校企聯合制造自己的大國重器

2020 年11 月27 日，位于四川省德陽市，東方電氣集團東方汽輪機有限公司，燃機整機試驗室傳來捷報，中國首臺F 級50 兆瓦重型燃氣輪機，順利實現滿負荷穩定運行。這意味著中國科研團隊，成功攻克重型燃機完全自主研制的關鍵瓶頸，打破了國外長期的技術壟斷，中國有了100%純國產的重型燃機。

重型燃氣輪機是大型裝備的“心臟”。數十年來，為解決該領域技術短板帶來的“心臟病”，以東方汽輪機為代表的中國企業，與以西安交通大學為代表的高校科研院，聯合攻堅克難付出了不懈努力。

責任與使命

伴隨點火命令的下達，重型燃機8 個燃燒筒同時點火燃燒并穩定運行，標志中國首臺自主研發，F 級50兆瓦重型燃氣輪機整機點火試驗成功。“為了那一刻，我們拼了10 年！”東方電氣集團首席技術專家趙世全難掩激動，感慨萬分。

重型燃氣輪機是發電和驅動領域的核心設備，關乎能源安全和國防安全，是國家科技水平和綜合國力的象征。由于涉及多學科、多領域、多系統且設計制造難度極高，其又被譽為裝備制造業“皇冠上的明珠”。摘取這顆明珠談何容易！長期以來，僅有美國、日本、德國等少數國家能夠自主研發重型燃機。

趙世全坦言，我們在購買時沒有議價權要價很高，但是沒有辦法。后續的檢修維護周期長、費用高。當時有句玩笑，買一臺設備就好比給外企開一家銀行，他們可以隨時來提款。此外，一旦“斷供”，電廠就只能“癱瘓”。為改變被動局面，21 世紀初包括東方汽輪機在內，中國企業開始引進國外技術。雖然解決了重型燃機從無到有的問題，但一直處于組裝型制造階段，其高溫部件設計制造和試驗驗證技術仍屬空白，極大阻礙了重型燃機國產化進程和產業體系發展。

只要一談到關鍵核心技術的轉讓，國外企業都是一口拒絕。趙世全說。原來，國外技術的引進僅限于冷端部件，核心的熱端高溫部件設計制造及試驗技術，則被國外長期壟斷封鎖。關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的，只有把關鍵核心技術掌握在自己手中，才能真正自立自強。

2009 年東方汽輪機開始組建科研團隊，在沒有設計規范、設計程序和設計經驗的條件下，毅然踏上了自主研發，F 級50 兆瓦重型燃氣輪機的艱辛征程，向沖破國外關鍵核心技術封鎖發起了沖刺。F 級50 兆瓦重型燃機的零部件多達數萬個，從設計技術到材料機械再到試驗設施，任何一項都是十分龐大復雜的系統工程。即便再難，當時仍有許多工程師主動報名，在他們眼中這是一份責任與使命。趙世全說，幾乎是從零開始，一路上摸爬滾打，常常是剛從一個坑起來又掉進另一個坑。沒有人能說清，其中到底經歷了多少失敗。如果問大家有啥想法，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人自己的重型燃機，受制于人的滋味不好受。

埋頭干十年磨一劍

重型燃氣輪機可分為E 級、F 級和H 級，溫度越高，技術等級越高。簡單來說，它能承受多大的高溫，就決定了它有多大的能力。F 級重型燃機，工作溫度可達1400 攝氏度左右，要保障高溫部件在金屬熔點以上，安全穩定工作數萬個小時很不容易。透平葉片正是核心高溫部件之一。

對趙代銀來說，2011 年具有特殊意義。這一年，他大學畢業來到東方汽輪機工作，同時也迎來了一次人生的重要選擇。趙代銀說，工作不到兩個月，廠里新成立的高溫部件實驗室招人，做高溫透平葉片研發。若繼續做常規研究，會更輕松安穩，如果去研制葉片，道路肯定十分曲折，但一想到我們還沒有能力造，而自己能夠參與進去，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的文獻與書籍。3000 多個日夜，他一門心思撲在了透平葉片的研發上。功夫不負有心人，以趙代銀為代表的研發團隊，相繼解決了葉片變形、疏松、熱裂、斷芯等難題，還設計出國內第一套基于六點定位陶瓷型芯的蠟模模具，榮獲國家發明專利，填補了該項技術空白。

