校企聯(lián)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(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，燃機(jī)整機(jī)試驗(yàn)室傳來捷報(bào)，中國首臺F 級50 兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)，順利實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。這意味著中國科研團(tuán)隊(duì)，成功攻克重型燃機(jī)完全自主研制的關(guān)鍵瓶頸，打破了國外長期的技術(shù)壟斷，中國有了100%純國產(chǎn)的重型燃機(jī)。

重型燃?xì)廨啓C(jī)是大型裝備的“心臟”。數(shù)十年來，為解決該領(lǐng)域技術(shù)短板帶來的“心臟病”，以東方汽輪機(jī)為代表的中國企業(yè)，與以西安交通大學(xué)為代表的高校科研院，聯(lián)合攻堅(jiān)克難付出了不懈努力。

責(zé)任與使命

伴隨點(diǎn)火命令的下達(dá)，重型燃機(jī)8 個(gè)燃燒筒同時(shí)點(diǎn)火燃燒并穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志中國首臺自主研發(fā)，F(xiàn) 級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)成功。“為了那一刻，我們拼了10 年！”東方電氣集團(tuán)首席技術(shù)專家趙世全難掩激動，感慨萬分。

重型燃?xì)廨啓C(jī)是發(fā)電和驅(qū)動領(lǐng)域的核心設(shè)備，關(guān)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(xué)科、多領(lǐng)域、多系統(tǒng)且設(shè)計(jì)制造難度極高，其又被譽(yù)為裝備制造業(yè)“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(shù)國家能夠自主研發(fā)重型燃機(jī)。

趙世全坦言，我們在購買時(shí)沒有議價(jià)權(quán)要價(jià)很高，但是沒有辦法。后續(xù)的檢修維護(hù)周期長、費(fèi)用高。當(dāng)時(shí)有句玩笑，買一臺設(shè)備就好比給外企開一家銀行，他們可以隨時(shí)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(jì)初包括東方汽輪機(jī)在內(nèi)，中國企業(yè)開始引進(jìn)國外技術(shù)。雖然解決了重型燃機(jī)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(shè)計(jì)制造和試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)仍屬空白，極大阻礙了重型燃機(jī)國產(chǎn)化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展。

只要一談到關(guān)鍵核心技術(shù)的轉(zhuǎn)讓，國外企業(yè)都是一口拒絕。趙世全說。原來，國外技術(shù)的引進(jìn)僅限于冷端部件，核心的熱端高溫部件設(shè)計(jì)制造及試驗(yàn)技術(shù)，則被國外長期壟斷封鎖。關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的，只有把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中，才能真正自立自強(qiáng)。

2009 年東方汽輪機(jī)開始組建科研團(tuán)隊(duì)，在沒有設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)程序和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的條件下，毅然踏上了自主研發(fā)，F(xiàn) 級50 兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)的艱辛征程，向沖破國外關(guān)鍵核心技術(shù)封鎖發(fā)起了沖刺。F 級50 兆瓦重型燃機(jī)的零部件多達(dá)數(shù)萬個(gè)，從設(shè)計(jì)技術(shù)到材料機(jī)械再到試驗(yàn)設(shè)施，任何一項(xiàng)都是十分龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程。即便再難，當(dāng)時(shí)仍有許多工程師主動報(bào)名，在他們眼中這是一份責(zé)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(gè)坑起來又掉進(jìn)另一個(gè)坑。沒有人能說清，其中到底經(jīng)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(jī)，受制于人的滋味不好受。

埋頭干十年磨一劍

重型燃?xì)廨啓C(jī)可分為E 級、F 級和H 級，溫度越高，技術(shù)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(jī)，工作溫度可達(dá)1400 攝氏度左右，要保障高溫部件在金屬熔點(diǎn)以上，安全穩(wěn)定工作數(shù)萬個(gè)小時(shí)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(xué)畢業(yè)來到東方汽輪機(jī)工作，同時(shí)也迎來了一次人生的重要選擇。趙代銀說，工作不到兩個(gè)月，廠里新成立的高溫部件實(shí)驗(yàn)室招人，做高溫透平葉片研發(fā)。若繼續(xù)做常規(guī)研究，會更輕松安穩(wěn)，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(jìn)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(guān)的文獻(xiàn)與書籍。3000 多個(gè)日夜，他一門心思撲在了透平葉片的研發(fā)上。功夫不負(fù)有心人，以趙代銀為代表的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，相繼解決了葉片變形、疏松、熱裂、斷芯等難題，還設(shè)計(jì)出國內(nèi)第一套基于六點(diǎn)定位陶瓷型芯的蠟?zāi)Ｄ＞?，榮獲國家發(fā)明專利，填補(bǔ)了該項(xiàng)技術(shù)空白。

研發(fā)重型燃機(jī)之所以難，除了研制關(guān)鍵高溫部件，還需要長期試驗(yàn)結(jié)果的積累。僅設(shè)計(jì)出來還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要對其有效性、合理性及可靠性進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，所以我們一邊設(shè)計(jì)，一邊搭建試驗(yàn)平臺，趙世全說。試驗(yàn)平臺的搭建，同樣在摸索中進(jìn)行，失敗、改進(jìn)、調(diào)試，再失敗、再改進(jìn)、再調(diào)試，這是試驗(yàn)臺建設(shè)的常態(tài)，田曉晶說。作為東方汽輪機(jī)燃燒器技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的主研，她與其他成員一起向一個(gè)個(gè)難關(guān)發(fā)起挑戰(zhàn)。有一天，燃燒器高壓試驗(yàn)突然出現(xiàn)問題。那時(shí)，整個(gè)試驗(yàn)廠房彌漫著煙氣，面對18個(gè)大氣壓下、1400 攝氏度的高溫燃?xì)饣鹈珉S時(shí)會噴出的險(xiǎn)情，田曉晶沒有后退，而是緊張有序地組織意外發(fā)生后的處置工作。好在只是高溫燃?xì)饩植啃孤┮剂瞬糠滞獠抗艿?，?jīng)過兩個(gè)多小時(shí)的現(xiàn)場排查，試驗(yàn)恢復(fù)了。

