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中国自主的重型燃气发动机技术从何而来?

    中国自主的重型燃气发动机技术从何而来?

    [沈阳,温家宝/观察员网络专栏作家]

    据英国《每日科学技术报》12月26日报道,12月25日,我国首台国产300MW F级重型燃气轮机定子叶片铸件顺利通过鉴定。这一进展被称为我国重型燃气轮机核心部件热端技术的首次重大突破,也是国家重大科技项目“航空发动机与燃气轮机”的最重要里程碑性成果。

    为了理解所谓“重型燃气轮机第一级定子铸件”的意义,有必要了解该产品在燃气轮机中的地位。普通燃气轮机在总体结构上与涡扇喷气发动机相似。由压缩机、燃烧室和涡轮组成的核心发动机是关键设备。其中,火焰筒、燃气轮机、导轨、喷嘴等热气流中的热端部件是关键。

    燃烧室右侧的红气部分需要热端部分。

    其中,燃气轮机的主要功能是将燃烧室内高温高压气体的能量转化为机械功。其中一部分在冷端驱动压缩机压缩空气以保持燃气轮机的连续运行,另一部分作为燃气轮机的输出功率驱动发电机或其他设备。

    本工程制造的“燃气轮机第一级定子叶片”是燃气轮机的组成部分,是燃气轮机内高温高压气流的第一次接触。定子叶片在此过程中的重要作用是进一步扩大和加速气流,同时降低气体的压力和温度,从而使涡轮中的叶片或转子连续旋转,产生功率输出。

    由于燃气轮机的第一级定子叶片在工作中首先接触高温气体,并且总是被气体包围,因此其工作条件极其恶劣。此外,燃气轮机的启动速度更快。启动和停止时,需要在短时间内实现快速加热和冷却,其中热冲击最为严重。因此,第一级定子叶片的设计应该足够。在强度和刚度的同时,还能够承受高温、热腐蚀、热冲击,并且不能有太多的热应力。

    一般来说,这些叶片大多是转子与固定叶片交错排列。

    由于工艺难度大、加工要求高,长期以来我国在燃气轮机领域的研究一直不足。既可以模仿国外结构简单的产品,也可以利用航空工业生产的航空发动机改装成燃气轮机。这些产品普遍存在性能差、功耗低的问题。此外,上世纪末,由于油气供应严重短缺,以及“以煤代油”的能源政策停滞不前,中国直到二十一世纪。

    根据燃烧室温度,这些重型燃气轮机可分为E、F和H类。他们的技术难度和高级程度也在逐步提高。2001年,在中国大规模开发F级重型燃气轮机之前,中国航空工业、清华大学、中国科学院工程热物理研究所和上海交通大学组成了一个设计开发项目联合体。联合开发的R 0110重型E级燃气轮机于2014年3月21日通过了专家组验收。在此基础上,我国许多工厂和科研机构开展了F级重型燃气轮机实验设施的建设和自主开发。

    R0110型重负荷E级燃气轮机在我国先行开发

    其中一项工程与国家电力投资公司在中国再燃的300MW F级重型燃气轮机的开发密切相关。即北京华清燃气轮机公司开发的CGT-60F型70MW燃气轮机(其前身是国家发展和改革委员会2008年批准的燃气轮机与煤气化联合循环国家工程研究中心)。由于发动机从一开始就不能满足70MW的功率,因此它被开发为国内F级300MW重型燃气轮机的技术验证设备。

    GE的F级燃气轮机产品建模关系,相同系列的燃烧室完全相同,但数量不同。

    2016年,总设计师陈伟博士在接受北京华清CGT-60F燃气轮机设计团队采访时明确表示,开发CGT-60F的目的是借鉴国际燃气轮机巨头通用电气、西门子和三菱的经验。从低功耗样机的开发入手,突破和掌握F级燃气轮机设计制造的核心技术,采用该模式进行放大或缩小。只要在放大/缩小过程中,压缩机的压力比、涡轮进口温度、主机结构、关键零部件、材料和加工工艺保持不变,就能够在短时间内将原型放大/缩小为一系列技术水平相同但功率大小不同的产品。ce具有上述原则,并在一定范围内扩大/缩小,无需进一步研究和开发新的内核。技术还可以节省R&D投资,缩短R&D周期,降低R&D风险。