研發重型燃機之所以難，除了研制關鍵高溫部件，還需要長期試驗結果的積累。僅設計出來還遠遠不夠，要對其有效性、合理性及可靠性進行反復試驗驗證，所以我們一邊設計，一邊搭建試驗平臺，趙世全說。試驗平臺的搭建，同樣在摸索中進行，失敗、改進、調試，再失敗、再改進、再調試，這是試驗臺建設的常態，田曉晶說。作為東方汽輪機燃燒器技術研發團隊的主研，她與其他成員一起向一個個難關發起挑戰。有一天，燃燒器高壓試驗突然出現問題。那時，整個試驗廠房彌漫著煙氣，面對18個大氣壓下、1400 攝氏度的高溫燃氣火苗隨時會噴出的險情，田曉晶沒有后退，而是緊張有序地組織意外發生后的處置工作。好在只是高溫燃氣局部泄漏引燃了部分外部管道，經過兩個多小時的現場排查，試驗恢復了。

這么多年來，有沒有后悔過自己的選擇？當個人價值和國家需要緊緊聯在一起時，從未后悔！這是無數個參與科研人員的心聲。正是有了他們的拼搏與奉獻，東方汽輪機陸續完成重型燃機的壓氣機、燃燒器、透平葉片等核心部件及總體結構設計與制造，建成壓氣機試驗臺、燃燒器試驗臺、透平高溫葉片試驗室及整機測試平臺，形成了完整的設計、制造、試驗體系。

2020 年11 月27 日，到了整機試驗階段，在點火試驗和空載荷運行試驗后，25%、50%、75%……負荷逐漸增加。在6 位院士與專家組的見證下，F 級50 兆瓦重型燃氣輪機，順利實現滿負荷穩定運行。滿負荷試驗是重型燃機研發最為關鍵的驗證節點，也是電站長期運行前的最后一項性能試驗。趙世全說，十年磨一劍，我們啃下了發電裝備領域的一塊‘硬骨頭’，與同等功率進口燃機相比，整機制造成本、運行與維護價格可大幅降低，檢修周期可縮短50%以上。

促進實現跨越發展

從歷史上看，科學技術的每一次突破，重大工程的每一步跨越，都是團結協作的結果，重型燃機的自主研發同樣如此。東方汽輪機在加強自身實踐的同時，還與西安交通大學、上海交通大學、西北工業大學等高校的科研團隊，開展全方位合作，協同攻關。

由西安交通大學副校長王鐵軍，率領的科研團隊便是其中一員。“卡在哪里，就突破哪里！”抱著堅定的信念，王鐵軍團隊在2006 年，聯合東方汽輪機等單位，承擔了重型燃機領域首個國家973 計劃項目，該項目在2012 年又獲國家滾動支持。

重型燃氣輪機每項技術突破都必須經歷，“基礎理論→單元技術→零部件實驗→系統集成→綜合驗證→產品應用”的全過程。其中，基礎理論是“地基”。事實證明，基礎研究是科技創新的源頭，中國面臨的很多“卡脖子”技術問題，根子是基礎理論研究跟不上，源頭和底層的東西沒有搞清楚。“一不圖名，二不求利，我們就是要沉下心來，集中攻克重型燃機關鍵核心技術，及相關的基礎科學問題。”王鐵軍說。高溫葉片熱障涂層，是國際公認的重型燃機制造核心技術之一。與航空發動機相比，其工作時間更長，隔熱面積更大，在性能要求、微結構、制備方法等方面也有不同。數十年來，王鐵軍團隊潛心系統研究了重型燃機熱障涂層，強度理論、實驗方法、制備技術及應用，并取得了一系列創新成果。

基礎理論和關鍵技術慢慢成型，越來越多的高校科研成果，應用到中國首臺F 級50 兆瓦重型燃氣輪機的研發上，融入進企業的生產實踐中，大大縮短了基礎研究到工程應用的鏈條，促進了中國自主重型燃機產業實現跨越發展。王鐵軍表示，大家團結協作，校企協同攻關，是我們攻克關鍵核心技術的法寶。未來校企將在更高層面，共謀創新、共商合作、共同發展、共建平臺、共擔任務、共闖難關。在攻關中王鐵軍帶領團隊，出版了中國第一套關于燃氣輪機設計制造的專著系列《先進燃氣輪機設計制造基礎》，還培養了一支優秀的人才隊伍。

“人才的培養與建設非常重要，F級50 兆瓦重型燃機投用后，我們會不斷優化提升其性能，目前該領域的研發能力，相較國外先進企業還有較大差距。”趙世全表示，通過自主研發，企業和高校都建立起了專業的科研團隊，只要坐得住“冷板凳”，假以時日，我們從“跟跑”到“并跑”甚至“領跑”，并非沒有可能。