校企联合制造自己的大国重器

2020 年11 月27 日，位于四川省德阳市，东方电气集团东方汽轮机有限公司，燃机整机试验室传来捷报，中国首台F 级50 兆瓦重型燃气轮机，顺利实现满负荷稳定运行。这意味着中国科研团队，成功攻克重型燃机完全自主研制的关键瓶颈，打破了国外长期的技术垄断，中国有了100%纯国产的重型燃机。

重型燃气轮机是大型装备的“心脏”。数十年来，为解决该领域技术短板带来的“心脏病”，以东方汽轮机为代表的中国企业，与以西安交通大学为代表的高校科研院，联合攻坚克难付出了不懈努力。

责任与使命

伴随点火命令的下达，重型燃机8 个燃烧筒同时点火燃烧并稳定运行，标志中国首台自主研发，F 级50兆瓦重型燃气轮机整机点火试验成功。“为了那一刻，我们拼了10 年！”东方电气集团首席技术专家赵世全难掩激动，感慨万分。

重型燃气轮机是发电和驱动领域的核心设备，关乎能源安全和国防安全，是国家科技水平和综合国力的象征。由于涉及多学科、多领域、多系统且设计制造难度极高，其又被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”。摘取这颗明珠谈何容易！长期以来，仅有美国、日本、德国等少数国家能够自主研发重型燃机。

赵世全坦言，我们在购买时没有议价权要价很高，但是没有办法。后续的检修维护周期长、费用高。当时有句玩笑，买一台设备就好比给外企开一家银行，他们可以随时来提款。此外，一旦“断供”，电厂就只能“瘫痪”。为改变被动局面，21 世纪初包括东方汽轮机在内，中国企业开始引进国外技术。虽然解决了重型燃机从无到有的问题，但一直处于组装型制造阶段，其高温部件设计制造和试验验证技术仍属空白，极大阻碍了重型燃机国产化进程和产业体系发展。

只要一谈到关键核心技术的转让，国外企业都是一口拒绝。赵世全说。原来，国外技术的引进仅限于冷端部件，核心的热端高温部件设计制造及试验技术，则被国外长期垄断封锁。关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能真正自立自强。

2009 年东方汽轮机开始组建科研团队，在没有设计规范、设计程序和设计经验的条件下，毅然踏上了自主研发，F 级50 兆瓦重型燃气轮机的艰辛征程，向冲破国外关键核心技术封锁发起了冲刺。F 级50 兆瓦重型燃机的零部件多达数万个，从设计技术到材料机械再到试验设施，任何一项都是十分庞大复杂的系统工程。即便再难，当时仍有许多工程师主动报名，在他们眼中这是一份责任与使命。赵世全说，几乎是从零开始，一路上摸爬滚打，常常是刚从一个坑起来又掉进另一个坑。没有人能说清，其中到底经历了多少失败。如果问大家有啥想法，每位科研人员心里只憋着一股子劲儿，再苦再累也得造出咱中国人自己的重型燃机，受制于人的滋味不好受。

埋头干十年磨一剑

重型燃气轮机可分为E 级、F 级和H 级，温度越高，技术等级越高。简单来说，它能承受多大的高温，就决定了它有多大的能力。F 级重型燃机，工作温度可达1400 摄氏度左右，要保障高温部件在金属熔点以上，安全稳定工作数万个小时很不容易。透平叶片正是核心高温部件之一。

对赵代银来说，2011 年具有特殊意义。这一年，他大学毕业来到东方汽轮机工作，同时也迎来了一次人生的重要选择。赵代银说，工作不到两个月，厂里新成立的高温部件实验室招人，做高温透平叶片研发。若继续做常规研究，会更轻松安稳，如果去研制叶片，道路肯定十分曲折，但一想到我们还没有能力造，而自己能够参与进去，这是人生幸事，就这样，赵代银下定了决心，这一干就是9 年。9 年里，他基本看完了所有与精密铸造相关的文献与书籍。3000 多个日夜，他一门心思扑在了透平叶片的研发上。功夫不负有心人，以赵代银为代表的研发团队，相继解决了叶片变形、疏松、热裂、断芯等难题，还设计出国内第一套基于六点定位陶瓷型芯的蜡模模具，荣获国家发明专利，填补了该项技术空白。

