中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)突破技術(shù)難點(diǎn)迎接市場(chǎng)新曙光
編輯：2024-01-22 10:40:01
今年以來(lái)，燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)動(dòng)作頻頻，3月四川省成立了燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，將合力突破燃機(jī)研發(fā)的技術(shù)難關(guān)；8月湖南株洲市通過(guò)了《株洲市航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2013-2030）》評(píng)審；9月四川省通過(guò)《航空與燃機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展工作推進(jìn)方案》種種跡象表明，燃?xì)廨啓C(jī)作為奠定工業(yè)大國(guó)和經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)的份量越來(lái)越重。隨著技術(shù)的不斷突破，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了重型燃?xì)廨啓C(jī)的自主研制，但廣闊的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍對(duì)其信心不足，更愿意采購(gòu)進(jìn)口設(shè)備，我們?cè)诰劢辜夹g(shù)突破的同時(shí)更要思考市場(chǎng)的考驗(yàn)。
突出核心優(yōu)勢(shì) 開(kāi)拓廣闊前景
燃?xì)廨啓C(jī)不僅應(yīng)用于機(jī)械、航空航天、艦船、兵器等軍工領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用于油田、通信、電力、能源、“西氣東輸”管輸動(dòng)力等民用領(lǐng)域。作為裝備制造業(yè)高端前沿的代表，燃?xì)廨啓C(jī)是中國(guó)制造亟待突破和提升的主攻方向，加之我國(guó)能源市場(chǎng)的發(fā)展和變化，對(duì)環(huán)保日益重視，燃?xì)廨啓C(jī)的前景十分廣闊、地位極其重要、競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。
大效率，優(yōu)效益。隨著高溫材料的不斷進(jìn)展，以及渦輪采用冷卻葉片并不斷提高冷卻*，透平前燃?xì)獾某鯗刂鸩教岣?，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到1400℃~1500℃，未來(lái)將達(dá)到1600℃~1800℃，加之研制級(jí)數(shù)不斷減少壓縮比越來(lái)越高的壓氣機(jī)和各個(gè)部件效率的提高，使燃?xì)廨啓C(jī)效率不斷提高。燃?xì)廨啓C(jī)的簡(jiǎn)單循環(huán)熱效率已由初期的不足20%相應(yīng)提高到現(xiàn)在的36%~40%，甚至超過(guò)50%（燃?xì)渫钙剑?；單機(jī)功率由初期的幾千千瓦發(fā)展到100MW以上等級(jí)的大機(jī)組，如今已達(dá)到250~300MW。 而且啟動(dòng)非常快，由于整個(gè)轉(zhuǎn)子十分輕巧，在起動(dòng)機(jī)幫助下從冷態(tài)啟動(dòng)至帶滿負(fù)荷只需1~2分鐘的時(shí)間，通過(guò)快速啟動(dòng)方式啟動(dòng)時(shí)間還可縮短一半。
體積較小，使用便捷。燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力部件設(shè)計(jì)構(gòu)造衍生于渦輪增壓器和輔助動(dòng)力裝置，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是以徑流式葉輪機(jī)械為技術(shù)特征的。通過(guò)采用徑流式葉輪機(jī)械，即向心式透平與離心式壓氣機(jī)，可使裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備規(guī)模、體積比傳統(tǒng)的鍋爐、蒸汽輪機(jī)小，占地面積小，便于移動(dòng)。而且微型燃?xì)廨啓C(jī)由于不需要水，既可以在電網(wǎng)無(wú)法覆蓋、地廣人稀、嚴(yán)重缺水的邊遠(yuǎn)地區(qū)使用，也可以在城市重要場(chǎng)所獨(dú)立應(yīng)用。
減少燃煤，清潔環(huán)保。以煤為主要能源結(jié)構(gòu)使我國(guó)的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。燃?xì)廨啓C(jī)可以采用天然氣、丙烷、油井氣、煤層氣、沼氣、汽油、柴油、煤油、酒精等煤炭以外的燃料。而且燃?xì)廨啓C(jī)采用貧燃料預(yù)混合技術(shù)，通過(guò)在燃燒過(guò)程中控制NOx的生產(chǎn)，或在NOx生成后排入余熱鍋爐時(shí)進(jìn)行尾部煙氣脫硝，達(dá)到超低的NOx排放*，使用天然氣或丙烷燃料滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，排放的體積分?jǐn)?shù)NOx小于9×10-6；使用柴油或煤油燃料滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，排放的體積分?jǐn)?shù)NOx小于35×10-6；采用油井氣做測(cè)試，排放的體積分?jǐn)?shù)NOx小于1×10-6，而且能夠?qū)崿F(xiàn)資源充分循環(huán)利用，真正達(dá)到零排放。
