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中國重型燃氣輪機葉片之殤:受制于人 存在被“卡脖子”風險

2018-05-10 15:09:38 大云網  點擊量: 評論 (0)
重型燃氣輪機(以下簡稱重燃),名副其實的大國重器。作為迄今為止熱 功轉換效率最高的動力機械,廣泛應用于機械驅動(如艦船、火車)和大型電

重型燃氣輪機(以下簡稱重燃),名副其實的大國重器。作為迄今為止熱/功轉換效率最高的動力機械,廣泛應用于機械驅動(如艦船、火車)和大型電站。我國現已具備輕型燃機(功率5萬千瓦以下)自主化能力;但重燃(功率5萬千瓦以上)仍基本依賴引進。

(來源:科技日報 作者:瞿劍)

據悉,重燃發電機組目前占全國發電裝機總量的3%左右,雖不是一大塊,卻是不可或缺的一塊——啟停快捷、熱效率更高、污染更少的燃機機組,作為大電網調峰容量的最佳選擇,在國家能源安全中扮演著無可替代的全局性角色。沒有自主化能力,意味著我國能源安全的重要一環,仍然受制于人,存在被“卡脖子”的風險。

極致技術:對質量和性能近乎變態的追求

把熔化的液態金屬澆入模具,等它凝固;在顯微鏡下看其金相,會呈現形似“干裂農田”狀的縫隙,專業術語稱之為“晶界”。

“晶界是金屬的薄弱環節。”國家科技重大專項“重型燃氣輪機”技術負責人表示。為提高金屬材料在高溫下的強度,就要想辦法消除晶界。

這是一個極其復雜、漫長的過程,包括精確的溫度控制,以及精密鑄造、定向/拉單晶等工藝。其核心部件的毛坯“都是來自國外”;核心設備單晶爐,也須從國外進口。

該技術負責人解釋,作為一種旋轉葉輪式熱力發動機,燃氣輪機的葉片是最重要的核心部件之一。它要在1400℃—1600℃的高溫下長期穩定地工作,目前沒有任何金屬可以做到。怎么辦?

極限工況催生出極致技術,一種對質量和性能瘋狂到近乎變態的追求。除了消除晶界、提高所用材料本身的強度之外,“只有靠冷卻”:葉片是中空的,以便通冷卻空氣;表面有陶瓷涂層、冷卻氣膜,使它跟高溫燃氣隔離,等等。

更關鍵一點,在以上復雜流程的所有環節,任何一項技術參數都不能有絲毫偏差,“這是它跟常規制造流程最大的不同”。他強調,常規制造中還有一個安全系數,即一定的容錯裕量;而“極限制造完全是另一概念”:葉片是空心的、又很薄,除了精鑄,目前沒有其他工藝手段可以做出來,未來3D打印能不能解決還不清楚。

鑄造過程中,材料的夾渣、裂紋、疏松、氣孔以及變形等,都會影響葉片的強度和性能。因為“它本身是不可能的,要靠好多極限手段硬讓它變得可能”,所有技術必須做到極致。所以,一就是一,二就是二,偏差根本不能容忍、不被允許。

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責任編輯:售電小陳

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