研发重型燃机之所以难，除了研制关键高温部件，还需要长期试验结果的积累。仅设计出来还远远不够，要对其有效性、合理性及可靠性进行反复试验验证，所以我们一边设计，一边搭建试验平台，赵世全说。试验平台的搭建，同样在摸索中进行，失败、改进、调试，再失败、再改进、再调试，这是试验台建设的常态，田晓晶说。作为东方汽轮机燃烧器技术研发团队的主研，她与其他成员一起向一个个难关发起挑战。有一天，燃烧器高压试验突然出现问题。那时，整个试验厂房弥漫着烟气，面对18个大气压下、1400 摄氏度的高温燃气火苗随时会喷出的险情，田晓晶没有后退，而是紧张有序地组织意外发生后的处置工作。好在只是高温燃气局部泄漏引燃了部分外部管道，经过两个多小时的现场排查，试验恢复了。

这么多年来，有没有后悔过自己的选择？当个人价值和国家需要紧紧联在一起时，从未后悔！这是无数个参与科研人员的心声。正是有了他们的拼搏与奉献，东方汽轮机陆续完成重型燃机的压气机、燃烧器、透平叶片等核心部件及总体结构设计与制造，建成压气机试验台、燃烧器试验台、透平高温叶片试验室及整机测试平台，形成了完整的设计、制造、试验体系。

2020 年11 月27 日，到了整机试验阶段，在点火试验和空载荷运行试验后，25%、50%、75%……负荷逐渐增加。在6 位院士与专家组的见证下，F 级50 兆瓦重型燃气轮机，顺利实现满负荷稳定运行。满负荷试验是重型燃机研发最为关键的验证节点，也是电站长期运行前的最后一项性能试验。赵世全说，十年磨一剑，我们啃下了发电装备领域的一块‘硬骨头’，与同等功率进口燃机相比，整机制造成本、运行与维护价格可大幅降低，检修周期可缩短50%以上。

促进实现跨越发展

从历史上看，科学技术的每一次突破，重大工程的每一步跨越，都是团结协作的结果，重型燃机的自主研发同样如此。东方汽轮机在加强自身实践的同时，还与西安交通大学、上海交通大学、西北工业大学等高校的科研团队，开展全方位合作，协同攻关。

由西安交通大学副校长王铁军，率领的科研团队便是其中一员。“卡在哪里，就突破哪里！”抱着坚定的信念，王铁军团队在2006 年，联合东方汽轮机等单位，承担了重型燃机领域首个国家973 计划项目，该项目在2012 年又获国家滚动支持。

重型燃气轮机每项技术突破都必须经历，“基础理论→单元技术→零部件实验→系统集成→综合验证→产品应用”的全过程。其中，基础理论是“地基”。事实证明，基础研究是科技创新的源头，中国面临的很多“卡脖子”技术问题，根子是基础理论研究跟不上，源头和底层的东西没有搞清楚。“一不图名，二不求利，我们就是要沉下心来，集中攻克重型燃机关键核心技术，及相关的基础科学问题。”王铁军说。高温叶片热障涂层，是国际公认的重型燃机制造核心技术之一。与航空发动机相比，其工作时间更长，隔热面积更大，在性能要求、微结构、制备方法等方面也有不同。数十年来，王铁军团队潜心系统研究了重型燃机热障涂层，强度理论、实验方法、制备技术及应用，并取得了一系列创新成果。

基础理论和关键技术慢慢成型，越来越多的高校科研成果，应用到中国首台F 级50 兆瓦重型燃气轮机的研发上，融入进企业的生产实践中，大大缩短了基础研究到工程应用的链条，促进了中国自主重型燃机产业实现跨越发展。王铁军表示，大家团结协作，校企协同攻关，是我们攻克关键核心技术的法宝。未来校企将在更高层面，共谋创新、共商合作、共同发展、共建平台、共担任务、共闯难关。在攻关中王铁军带领团队，出版了中国第一套关于燃气轮机设计制造的专著系列《先进燃气轮机设计制造基础》，还培养了一支优秀的人才队伍。

“人才的培养与建设非常重要，F级50 兆瓦重型燃机投用后，我们会不断优化提升其性能，目前该领域的研发能力，相较国外先进企业还有较大差距。”赵世全表示，通过自主研发，企业和高校都建立起了专业的科研团队，只要坐得住“冷板凳”，假以时日，我们从“跟跑”到“并跑”甚至“领跑”，并非没有可能。