燃?xì)廨啓C(jī)尾筒密封件首輪國(guó)產(chǎn)化制造與掛機(jī)實(shí)驗(yàn)

王慶韌，賀杰

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州 516082)

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司一期工程3×390 MW級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用兩班制運(yùn)行的純發(fā)電模式，二期工程3×460 MW級(jí)機(jī)組采用連續(xù)運(yùn)行的熱電聯(lián)產(chǎn)模式，總發(fā)電容量2 550 MW，是中國(guó)大陸同時(shí)期內(nèi)最大的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠。由于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)技術(shù)話語(yǔ)權(quán)極度缺失，導(dǎo)致熱端部件采購(gòu)及修理維護(hù)費(fèi)用高昂[1-2]；因此，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行了多次國(guó)產(chǎn)化嘗試。但是，十多年過(guò)去了，其成效仍處于期待中，電廠仍在承受高成本之苦。

為盡快改變這種局面，電廠必須主動(dòng)作為。按照既定的戰(zhàn)略規(guī)劃《大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組商運(yùn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)籌與有序創(chuàng)新頂層設(shè)計(jì)研究及實(shí)踐》[2-3]以及《惠(粵)電燃?xì)廨啓C(jī)核心熱部件延壽及修理制造關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化深層規(guī)劃與可行性研究報(bào)告》[4]，電廠多年來(lái)進(jìn)行了一系列國(guó)產(chǎn)化探索，并取得了一定進(jìn)展和成效：從運(yùn)維策略優(yōu)化[3]到檢修作業(yè)本地化[5]；從逐步代替外方技術(shù)支持代表(technical assistance，TA)到獨(dú)立開(kāi)展振動(dòng)[6]及動(dòng)平衡研究、實(shí)現(xiàn)本地化燃燒調(diào)整[7-13]；從熱部件延壽修理非原廠化到制造技術(shù)半國(guó)產(chǎn)化[14]、國(guó)產(chǎn)化嘗試[15]。其中，燃?xì)廨啓C(jī)尾筒密封件延壽修理、制造國(guó)產(chǎn)化就是典型案例，也是按照從靜止件到轉(zhuǎn)動(dòng)件原則來(lái)有序推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化制造的最早案例。

國(guó)內(nèi)對(duì)F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)尾筒密封件國(guó)產(chǎn)化研究始于本項(xiàng)目。在此之前的國(guó)產(chǎn)化研究早期多集中于外圍設(shè)備及壓氣機(jī)裝置，取得過(guò)實(shí)際應(yīng)用業(yè)績(jī)[16-17]；后期多集中于系統(tǒng)集成及核心熱部件(如燃燒器及透平動(dòng)、靜葉)制造國(guó)產(chǎn)化及其工廠試驗(yàn)，僅個(gè)別文獻(xiàn)涉及燃燒器延壽修理，卻鮮有實(shí)際運(yùn)行業(yè)績(jī)[18]。

本項(xiàng)目專注于國(guó)內(nèi)主流廠家暫時(shí)無(wú)暇顧及或者未予重視，但不可或缺的眾多關(guān)鍵小型熱部件研究，特別是尾筒密封件的國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)研究，致力于嘗試一條速度較為激進(jìn)的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)路徑。

本文簡(jiǎn)單介紹了尾筒密封件原型結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)要論述開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化制造的必要性，提出國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)路線，分析國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)難點(diǎn)，闡述了國(guó)產(chǎn)化樣品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、試制與掛機(jī)試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析、討論。在概括主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)的同時(shí)，著重總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)及其帶來(lái)的啟示，提出粗略的建議，為第2輪延壽修理國(guó)產(chǎn)化技術(shù)研究、第3輪制造國(guó)產(chǎn)化技術(shù)研究提供借鑒，也為“兩機(jī)專項(xiàng)”提供參考。

1 燃?xì)廨啓C(jī)尾筒密封件延壽修理與制造國(guó)產(chǎn)化的必要性

1.1 尾筒密封件原型結(jié)構(gòu)及安裝位置

M701F3型燃?xì)廨啓C(jī)由燃燒室、透平、壓氣機(jī)等主要部件組成，每個(gè)燃燒室設(shè)置20個(gè)燃燒器，每個(gè)燃燒器包括內(nèi)筒、尾筒及燃料噴嘴3個(gè)主要組件。在尾筒與透平第1級(jí)靜葉處設(shè)計(jì)了1組尾筒密封件(含內(nèi)側(cè)出口密封與外側(cè)出口密封)，燃燒器結(jié)構(gòu)及尾筒密封件位置如圖1所示[13,16-17]，尾筒密封件結(jié)構(gòu)及安裝在尾筒上位置如圖2所示。

圖1 燃燒器結(jié)構(gòu)及尾筒密封件位置Fig.1 Structure of combustor and setting of transition piece outlet seal

圖2 尾筒密封件結(jié)構(gòu)及安裝在尾筒上位置Fig.2 Structure of transition piece outlet seal and connection with the transition piece

