20年，跨过百兆瓦门槛：“太行110”重型燃气轮机攻关纪实

大功率、高效率、低排放……

相比汽油、柴油等传统内燃机

重型燃气轮机有着显著优势

作为能源领域的尖端装备

重型燃气轮机研制难度极大

功率达百兆瓦级的重型燃气轮机

此前世界上仅有少数发达国家

掌握其关键核心技术

2023年6月

设计功率为110兆瓦的

国产重型燃气轮机

中国航发“太行110”

通过产品验证鉴定

一举跨过百兆瓦门槛

百兆瓦级的突破

背后是20年坚持不懈的奋战

重型燃气轮机研制

涉及材料、结构、气动、

燃烧、工艺、试验测试等

20多个专业领域

被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”

启动“太行110”研制时

我国对重型燃气轮机的了解

如同“一张白纸”

为了集智攻关

研发团队联合全国各地100多家高校、

科研院所与大型制造企业

成立了“摘珠联盟”

设计是研制的“牛鼻子”

涉及大量计算、验证、测试

以及繁杂的图纸绘制、

管路规划、标准制定等

扭住了，研发方向才能走对

没有现成的计算程序

研发人员就参考航空发动机

通用计算程序自行开发

计算机性能跟不上

大家就想方设法

优化模型、改进算法

通宵达旦试参数、绘曲线

“饿了就啃口馒头，

困了趴在图纸上打个盹儿，

醒来继续干。”

正是这样

5位技术人员仅用半年时间

就完成了燃气轮机重要部件——

透平叶片的设计与改进工作

即便放在今天

这也是难以想象的事

凭借废寝忘食的刻苦钻研

研发人员先后攻克

总体设计、压气机设计、

燃烧室设计、透平设计、

强度设计等一系列难关

“太行110”重型燃气轮机数字样机图

最终

研发团队完成了涵盖1600余个零件号、

总计2000多份图纸的

“太行110”总体设计方案

并顺利通过科技部验收

设计方案有了

真正的挑战才开始——

核心部件怎么造？

它如同“绊马索”一般

横在研发团队面前

当时

国内重型燃气轮机的材料

与制造技术并不成熟

难以铸锻出合格的部件

特别是透平叶片、

大尺寸轮盘等核心部件

找不到任何参考

以透平叶片为例

它需要长期在

高温、高转速、高气动负荷环境下运行

尤其是高达1200℃至1500℃的工作温度

对其制作材料与工艺要求极高

首先需要找到一种

耐高温的模具材料

考虑再三

研发团队决定从陶瓷型芯着手

方向确定后

研发团队通过不断尝试

创造性制备出一种重要添加剂材料

又反复尝试10多种配比方案

最终确定了模具材料的配方

模具有了

透平叶片生产出来了

但还需尽可能找到降温的方法

研发团队费尽心血

在叶片结构上下功夫

先是通过在叶身设计异形气膜孔结构

来提升冷却效率

在此基础上

又探索出在叶片内部设计

密布的“迷宫式”

让冷却气体进入叶片内腔并迂回而行

进一步加强冷却效果

核心部件研制过程中

研发团队创新开发出

陶瓷型芯、高温合金、热扩散涂层等

多种新材料及其制造工艺

打破多项国外技术垄断

2016年，中国航发成立

在其全力推动下

“太行110”研制进程全面提速

一个个凝聚着研发人员心血的零部件

组装出“太行110”

此时，整机长时间稳定运行成为重大考验

它是检验“太行110”

性能是否合格的关键环节

也是决定其能否进入市场的“通行证”

2021年

“太行110”身披红绸彩带

来到中国海油深圳大鹏电厂

开展整机长时间试验运行

试验过程并非一帆风顺

仅燃烧室就先后经历多轮循环验证

在燃烧室内

经压缩的空气与天然气

被混合、点燃

产生高温高压气流形成压力波动

犹如“哪吒闹海”般横冲直撞

极易引起整机振荡

当振荡超过一定幅度时

会损坏透平叶片甚至整个燃烧室

引发整机故障

如何解决这一问题，无经验可循

大家只能采用“笨办法”

一步步摸索改进方案

经过多轮尝试

研发团队找到了最适合

“太行110”的燃料配比与喷射方法

成功突破重型燃气轮机

干式排放燃烧室设计等核心技术

最终解决了振荡难题

经测算

设计研制出的燃烧室

不但符合振荡要求

而且燃烧效率高于99%

既满足基本负荷运行要求

又符合国家低排放设计标准

历经多个分阶段试运行后

2023年6月4日

“太行110”单台运行时长

超过7000当量小时、

累计运行突破14000当量小时

顺利通过整机验证

这标志着

我国已经成功研制出

具有完全自主知识产权的

110兆瓦重型燃气轮机

雄关漫道真如铁，而今迈步从头越

大国重器“太行110”

从“0”到“1”的突破

证明了我国高端制造业的实力

期待“国家队”依托先进技术

继续推动国产重型燃气轮机

向更大功率迈进

为中国制造增添新亮色！