亟待攻克的核心技术

　　重型燃气轮机（以下简称重燃），是名副其实的大国重器。作为迄今为止热／功转换效率最高的动力机械，广泛应用于机械驱动（如舰船、火车）和大型电站。我国现已具备轻型燃机（功率5万千瓦以下）自主化能力；但重燃（功率5万千瓦以上）仍基本依赖引进。重燃发电机组作为大电网调峰容量的最佳选择，在国家能源安全中扮演着无可替代的角色。没有自主化能力，意味着我国能源安全的重要一环，仍然受制于人，有被“卡脖子”的风险。

极致技术：对质量和性能近乎变态的追求

　　作为一种旋转叶轮式热力发动机，燃气轮机的叶片是最重要的核心部件之一。它要在℃—℃的高温下长期稳定地工作，目前没有任何金属可以做到。

　　极限工况催生出极致技术，除了消除晶界、提高所用材料本身的强度之外，只有靠冷却：叶片是中空的，以通冷却空气；表面有陶瓷涂层、冷却气膜，使它跟高温燃气隔离，等等。而“晶界”的消除也是一个极复杂的过程。“晶界”是把熔化的液态金属浇入模具，等它凝固；在显微镜下看其金相，呈现形似“干裂农田”状的缝隙。消除“晶界”，包括精确的温度控制，精密铸造、定向／拉单晶等工艺。其核心部件的毛坯都来自国外；核心设备单晶炉，也须国外进口。

　　更关键的是，以上所有环节，任何一项技术参数都不能有丝毫偏差，这是它跟常规制造流程最大的不同，常规制造中还有一个容错裕量；而“极限制造没有：叶片是空心的、又很薄，除了精铸，目前没有其他工艺可以做出来；铸造过程中，材料的夹渣、裂纹、疏松、气孔以及变形等，都会影响叶片的强度和性能。因为“它要靠很多极限手段硬让它变得可能”。所以，偏差根本不能容忍、不被允许，这是一种对质量和性能疯狂到近乎变态的追求。

体系差距：即使有钱也不知从哪下手

　　国际知名的重燃厂家，有美国GE、日本三菱、德国西门子、意大利安萨尔多4家，与国内三大动力合作的也是这4家。但他们都附带苛刻条件：设计技术不转让，核心的热端部件制造技术也不转让，仅以许可证方式许可本土制造非核心部件。

　　这两条注定了，我们要什么样的重燃、能要到什么样的重燃，只能听从人家的意志。国内上的重燃发电机组，设备运维、备件提供完全受制于人，长期安全稳定运行堪忧；本土制造的许可证又都有期限，到期之后能否付钱再延还是问题。所谓“卡脖子”，莫此为甚。

　　跨国公司秘不示人的技术，是真正的核心技术。顾春伟表示，重燃三大部件（压气机、燃烧室、燃气透平）的设计都是难上加难，因为它们需要“大量基础研究支撑”和“长期试验验证及经验积累”，没有长期积累，“即使有钱你也不知从哪儿下手”。

　　以叶片为例。即使分毫不差做足各种极致功课，叶片材料仍是有寿命期限的：重燃叶片，寿命在3万-5万小时不等，到期必须报废。

　　怎么证明5万小时安全运行没问题？材料试验必不可少。试想，一年多小时，5万小时要做将近6年，“这还只是做一轮配方、一轮工艺所需时间”，所以，它意味着巨量的投资、巨量的耗时和巨量的数据采集，而且每一步都必须亲历亲为，否则就“不知其所以然”。

　　“尽早建立起我国完整的设计体系、试验验证体系，才是重燃自主化的关键所在”，中国联合重型燃气轮机技术有限公司负责人如是说。

三位一体：工匠的经验仍不可或缺

　　叶片精铸过程中，“拉单晶”工艺很有画面感。

　　一般的铸造，是把金属液浇入模坑、自然冷却，出来的是多晶体，就会有晶界。而透平叶片单晶/定向铸造，“是在底下选一个晶体，让它慢慢往上走；上面保持高温，还是液体；然后这个界面一点点往上冷却，所以凝固时间特别长”。

　　顾春伟称之为“多物理场耦合”，即制造流程中，每一环节涉及各种细节的工艺控制，这种控制又受到各种物理条件的影响，比如湿度、温度、速度等控制下的成型，“每一步都是工匠、工艺、设备的‘三位一体’”。

　　三位一体中，设备当然必不可少，“先进单晶炉须从德国进口，国产的目前仍不完善。但光强调设备也不行”。单晶制造过程中，涉及多个环节、多位顶尖高手，每人各管一段，相互不可替代。包括所有的参数控制、补偿等，既靠数据标准，更有“手上的功夫”，也就是经验积累。因为“多物理场耦合”中，没有一把尺子可以包打天下。这是基于大数据的3D打印仍无法终结工匠的道理，也是我国高端制造流程中目前最紧缺的一环。

（来源：科技日报）