探索燃气轮机技术：从总体设计到高效率压气机与低污染燃烧室研发

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    研究领域

    以舰船和工业用中等功率轻型燃气轮机产品的研制与应用为指引，进行燃气轮机相关的基础研究，开展关键技术的研发工作，推进系统集成的创新活动，实施产品的研制以及进行应用示范。

    研究方向

    燃气轮机的总体设计技术包括：以燃气轮机作为核心的先进动力系统的总体性能设计以及总体结构设计技术的研究；整机性能的计算方法、计算模型的开发以及软件的编写；燃气轮机设计、研发、制造与集成过程中的数据管理。

    高负荷高效率多级轴流式压气机的设计技术包含多个方面。其中包括对压气机设计方法进行研究；对压气机内部的复杂流动展开研究；对流动失稳以及流动控制方法进行研究；还有相关的压气机实验以及测试技术的研究。

    四是开展相关燃烧室的实验与测试技术研究。

    相关透平实验与测试技术研究：这也是高温透平气动及叶片冷却设计技术的一部分。

    发动机结构强度与可靠性的研究涵盖以下方面：一是轻型燃气轮机以及航空发动机的结构强度和可靠性技术方面的研究；二是典型构件结构疲劳理论的研究；三是系统试验验证以及适用性的评定。

    燃气轮机的控制技术与系统集成方面：进行燃气轮机调节控制系统的开发；开展燃气轮机相关系统的集成、综合利用以及能源工程技术的研究。

    人员组成

    有 32 名职工。其中有 4 人处于正高级岗位。有 11 人处于副高级岗位。还有 1 名在站博士后。有 30 名在读研究生。

    2023年项目情况

    2023 年度有在研项目 24 项。新争取到各类项目 9 项，其中包含 1 项国家自然科学基金面上项目、1 项 HZ 预研项目、1 项院重点部署项目、1 项“LJ”参研项目以及 5 项企业委托项目。同时，有 5 项项目结题并通过验收。

    2023主要成果与工作进展

    在型号研制方面，“30MW 燃机国产化研制与应用”这一项目通过了成果鉴定。在管道压缩驱动领域，与国家管网集团西部管道公司开展合作的燃气发生器国产化研制与应用项目已顺利完成，并且该项目稳定运行的时间超过了 4000 小时。在分布式发电领域，与河南利源煤焦集团有合作。建成了 30MW 燃气轮机分布式电站，并且该电站一直在持续进行技术改进。其中完成了焦炉煤气增压系统的改造，还完成了柴油点火改天然气点火的技术升级。

    在基础研究方面，“舰船压气机”项目完成了 8 级缩尺压气机实验，该实验在低工况（70%转速）下的稳定裕度达到了 30.7%；同时完成了 17 级轴流压气机燃气发生器试车，其设计点的绝热效率达到了 87.1%；并且形成了单轴多级轴流压气机的气动设计方法和平台；此外，还完成了专题成果评审，进行了项目第 2 个里程碑节点检查，以及完成了项目验收及绩效自评价评审。“长寿命透平叶片气热耦合”项目实现了透平初温 1600℃重型燃机大尺寸透平叶片高效长寿命冷却设计技术的突破。取得了在冷气量不超过 10%的情况下，透平一级静叶高温高压试验的平均综合冷效大于 0.65的成果。完成了项目第 2 个里程碑节点的检查。完成了项目的验收以及绩效自评价评审。燃机带涂层涡轮叶片进行了长时服役。完成了里程碑节点的检查，还进行了 930℃持久试验 4000h 以上，以及疲劳试验 96 万循环周次（3900h 以上），开发了 1 个寿命计算管理软件。基金委国家重大科研仪器研制项目提出了新原理，包括等离子体高频响动态压力测量、失稳先兆及时预报、低熵产自适应扩稳调控，还形成了关键技术。该项目完成了高负荷压气机流动失稳监测与调控实验装置的研制，并通过了验收。煤先导项目课题中的中低热值燃料燃气轮机联合循环发电关键技术与示范，完成了相关工作。其中包括中低热值燃料干式低排放燃烧室方案设计，以及单头部模型燃烧室的试验验证，经验证燃烧效率≥99.5%，NOx 排放≤50 mg/Nm3。同时，还完成了中低热值燃料燃气轮机数字孪生模型设计。

    本年度发表的学术论文有 52 篇。其中 11 篇被 SCI 收录，3 篇被 EI 收录。申请的专利有 32 件，授权的发明专利有 11 件，这里包含 1 项国际专利和 1 项二级专利。申请的软件著作权有 6 件，获得登记的有 7 件。“高负荷压气机非定常流动机理与智能调控方法”获得了“中国工程热物理学会科学技术一等奖”。

    主  任：杜  强