国产300兆瓦级F级重型燃气轮机首次点火成功，中国工业技术再获突破

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    文/孙行者

    进入 21 世纪后，中国在工业和制造业的多个领域取得了众多技术突破。许多在过去被国内视为“现代工业皇冠上的明珠”的产品和技术，正逐个被我们成功拿下。其中，由中国完全自主研发的 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机，是我们的一项全新成果。央视新闻客户端报道，中国联合重型燃气轮机技术有限公司研制出的 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机，在上海首次点火并获得成功。这表明中国自主研制的在最大功率和最高技术等级方面的重型燃气轮机取得了重要的进展，并且已全面进入整机试验验证的阶段。

    （国产300兆瓦级F级重型燃气轮机）

    很多人或许乍一听“300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机”，会觉得它有点拗口且陌生。甚至有一些人不太清楚它为何是一款有着“国之重器”地位的产品。简单来说，在整个世界范围内，能够完全掌握并自行研制重型燃气轮机的国家只有 4 个。如果把范围缩小一些，那就只有 4 家企业，分别是美国通用电气公司、德国西门子公司、意大利安萨尔多工业公司和日本三菱重工集团。都只得以一种“低姿态”去向它们寻求购买。

    （国产300兆瓦级F级重型燃气轮机）

    燃气轮机是如今各种热功转换设备中效率最高的一种，可达蒸汽轮机效率的约 2 倍。它还有着“胃口好”的优点，能使用多种燃料实施运转。并且调峰能力很强，可在几十秒至几分钟内快速提高做功效率或调整发电出力。正因如此，对于任何现代国家而言，燃气轮机在民用和军用领域都有着巨大的使用价值。

   

    （国产300兆瓦级F级重型燃气轮机）

    这其中，有一类重型燃气轮机，它的燃烧室温度高且出力大。这类重型燃气轮机是所有燃气轮机中研制难度最高、技术最为复杂的。以温度和出力这两个指标进一步细分的话，重型燃气轮机可以分为难度相对较低的 E 级，难度居中的 F 级，以及难度最高的 H 级和 J 级。此次成功点火的国产新型重型燃气轮机，其出力可达 300 兆瓦，这种国产新型重型燃气轮机是 F 级重型燃气轮机。此类机种的出力范围在 200 兆瓦到 300 兆瓦左右。

    （重型燃气轮机的涡轮叶片生产加工难度极大）

    那么，为何重型燃气轮机的技术难度高呢？尤其是中高难度的 F 级、H 级和 J 级燃气轮机。原因其实主要在于温度和出力这两方面。为实现更高的热功转换效率，燃气轮机的燃烧室需承受超过 1200 摄氏度的高温，涡轮叶片也需如此。一些 J 级燃气轮机的温度甚至会达到 1600 摄氏度以上。这对相关零部件的耐热能力提出了极为苛刻的要求，同时也对其冷却能力提出了苛刻要求，甚至会引入昂贵且复杂的航天材料和技术。这种耐高温能力不仅要足够，还要足够长久，这样才能让燃气轮机长时间全速运转。同时，飞速旋转的涡轮叶片要承受巨大的离心力，其叶片边缘部位的运动速度能达到 1.5 倍至 1.7 倍音速。在这种工作状态下，涡轮叶片绝不能有超出规定误差的变形。所以说，一个国家若能吃透重型燃气轮机，那么它必定在冶炼业、化工业以及材料学等领域都达到了极高的水平。不然的话，根本就无法叩开重型燃气轮机的技术大门。

    （重型燃气轮机）

    中国是重型燃气轮机领域的后起之秀。即将全面进入整机试验验证阶段的 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机，基本已代表了国内目前的最高水平。中国通过引进和与外资合作的方式，制造过更高端的 H 级重型燃气轮机。但论及具有 100%自主知识产权的最新产品，依然是 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机。诚然，这表明我们在这一领域与美国、日本、德国和意大利尚有一定差距。然而，这一差距正以肉眼可见的速度迅速缩小。至少，已不再是那种让人深感压抑的“人有我无”的状况。也就是说，中国在很大程度上已经摆脱了被“卡脖子”的局面。有理由相信，接下来我们必定会对难度与水平更高的 H 级和 J 级重型燃气轮机展开冲击。这样做之后，我们能够彻底打破外界的所有“技术垄断”。

    (“伊丽莎白女王”级航母)

   

    说到这里，笔者在网络上察觉到一种有趣的声音。部分网友和军迷认为，中国在出力高的重型燃气轮机领域取得了新成就，那么相关产品是否可以发展衍生出供大吨位舰艇使用的舰用燃气轮机呢？甚至是否可以供未来的 10 万吨级国产航母使用呢？以英国皇家海军的“伊丽莎白女王”级航母为例，它搭载了 2 台 MT-30 燃气轮机。单台 MT-30 燃气轮机的出力能达到 40 兆瓦。在 2 台总出力为 22 兆瓦的柴油机组的辅助作用下，MT-30 燃气轮机能够驱动这款 7 万吨级的航母达到约 27 节的最大航速。国产新型 F 级重型燃气轮机的出力能达到 300 兆瓦。在此基础上研发一款出力相对较小且适合成为舰艇动力的舰用燃气轮机，似乎是可以的。不过，笔者要给这个想法浇一盆冷水，这件事实现的概率可能不大。

    （舰用燃气轮机有很多特殊要求和指标）

    国产 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机首次成功点火。它基本只会用于民用领域，比如发电以及服务于工业生产等。即便发展出一款出力适合大型舰艇使用的型号，也很难实现上舰。原因在于，这款重型燃气轮机从研发伊始就未考虑过上舰，在适装性方面天然不适合充当舰用主机。军舰使用的舰用燃气轮机与民用燃气轮机相比，不仅要追求同样的出力和热功转换效率，而且对燃气轮机的体积有严苛要求，对燃气轮机的重量有严苛要求，对燃气轮机适应恶劣工况的能力也有严苛要求。

    （舰用燃气轮机的安装位置）

    简单来说，舰用燃气轮机要尽量减少对舰内舱室空间的占用，这样能让舱室结构和功能的划分更合理；重量要尽可能变轻，以此减少对舰艇排水量的占用，并且便于全舰重量的分配和重心配平；适应恶劣工况的能力要尽可能增强，尤其在舰内封闭舱室导致的高温以及高海况带来的大幅摇摆环境中，要能实现稳定运转。这些之外，舰用燃气轮机需要尽力降低运转时产生的噪音，并且需要尽力降低运转时产生的震动。这些军标通常是民用产品不会特意去提高研制难度以追求的。

    （中国在重型燃气轮机领域取得巨大突破）

    不过无论怎样，国产 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机首次成功点火了。这意味着国内在该领域取得了新的突破，而且是巨大的突破，值得所有人给予肯定。等待中国摘取的“现代工业皇冠上的明珠”，其数量注定会越来越少。