东方汽轮机：燃气轮机产业线发展加速 助力保障能源安全

中国“争气机”F级50兆瓦重型燃气轮机、华龙一号核电机组等重装，都在这里诞生……7月4日，在中小型燃机现代产业链共链会议暨2024燃机产业发展大会上，又一国内首台自主研制15兆瓦重型燃气轮机（以下简称“G15”）在东方电气集团东方汽轮机有限公司（以下简称“东方汽轮机”）正式下线，标志着东方汽轮机自主燃机系列化取得重大突破。

据悉，这是东方汽轮机自主燃机系列化研制的第二个型号产品，项目于2019年启动，2021年完成概念设计，2023年完成整机施工设计并开始整机部件制造，现在即将开始进行试验。

G15功率为16.5兆瓦，热效率35%，透平进口温度约为1170℃，相较于同功率的火力发电机组，一年可减少碳排放超过15万吨，联合循环一小时发电量超过2.2万千瓦时，可以满足2500个家庭1天的用电需求。

据介绍，燃气轮机是以天然气、氢气等可燃气体作为燃料，将热能转化为机械能，并最终转化为电能的一种发电装备，广泛运用于分布式能源、管线运输、舰船驱动等领域，已渐渐成为国家能源电力结构调整的主力军。实现燃气轮机的智慧制造，提高燃气轮机产量，对实现“双碳”目标、保障国家能源安全、助力高质量发展具有重大战略意义。

国内首台自主研制15兆瓦重型燃气轮机

G15叶片装配

有何特点

结构更复杂、制造难度更大

2023年3月，我国首台具有自主知识产权的 F级50兆瓦重型燃气轮机（以下简称“G50”）在中国华电清远电厂正式投入商运，实现了我国自主重型燃机从“0”到“1”的突破。

相较于G50，G15燃机有何特点？

东方汽轮机全国重点实验室重型燃机装备研究所副主任程国强介绍说，G15燃机缩尺约0.6倍，整体结构更加集成化，结构更复杂，导致其制造难度更大。

以正在攻克的燃烧器部件为例，其组成零件形状异形、部分间隙狭窄、结构更为复杂，“燃机燃烧器的喷嘴工作温度超1000℃，且尺寸极小，一张 A4 纸张大小都没有，但它却由7个零件组成，其中涉及十多条焊缝。”程国强说，由于后期加工难度大，选择先加工再焊接，焊接以后的变形范围要求不能超过 A4 纸张厚度的 二 分之一，否则产品面临报废的风险。

“传统焊接工艺根本无法满足要求。我们采用了增材制造，采用3D打印技术来完成这个产品，解决了其易变形、难加工的问题。”2023年，东方汽轮机引入3D打印技术，利用激光束的热作用对一层层的金属粉末进行完全熔化、经冷却凝固后最终成型为燃烧器的喷嘴。

“前期联合供应商对粉末的选材、配比等做了十几个方案，也制定了几十组工艺参数。逐一比较，反复试验寻找最优方案。”程国强说，经历多次失败后，对3D打印技术认识越来越深，跨过粉末开发、工艺参数等“拦路虎”后，燃机零部件生产越来越高效，质量、尺寸精度也比传统焊接工艺更有保障。

有何突破

攻克六大核心关键技术难题

除了3D打印技术外，在G15的制造研发中，东方汽轮机还引进了多个先进焊接技术，如机器人焊接、自动化焊接等。

程国强介绍说，针对G15高温透平动叶片，采用了定向凝固技术，在合金液凝固过程中通过控制温度梯度，消除了横向晶界，显著提高了叶片的高温力学性能，保证了叶片服役时的安全可靠性。

同时，针对G15高温涂层采用了超音速火焰喷涂，2000℃以上的高温焰流，将粉末粒子加热到熔融或半熔融状态，以500—800米/秒的高速喷射至叶片等基材表面，从而形成组织均匀的防护涂层。

“如今，G15具备高度集成化，应用场景十分广泛，不仅可用于热电联产、分布式能源、海上平台发电，还可以和光伏、储能等绿色低碳技术耦合，构建可应用于医院、学校、小区、工业园区等不同场景的‘源网荷储’综合能源运用场景。”程国强说。

据介绍，在G50到G15系列自主燃机燃烧器的研制过程中，东方汽轮机攻克了高温合金材料加工技术、薄壁件精密加工控形技术等6大核心关键技术，彻底解决了燃烧器制造“卡脖子”难题，产线包含3D打印、激光自动焊、DMG加工中心、摇篮五轴铣等高端设备，可实现掺氢复杂结构喷嘴3D打印、薄壁件微变形焊接、高温合金异形件精密加工、燃烧器全维度尺寸检测等主要功能，具备每年配套15台份自主燃机燃烧器的能力。

在肩负起发展新质生产力的国之使命中，东方汽轮机不断满足产业发展要求，以新产业、新模式、新动能，践行高科技、高效能、高质量，成为增强新质生产力发展的生动实践。对构建安全、稳定、韧性的中小型燃机产业链，加快重型燃气轮机国产化、智慧化制造具有重大意义。

有何蓝图

燃气轮机产业线发展不断加速

从G50到G15，东方汽轮机的燃气轮机的产业线正不断加速。

程国强介绍说，继成功研制G50后，经多次迭代优化和模化设计，G15最终诞生，目前还在同步开展G80、掺氢、纯氢等燃机系列化产品的研制工作，加快形成燃机谱系，满足多样化的应用需求，助力我国能源结构的优化和调整，确保我国在能源领域的自主性和稳定性，进一步保障国家能源安全。

实现这一过程，离不开高额的研发投入。据了解，近年来，东方汽轮机的研发投入都保持在每年两位数的增长。依托三个国家级创新平台，不仅摘下了G50这一制造工业“皇冠上的明珠”，而且攻克了储能系统综合解决方案、太阳能光热发电汽轮机、工业驱动汽轮机等一系列技术难题。东方汽轮机也成功入选国务院国资委科改示范企业。

目前，东方汽轮机打造了国内首个燃机智慧制造基地，聚焦燃气轮机核心部件智能制造，5G、AI、大数据等数字技术，精密铸造、3D打印、工业机器人等先进制造技术，在基地实现深度融合。制造基地涵盖了燃气轮机从加工到总装关键工序的9条智慧化产线，可实现燃气轮机关键零部件敏捷生产，企业自主燃气轮机产能提升400%，助力中国燃机全产业链“新”的发展和全价值链“质”的跃迁。

当前，德阳正致力于打造世界清洁能源装备制造基地。作为这一赛道的主力之一，东方汽轮机瞄准储能、光热、地热、氢燃机、垃圾发电等战略性新兴产业，实现了重大突破，全球首个二氧化碳+飞轮储能、全球首个非补燃式压缩空气储能项目等重大项目陆续投运，综合能源系统解决方案等绿色低碳智能新产品也陆续上市。

 （闫新宇）

正在叠装的G15转子

（本文图片由东方汽轮机提供）