    CGT-60F燃气轮机在中国先行开发

    从CGT-60F型燃气轮机的第一级定子叶片上放大300MW级F型重型燃气轮机自身的第一级定子叶片。至于后者,根据《科技日报》2016年的报道,北京华清7月29日宣布,它拥有完全自主知识产权的F级重型燃气轮机CGT-60F(燃气温度1400摄氏度)三维复合倾斜涡轮第一级静叶片。完成了中国燃气轮机研究所的高温冷却效果试验。性能指标包括叶片冷却效率和叶片冷却效率。板材的温度分布优于设计要求,标志着我国重型燃气轮机核心设计制造技术的重大突破。

    据介绍,全三维复合斜涡轮叶片是国内外第一台重型燃气轮机叶片。与传统的直叶片相比,全三维复合斜叶片具有较小的气动损失和更高的效率,但叶片的冷却设计比较困难,涉及空气动力学、传热学和强度等多个学科。华清燃气轮机公司经过多年的自主创新,克服了多项设计技术难题,建立了设计体系和设计规范,并获得了11项发明专利。大型燃气轮机叶片尺寸大,高温合金坯料的精密铸造被公认为顶部铸造技术。无锡永汉公司在中国率先掌握了这一关键制造技术。

    CGT-60F(70MW)第一级定子叶片与300MW级F型重型燃气轮机第一级定子叶片基本相同。

    当时的新闻报道中明确指出,CGT-60F(70MW)第一级静叶片可在恒定进口压力和温度的条件下直接扩大到300MW F级燃气轮机叶片,无需进行任何冷却效果试验。这也是目前国内第一台300MW F级重型燃气轮机独立定子铸件的技术来源。

    由于燃气轮机的敏感性以及与航空工业密不可分,中外媒体很容易将其用于军事。当R0110重型燃气轮机在中国成功开发之前,许多媒体报道它将被用于各种军事场景,包括驾驶航空母舰。300MW F级重气涡轮机对于任何船来说都太大了(美国福特级核航母的推进力只有104MW)。此外,这种重型燃气轮机使用的燃料是天然气,它的使用与驱动船只的因素几乎没有关系。

    这些重型燃气轮机不适合船用,但发电机比较简单。

    这种燃气轮机的主要目的是发电。一般来说,较小功率的燃气轮机适合于独立于发电机形成循环系统,也称为开式循环。它具有安装速度快、启停灵活等优点,主要用于电网、交通运输和工业电力系统的高峰负荷调节。大型燃气轮机,如300MW级F重型燃气轮机,适用于由发电机和配套余热锅炉组成的循环系统。当使用燃气轮机发电时,它们也可以在工作后通过余热锅炉从燃气轮机中回收高温废气,并将其转换成蒸汽或热水,或者继续发电,例如蒸汽轮机,或者用作电源。加热还用于通过将废热锅炉的蒸汽注入燃气轮机来提高燃气轮机的产量和效率。无论采用哪种形式,这种发电方式的燃料利用率都远高于普通的内燃机和外燃机,具有良好的经济效益。

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2018年,中国科技的亮点!

    面对世界新一轮科技革命和产业变革同我国转变发展方式的历史性交汇期,2018年我国着力推进基础研究和面向国家重大需求的战略高技术研究,重大创新成果竞相涌现;完善国家创新体系,在科技计划管理、成果转化、评价奖励等方面大胆改革,企业创新主体地位和主导作用显著增强,科技创新人才加速集聚成长,向世界主要科学中心和创新高地大步迈进。

    

      2018年,中国科技有很多灿烂的高光时刻。我们看到了“天鲲”试航、“嫦娥”奔月、“北斗”棋布、“鲲龙”出水、“松科”钻地;迎来了港珠澳大桥通车、中国南极“第五站”选址奠基;做出了世界首个体细胞克隆猴,实现了量子霍尔效应从二维到三维的突破;我们进一步深化科技体制改革,“三评”指挥棒变了、科研人员减负了、科技成果转化再发“大礼包”……

    

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      这一年,多项高科技含量的国之重器和重大工程纷纷登台亮相,利国利民,是多年创新积累后结出的甜美硕果。