噪聲小可靠。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的低頻份量很低。由于燃?xì)廨啓C(jī)本身處于高速穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)中，產(chǎn)生的噪聲更多是高頻嘯聲。而且可以通過(guò)采用數(shù)字式遙控的聯(lián)網(wǎng)離網(wǎng)變換裝置，彌補(bǔ)其它設(shè)備在******穩(wěn)定性方面的不足。
借力先進(jìn)技術(shù) 克服制造難度
燃?xì)廨啓C(jī)被公認(rèn)為難制造的機(jī)械裝備，又稱(chēng)制造業(yè)“皇冠上的明珠”。傳統(tǒng)汽輪機(jī)工作溫度一般是幾百攝氏度，而燃?xì)廨啓C(jī)工作溫度在1000攝氏度以上。如此高溫，尋常鋼鐵都要融化，而燃?xì)廨啓C(jī)葉片卻要保證能以每分鐘3000轉(zhuǎn)以上的速度工作。
渦輪高溫葉片是燃?xì)廨啓C(jī)中極為重要的零件，其質(zhì)量的好壞對(duì)燃機(jī)整體性能和使用有重要的影響。它在高溫、高速、高應(yīng)力和高腐蝕的環(huán)境下工作，普遍具有材料特性要求高，毛坯的鍛造工藝復(fù)雜；葉片型面復(fù)雜，曲率變化大；精度要求高，加工中很難保證；技術(shù)要求高，加工檢測(cè)難度大等特點(diǎn)。但隨著渦輪高溫葉片設(shè)計(jì)水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的迅速發(fā)展，三維造型的普遍采用，耐高溫材料的研究進(jìn)展順利，金屬材料冶煉制造技術(shù)的提升，已經(jīng)突破了燃?xì)廨啓C(jī)核心部件渦輪高溫葉片的制造難度。
燃?xì)廨啓C(jī)中渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要承力件和渦輪轉(zhuǎn)子葉片的載體，解決它的制造難題體現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)的整體水平。它的工作環(huán)境亦十分惡劣，所受氣體力、熱應(yīng)力和離心力均很大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度要求高，加工工藝性較差，對(duì)其造成了極大的制造難度。但隨著我國(guó)數(shù)控車(chē)技術(shù)、高速拉削技術(shù)、端面弧齒磨削技術(shù)、精面精密連接孔的鉆鏜加工技術(shù)等實(shí)用新技術(shù)的發(fā)展，為燃?xì)廨啓C(jī)渦的制造提供了可靠的保證。
其次是燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)，它決定了燃?xì)膺\(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可用率以及變工況運(yùn)行的性能等指標(biāo)，與一般工業(yè)控制系統(tǒng)相比復(fù)雜得多，不僅有邏輯控制，還有過(guò)程控制、各種嚴(yán)格的保護(hù)等，設(shè)計(jì)難度和制造難度非常大。但隨著我國(guó)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)、仿真技術(shù)、電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的快速發(fā)展，為燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的制造提供了堅(jiān)強(qiáng)的后盾。
經(jīng)過(guò)了近幾年來(lái)的先進(jìn)技術(shù)改造和發(fā)展，我國(guó)的燃?xì)廨啓C(jī)在制造方面已經(jīng)掌握了先進(jìn)的工藝技術(shù)。不僅可以制造渦輪葉片等核心零部件，掌握了先進(jìn)的控制技術(shù)，可以制造先進(jìn)的燃燒室,火焰筒,內(nèi)外套及噴嘴等零部件，說(shuō)明我國(guó)航空和燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的制造能力逐漸強(qiáng)大。
面對(duì)巨大需求 扶持國(guó)產(chǎn)裝備
從一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)真正制造成功開(kāi)始，燃機(jī)市場(chǎng)就一直被西方巨頭壟斷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，GE系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的53%，排名一；三菱公司系統(tǒng)約占19%，排名二；Alstom-ABB系統(tǒng)約占14%，排名三；Siemens-WH系統(tǒng)占9%，排名四。這幾家廠商大公司及其伙伴廠家的產(chǎn)品份額約占總量的80%，這種市場(chǎng)格局自1989年開(kāi)始就一直沒(méi)有發(fā)生太大的變化。