這么多年來，有沒有后悔過自己的選擇？當(dāng)個(gè)人價(jià)值和國家需要緊緊聯(lián)在一起時(shí)，從未后悔！這是無數(shù)個(gè)參與科研人員的心聲。正是有了他們的拼搏與奉獻(xiàn)，東方汽輪機(jī)陸續(xù)完成重型燃機(jī)的壓氣機(jī)、燃燒器、透平葉片等核心部件及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造，建成壓氣機(jī)試驗(yàn)臺、燃燒器試驗(yàn)臺、透平高溫葉片試驗(yàn)室及整機(jī)測試平臺，形成了完整的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)體系。

2020 年11 月27 日，到了整機(jī)試驗(yàn)階段，在點(diǎn)火試驗(yàn)和空載荷運(yùn)行試驗(yàn)后，25%、50%、75%……負(fù)荷逐漸增加。在6 位院士與專家組的見證下，F(xiàn) 級50 兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)，順利實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。滿負(fù)荷試驗(yàn)是重型燃機(jī)研發(fā)最為關(guān)鍵的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)，也是電站長期運(yùn)行前的最后一項(xiàng)性能試驗(yàn)。趙世全說，十年磨一劍，我們啃下了發(fā)電裝備領(lǐng)域的一塊‘硬骨頭’，與同等功率進(jìn)口燃機(jī)相比，整機(jī)制造成本、運(yùn)行與維護(hù)價(jià)格可大幅降低，檢修周期可縮短50%以上。

促進(jìn)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展

從歷史上看，科學(xué)技術(shù)的每一次突破，重大工程的每一步跨越，都是團(tuán)結(jié)協(xié)作的結(jié)果，重型燃機(jī)的自主研發(fā)同樣如此。東方汽輪機(jī)在加強(qiáng)自身實(shí)踐的同時(shí)，還與西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等高校的科研團(tuán)隊(duì)，開展全方位合作，協(xié)同攻關(guān)。

由西安交通大學(xué)副校長王鐵軍，率領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)便是其中一員。“卡在哪里，就突破哪里！”抱著堅(jiān)定的信念，王鐵軍團(tuán)隊(duì)在2006 年，聯(lián)合東方汽輪機(jī)等單位，承擔(dān)了重型燃機(jī)領(lǐng)域首個(gè)國家973 計(jì)劃項(xiàng)目，該項(xiàng)目在2012 年又獲國家滾動支持。

重型燃?xì)廨啓C(jī)每項(xiàng)技術(shù)突破都必須經(jīng)歷，“基礎(chǔ)理論→單元技術(shù)→零部件實(shí)驗(yàn)→系統(tǒng)集成→綜合驗(yàn)證→產(chǎn)品應(yīng)用”的全過程。其中，基礎(chǔ)理論是“地基”。事實(shí)證明，基礎(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的源頭，中國面臨的很多“卡脖子”技術(shù)問題，根子是基礎(chǔ)理論研究跟不上，源頭和底層的東西沒有搞清楚?！耙徊粓D名，二不求利，我們就是要沉下心來，集中攻克重型燃機(jī)關(guān)鍵核心技術(shù)，及相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)問題?！蓖蹊F軍說。高溫葉片熱障涂層，是國際公認(rèn)的重型燃機(jī)制造核心技術(shù)之一。與航空發(fā)動機(jī)相比，其工作時(shí)間更長，隔熱面積更大，在性能要求、微結(jié)構(gòu)、制備方法等方面也有不同。數(shù)十年來，王鐵軍團(tuán)隊(duì)潛心系統(tǒng)研究了重型燃機(jī)熱障涂層，強(qiáng)度理論、實(shí)驗(yàn)方法、制備技術(shù)及應(yīng)用，并取得了一系列創(chuàng)新成果。

基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)慢慢成型，越來越多的高?？蒲谐晒?，應(yīng)用到中國首臺F 級50 兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)上，融入進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中，大大縮短了基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用的鏈條，促進(jìn)了中國自主重型燃機(jī)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。王鐵軍表示，大家團(tuán)結(jié)協(xié)作，校企協(xié)同攻關(guān)，是我們攻克關(guān)鍵核心技術(shù)的法寶。未來校企將在更高層面，共謀創(chuàng)新、共商合作、共同發(fā)展、共建平臺、共擔(dān)任務(wù)、共闖難關(guān)。在攻關(guān)中王鐵軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，出版了中國第一套關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)制造的專著系列《先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)制造基礎(chǔ)》，還培養(yǎng)了一支優(yōu)秀的人才隊(duì)伍。

“人才的培養(yǎng)與建設(shè)非常重要，F(xiàn)級50 兆瓦重型燃機(jī)投用后，我們會不斷優(yōu)化提升其性能，目前該領(lǐng)域的研發(fā)能力，相較國外先進(jìn)企業(yè)還有較大差距。”趙世全表示，通過自主研發(fā)，企業(yè)和高校都建立起了專業(yè)的科研團(tuán)隊(duì)，只要坐得住“冷板凳”，假以時(shí)日，我們從“跟跑”到“并跑”甚至“領(lǐng)跑”，并非沒有可能。