīng)理趙勇說。

??2002年“太行110”立項(xiàng)啟動(dòng)研制時(shí)，我國重型燃?xì)廨啓C(jī)較多依賴進(jìn)口，關(guān)鍵核心技術(shù)、維護(hù)服務(wù)均受制于國外企業(yè)，“自主研發(fā)幾乎一切從零開始、從頭學(xué)起，過程曲折”，直至2008年才完成首臺(tái)燃機(jī)研制、廠內(nèi)全速空載試車。

??6年只是漫漫征途的開端，緊隨其后的是長達(dá)10年的外廠試驗(yàn)運(yùn)行。

??外廠試驗(yàn)可謂重型燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)現(xiàn)商業(yè)交付的“通行證”。10年間，從72小時(shí)滿負(fù)荷性能驗(yàn)證，到長試運(yùn)行，各類“考題”輪番登場，目的是檢驗(yàn)首臺(tái)套“太行110”樣機(jī)的整機(jī)性能和可靠性。

??潘春霖，現(xiàn)任中國航發(fā)燃機(jī)產(chǎn)品研發(fā)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)室主任。2010年離開校園后，他參與的第一項(xiàng)研發(fā)工作就是“太行110”的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)?！巴鈴S試驗(yàn)階段是‘太行110’優(yōu)化提升的過程，也是對(duì)研發(fā)人員心態(tài)和‘解題’能力的考驗(yàn)?！?/p>

??在長試運(yùn)行期間，研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)嚴(yán)重影響整機(jī)壽命的問題。經(jīng)過分析評(píng)估，需要對(duì)燃機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，外廠試驗(yàn)被迫暫停。

??結(jié)構(gòu)優(yōu)化，意味著要給燃機(jī)進(jìn)行一次“大手術(shù)”，相關(guān)試驗(yàn)都要重新來過。一邊是時(shí)間緊張，一邊是要加快研發(fā)進(jìn)度，重壓之下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)依然堅(jiān)持重啟設(shè)計(jì)流程，通過理論仿真和數(shù)據(jù)計(jì)算查找原因、探尋思路，隨后改進(jìn)設(shè)計(jì)、評(píng)審評(píng)估、制造運(yùn)行，歷時(shí)5年進(jìn)一步完善了燃機(jī)結(jié)構(gòu)。

??類似的經(jīng)歷在“太行110”研發(fā)設(shè)計(jì)過程中時(shí)有發(fā)生，但研發(fā)團(tuán)隊(duì)從未氣餒。潘春霖說，大家秉持著嚴(yán)慎細(xì)實(shí)的態(tài)度認(rèn)真“解題”，在性能提升方面精益求精，盡己所能拓展重型燃?xì)廨啓C(jī)自主研發(fā)的無限可能。

??二十年磨一劍，最終亮相的“太行110”沒有辜負(fù)研發(fā)人員的心血與付出：它的額定功率達(dá)到了110兆瓦，聯(lián)合循環(huán)模式下每小時(shí)發(fā)電量超過15萬千瓦時(shí)，大約能滿足1.5萬戶家庭一天的用電需求，卻比同等功率的火電機(jī)組每年可減少碳排放超過100萬噸，真正實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的雙贏。

??從工藝創(chuàng)新到材料突破——

??以自主研發(fā)攻克關(guān)鍵核心技術(shù)

??一款具有商用價(jià)值的重型燃?xì)廨啓C(jī)，其核心競爭力體現(xiàn)在出色的經(jīng)濟(jì)性、良好的適應(yīng)性以及長久的可靠性上。在這方面，“太行110”的優(yōu)勢格外明顯。

??據(jù)了解，它既能在用電高峰期迅速啟動(dòng)并接入電網(wǎng)，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，有效彌補(bǔ)風(fēng)電、光伏等間歇性能源的不穩(wěn)定性；又能經(jīng)得住頻繁啟停、長期低負(fù)荷無故障運(yùn)行，在極端天氣（如高溫、低溫、暴雨）下仍能保持穩(wěn)定，為電網(wǎng)提供持續(xù)可靠的電力支撐；還能適用于熱電聯(lián)產(chǎn)、天然氣調(diào)峰電站、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以及多能源耦合供電等多種場合。