隨著對(duì)于低資源消耗，節(jié)能、環(huán)保問(wèn)題的重視，我國(guó)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的研制開(kāi)發(fā)、應(yīng)用探索都投入了巨大的人力物力，使我國(guó)燃機(jī)市場(chǎng)逐步走活。尤其是近年來(lái)隨著我國(guó)西氣東輸、石化、電力、通信等重大項(xiàng)目的建設(shè)，和分布式能源系統(tǒng)的試點(diǎn)建設(shè)，我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)總體需求訂單呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但國(guó)產(chǎn)燃機(jī)所占市場(chǎng)份額仍舊相對(duì)較小。GE、阿爾斯通、西門(mén)子等國(guó)外大公司的產(chǎn)品大約占據(jù)我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)份額的80%，我國(guó)自主研制燃機(jī)只占約20%的份額。
2009年至今，歐美的燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)始終處于增長(zhǎng)狀態(tài)，美國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)的平均市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)率為17.7%，英國(guó)為15.8%，日本為14.9%。目前，我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)的平均市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)率為13.8%，但隨著我國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型和節(jié)能減排的進(jìn)一步深入，燃?xì)廨啓C(jī)的使用范圍將更廣，增長(zhǎng)空間十分廣闊，我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)口總量自2005年來(lái)一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)，就是明顯的例證。
燃?xì)廨啓C(jī)只有通過(guò)長(zhǎng)期的使用才能發(fā)現(xiàn)不足并不斷改進(jìn)。不少國(guó)內(nèi)用戶在采購(gòu)時(shí)只考慮滿足自身需求，更傾向于直接采購(gòu)國(guó)外現(xiàn)成的設(shè)備。而對(duì)處于試用或者還在推廣中的國(guó)產(chǎn)裝備信心不足，從而讓國(guó)產(chǎn)裝備無(wú)法在使用和市場(chǎng)實(shí)踐中持續(xù)改進(jìn)更新。作為中國(guó)工業(yè)的推進(jìn)者，國(guó)內(nèi)用戶有責(zé)任和義務(wù)幫助我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)在使用實(shí)踐中不斷完善。
燃?xì)廨啓C(jī)與航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)都屬高溫高壓渦輪機(jī)械裝備，工作原理相同，核心技術(shù)相似，燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過(guò)程中與航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有很多共性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展也促進(jìn)了燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，如QD-128燃?xì)廨啓C(jī)的前身是“昆侖”航空發(fā)動(dòng)機(jī)。
燃?xì)廨啓C(jī)不僅更具有多樣性、復(fù)雜性的技術(shù)特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域較之航空發(fā)動(dòng)機(jī)也更為廣泛。發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)，提高國(guó)產(chǎn)燃機(jī)的使用推廣也有助于國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展更關(guān)系到能源、交通、環(huán)保等國(guó)計(jì)民生的發(fā)展。在制造技術(shù)有所突破的背景下，通過(guò)市場(chǎng)、經(jīng)濟(jì)、財(cái)政扶持國(guó)產(chǎn)裝備的推廣，先用起來(lái)，在長(zhǎng)期的使用中逐步提高性能，同等條件下優(yōu)先采購(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用和政策扶持的雙重支撐下促進(jìn)我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