    

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      这一年,中国在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞。8月2日,国际顶尖科学期刊《自然》在线发表了中国科学家在“人造生命”领域的突破——中科院分子植物科学卓越创新中心的覃重军研究团队与合作者,将酿酒酵母细胞里原本天然的16条染色体融合成单条染色体,这条染色体仍具有正常的细胞功能。这是“人造生命”的一个重大突破,表明天然复杂的生命体系可以通过人工干预变得简约,甚至可以人工创造全新的自然界不存在的生命。

    

      这一年,中国人把量子霍尔效应从二维拓展到三维。12月18日,《自然》在线发表了复旦大学物理学系修发贤课题组的重大成果,他们在拓扑半金属砷化镉纳米片中观测到了由外尔轨道形成的新型三维量子霍尔效应的直接证据,迈出了量子霍尔效应从二维到三维的关键一步。量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一,至今已有4个诺贝尔奖与其直接相关,但此前100多年,科学家们对量子霍尔效应的研究一直停留于二维体系。

    

      中国科学家们不仅做出了许多世界级成果,还在为未来的探索创造条件、积蓄力量。

    

      这一年,中国南极“第五站”选址奠基。2月7日,我国南极科考第五站在南极罗斯海恩克斯堡岛定址奠基。此前,我国在南极仅有长城站、中山站、昆仑站和泰山站4座科考站。中国第五座南极科考站将是一座常年科考站,可独立支持开展陆地、海洋、大气、冰川等多学科综合科学考察。

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      这一年,硬X射线自由电子激光装置开工。4月27日,我国迄今为止投资最大、建设周期最长的国家重大科技基础设施项目——硬X射线自由电子激光装置在上海开工建设。这一总投资近100亿元的大国重器计划在2025年竣工并投入使用,为科研用户提供高分辨成像、先进结构解析、超快过程探索等尖端研究手段。

    

      改革继续深化

    

      2018年是中国改革开放40周年,中国科技体制改革继续深化,为创新中国减负加油。

    

      

    

      

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      这一年,基础研究有了纲领性文件,科研“大目标”定了。1月31日,国务院正式发布《关于全面加强基础科学研究的若干意见》,从5个方面提出20条重点任务,并明确了我国基础科学研究三步走的发展目标。

    

      这一年,“三评”改革文件通过,科研“指挥棒”变了。7月初,《关于深化项目评审、人才评价、机构评估改革的意见》印发后,引起广泛期待,因为这份改革文件针对的是当前科研体系中反映强烈的科研人才“帽子多”、评价标准“一刀切”、科研机构职能定位不清等现实问题。4方面18项具体政策措施分别对项目评审、人才评价、机构评估工作提出了有针对性的改革举措,真正让科研人员吃了“定心丸”。

    

      这一年,科研项目管理简化了,科学家有了更大的科研自主权。7月,国务院印发《关于优化科研管理提升科研绩效若干措施的通知》,推进科技领域“放管服”改革,建立完善以信任为前提的科研管理机制,减轻科研人员负担,简化科研项目申报和过程管理,赋予科研人员和科研单位更大科研自主权。

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      这一年,新一批改革举措向更大范围推广,科技成果转化再发“大礼包”。12月5日召开的国务院常务会议,决定将新一批23项改革举措向更大范围复制推广,激发创新创造活力。允许转制院所和事业单位管理人员、科研人员以“技术股+现金股”形式持有股权,引入技术经理人全程参与成果转化,鼓励高校、科研院所以订单等方式参与企业技术攻关,为中小科技企业包括轻资产、未营利企业开拓融资渠道,推动国有科研仪器设备以市场化方式运营、实现开放共享……一系列改革举措令广大科研工作者备受鼓舞。

    

  优秀团员事迹_工字钢符号网    这一年,科技之星光芒闪耀,在改革先锋百人名单中占据了超过两成席位。于敏、程开甲、孙家栋、王大珩、屠呦呦、袁隆平、潘建伟……他们用科技力量推动了改革开放事业的进步。

    

      总之,2018年的中国科技事业精彩纷呈,在改革开放40周年之际承前启后、砥砺前行。我们期待新一年的中国科技,将有更加精彩的表现。

    

    

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