??“‘太行110’優(yōu)異的商用競爭力，是因?yàn)檠邪l(fā)團(tuán)隊(duì)探索出一條‘以工藝創(chuàng)新解決制造瓶頸，以材料突破支撐部件可靠性’的攻關(guān)之路。”中國航發(fā)燃機(jī)總工程師、副總經(jīng)理杜宏亭說。

??攻關(guān)之路并非坦途，需要面對(duì)許多世界級(jí)的技術(shù)難題，但研發(fā)團(tuán)隊(duì)義無反顧，因?yàn)橹挥凶灾鞅Ｕ系膭?chuàng)新能力，才能打破國外壟斷、應(yīng)對(duì)外部風(fēng)險(xiǎn)。

??重型燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片等高溫部件研發(fā)是自主研制重型燃?xì)廨啓C(jī)的重點(diǎn)，亦是難點(diǎn)。這是因?yàn)椋邷夭考枰诟邷?、高壓、高轉(zhuǎn)速的極端工況下長期穩(wěn)定運(yùn)行，這一特性對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的耐高溫腐蝕極限、加工工藝的精度控制都提出了極為嚴(yán)苛的要求。

??為了應(yīng)對(duì)高溫問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)想方設(shè)法對(duì)透平葉片進(jìn)行結(jié)構(gòu)革新。當(dāng)時(shí)，沒有成熟的計(jì)算程序，計(jì)算機(jī)性能也十分有限。在這樣的狀況下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)“沒有條件創(chuàng)造條件”，經(jīng)過半年多夜以繼日的努力，完成了這一關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

??中國航發(fā)燃機(jī)產(chǎn)品管理部副部長孫鵬告訴記者，“太行110”透平葉片采用“空心”結(jié)構(gòu)，葉片內(nèi)部設(shè)計(jì)多條復(fù)雜且密集的“迷宮式”通道，能夠在減少冷氣用量的情況下，使葉片表面溫度相較于燃?xì)鉁囟冉档?00至400攝氏度，提高透平效率和功率，同時(shí)滿足燃機(jī)的壽命需求。

??啃下了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的硬骨頭，研發(fā)團(tuán)隊(duì)又與涂層材料“較上勁”。據(jù)了解，“太行110”共涉及60種結(jié)構(gòu)材料以及53種功能材料，其中有8種結(jié)構(gòu)材料是在對(duì)材料數(shù)據(jù)資料、成分和性能進(jìn)行對(duì)比后，為該燃機(jī)“量身定制”的。

??為什么要將自主化的“觸角”延伸到涂層材料？一方面是升級(jí)涂層材料能夠讓高溫部件更好地應(yīng)對(duì)高溫環(huán)境，但更重要的是，重型燃?xì)廨啓C(jī)研制國產(chǎn)化選材是打破國外技術(shù)壟斷、提升產(chǎn)業(yè)鏈自主保障能力的重要環(huán)節(jié)。孫鵬介紹，經(jīng)過一輪又一輪的配比，研發(fā)團(tuán)隊(duì)不僅完成了8種結(jié)構(gòu)材料的替代研制、驗(yàn)證及產(chǎn)品的成熟應(yīng)用，還形成了材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)規(guī)范等，進(jìn)一步拓展了國內(nèi)重型燃?xì)廨啓C(jī)的材料技術(shù)體系。

??記者了解到，在“太行110”的研發(fā)過程中，累計(jì)獲授專利171項(xiàng)，成功突破了重型燃?xì)廨啓C(jī)總體設(shè)計(jì)、先進(jìn)材料制備、整機(jī)制造、一體化控制系統(tǒng)開發(fā)、整機(jī)試驗(yàn)與多參數(shù)綜合測試分析、全生命周期維檢修等全鏈條的“卡脖子”技術(shù)，有力推動(dòng)了我國重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

??低碳轉(zhuǎn)型、循環(huán)利用——

??將綠色發(fā)展理念融進(jìn)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

??在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程中，重型燃?xì)廨啓C(jī)逐漸成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重點(diǎn)裝備。這對(duì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)來說，不僅要自主研制一臺(tái)“動(dòng)力心臟”，還要讓它激發(fā)更多綠色能量，成為推動(dòng)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的“綠色引擎”。

??仔細(xì)研究“太行110”，綠色發(fā)展理念都融進(jìn)了設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)里。

??天然氣燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳比煤炭減少約40%-50%，將其作為重型燃?xì)廨啓C(jī)燃料是落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的應(yīng)有之義。但從可持續(xù)發(fā)展角度看，隨著新工藝和新燃料資源的出現(xiàn)，要提升燃?xì)廨啓C(jī)在“碳中和”時(shí)代的潛力，燃燒多種低碳或零碳燃料勢在必行?！肮I(yè)尾氣作為高碳排放的重要來源，其綠色化處理一直是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵課題。我們進(jìn)行有針對(duì)性的研發(fā)，除了天然氣，工業(yè)尾氣等中熱值氣體燃料也能為‘太行110’提供熱能，為實(shí)現(xiàn)‘工業(yè)尾氣資源化’，進(jìn)一步減少碳排放做貢獻(xiàn)?！倍藕晖ふf。

??杜宏亭口中的針對(duì)性研發(fā)，是提升“太行110”重型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料靈活性的設(shè)計(jì)，這又是一個(gè)“從0到1”的過程。在毫無經(jīng)驗(yàn)可循的情況下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過深入研究，不厭其煩地對(duì)燃燒室和相關(guān)高溫部件結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行調(diào)改，成功開發(fā)出一種新型的干式低排放燃燒室?！吧?jí)改造”后的燃燒室，不僅使燃燒狀態(tài)更平穩(wěn)，能有效抑制氮氧化物排放，還大幅提升了燃燒效率。

??“‘綠色環(huán)?！恰?10’落實(shí)國家戰(zhàn)略、服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展的必答題。哪怕技術(shù)再困難、過程再曲折，我們都要一點(diǎn)一點(diǎn)把這道題答對(duì)答好。”杜宏亭說。

??干式低排放燃燒室設(shè)計(jì)只是“太行110”踐行綠色發(fā)展理念的縮影。據(jù)了解，為更好響應(yīng)國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在中國航發(fā)指導(dǎo)下，自主開發(fā)多項(xiàng)先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)，通過“技術(shù)自主化+應(yīng)用場景多元化”策略，為燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)的綠色創(chuàng)新之路注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。

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?【短評(píng)】

??挺起中國制造脊梁

??天下之脊，巍巍太行。太行山作為華夏文明的發(fā)祥地之一，見證了中華民族的孕育與中華文明的演進(jìn)歷程。而在高端裝備制造領(lǐng)域，“太行”二字更蘊(yùn)含深意。

??這是對(duì)不懈奮斗的最好回應(yīng)。攻克“卡脖子”難題并非易事，研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)二十余載的集智攻關(guān)，緊扣設(shè)計(jì)關(guān)鍵、跨越制造障礙，成功“破題”，將“太行110”推向市場，填補(bǔ)了國內(nèi)110兆瓦功率等級(jí)產(chǎn)品的空白，完成了“從0到1”的跨越。

??這也是科研創(chuàng)新精神的延續(xù)與拓展。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，“太行”系列已走出一條系列化發(fā)展和能力提升的研制路線。燃?xì)廨啓C(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理相同，核心部件相似，制造過程相近。此次我國首臺(tái)套國產(chǎn)商業(yè)投運(yùn)重型燃?xì)廨啓C(jī)沿用“太行”之名，既因燃?xì)廨啓C(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)一脈相承，又因燃?xì)廨啓C(jī)作為國之重器，寄托了以自主研制挺起中國制造脊梁的豪情壯志。

??這更是中國制造向世界展示的硬核名片。從航空發(fā)動(dòng)機(jī)到重型燃?xì)廨啓C(jī)，“太行”向世界詮釋著中國人不屈不撓、敢于攻堅(jiān)的精神內(nèi)涵，記錄下中國人的奮斗足跡，為能源清潔低碳轉(zhuǎn)型提供“中國方案”。

??中國式現(xiàn)代化要靠科技現(xiàn)代化作支撐，“太行”的突圍是中國加快高水平科技自立自強(qiáng)的生動(dòng)縮影。展望“十五五”，當(dāng)自主創(chuàng)新之火燃遍更多領(lǐng)域，必將產(chǎn)出更多標(biāo)志性原創(chuàng)成果，催生無數(shù)令人振奮的“破局時(shí)刻”，勾勒出更加挺拔的“中國脊梁”。