1.2 尾筒密封件延壽修理、制造國(guó)產(chǎn)化的必要性

在多年的運(yùn)行維護(hù)工作中，每次計(jì)劃?rùn)z修時(shí)都會(huì)發(fā)現(xiàn)尾筒出口密封件燒損嚴(yán)重，需要整體更換。近幾年雖然略有好轉(zhuǎn)，有極少片尾筒密封件也可再修復(fù)使用，但整體趨勢(shì)沒(méi)有根本改變。尾筒密封件價(jià)格較高，每套尾筒密封件(20組，40片)采購(gòu)價(jià)格約140萬(wàn)～150萬(wàn)元；每年檢修機(jī)組較多，僅一期工程3臺(tái)機(jī)每年至少有2臺(tái)機(jī)組檢修[2]。因此，開(kāi)展尾筒密封件國(guó)產(chǎn)化研究很有必要。

2 尾筒密封件國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)路線

尾筒密封件國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)路線有如下3個(gè)方面：

技術(shù)開(kāi)發(fā)方式。通過(guò)考察，確定與國(guó)內(nèi)實(shí)力較為雄厚的企業(yè)合作開(kāi)展軍民融合技術(shù)研發(fā)[19]。

技術(shù)開(kāi)發(fā)路線。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，先合作開(kāi)展技術(shù)研究，經(jīng)初步技術(shù)評(píng)估后，進(jìn)行小批量試制(試制樣品以1～3組為佳)，經(jīng)比較判定基本合格后進(jìn)行成組掛機(jī)實(shí)驗(yàn)(以轉(zhuǎn)子為中心，對(duì)稱地安裝)；若成功，則開(kāi)展成套試制(1套)、成套掛機(jī)實(shí)驗(yàn)；若成套掛機(jī)實(shí)驗(yàn)成功，則定型生產(chǎn)、大規(guī)模推廣應(yīng)用。

技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)度。2013年開(kāi)始聯(lián)合研制，2016年10月1日掛機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

3 尾筒密封件國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)難點(diǎn)

3.1 技術(shù)條件要求高

運(yùn)行中尾筒出口密封處有很高的溫度并承受著熱膨脹、熱對(duì)中、熱應(yīng)力、熱沖擊和熱腐蝕等一系列問(wèn)題；因此，尾筒密封件至少需要滿足以下技術(shù)條件：

a)耐高溫。對(duì)于M701F3燃?xì)廨啓C(jī)，天然氣與空氣在內(nèi)筒中燃燒的溫度約為1 350～1 450 ℃，燃燒后煙氣流至尾筒與第1級(jí)靜葉連接處時(shí)，煙氣溫度仍高達(dá)1 150～1 250 ℃。燃?xì)廨啓C(jī)供應(yīng)商為此開(kāi)發(fā)了專用材料并享受知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，即使在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)也要簽署保密協(xié)議；因此，首先要保證國(guó)產(chǎn)化研制品可正常工作在1 250 ℃或以上的高溫環(huán)境(氛圍)中。

b)長(zhǎng)壽命。應(yīng)滿足電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行要求(如長(zhǎng)檢修周期、低檢修費(fèi)用等)。

c)與第1級(jí)靜葉及尾筒的安裝配合尺寸，既要達(dá)到密封要求(煙氣泄漏會(huì)導(dǎo)致能量損耗、效率降低)，又不能妨礙3個(gè)部件(尾筒、尾筒密封件及第1級(jí)靜葉)的相對(duì)自由膨脹(妨礙膨脹則易使3個(gè)部件或其一受到損傷)。退一步講，萬(wàn)一發(fā)生碰磨，也要做到優(yōu)先磨損尾筒密封件以保護(hù)更重要部件(尾筒、第1級(jí)靜葉都很昂貴)。

3.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度高

基體材料的選取是最大難點(diǎn)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，保證基體材料能耐1 250 ℃或以上的高溫環(huán)境(氛圍)的路徑有三：一是選用合適的金屬材料，包括材料成份、理化特性、抗疲勞及熱變形等；二是實(shí)現(xiàn)較好的冷卻效果，包括冷卻孔的結(jié)構(gòu)、尺寸與冷卻空氣配置；三是應(yīng)用或開(kāi)發(fā)出優(yōu)良的涂層技術(shù)，增強(qiáng)耐高溫能力。因國(guó)內(nèi)用于發(fā)電的大型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)顯著落后于國(guó)際巨頭，加之電廠受技術(shù)能力、人力資源及生產(chǎn)任務(wù)所限，所以當(dāng)前只能通過(guò)軍民技術(shù)融合的方式尋求突破。

主體結(jié)構(gòu)制造工藝成形是另一難點(diǎn)。初步研究表明，除了冷卻孔加工及密封刷絲等后續(xù)制作之外，主體結(jié)構(gòu)制造工藝采用整體精鍛或整體精鑄方式，可使尾筒密封件內(nèi)、外表面光潔度非常好，結(jié)構(gòu)致密度、均勻度較好，比較耐腐蝕、耐磨損。在國(guó)內(nèi)，除了燃?xì)廨啓C(jī)廠家指定并簽署保密協(xié)議的外資企業(yè)之外，研制初期未找到具備這樣能力的加工、制造設(shè)備與企業(yè)(國(guó)內(nèi)近幾年已有大尺寸部件的加工設(shè)備和能力，如壓氣機(jī)葉片、透平葉片等[20-21])，因此需要研發(fā)新的制造工藝技術(shù)。

4 尾筒密封件國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)研發(fā)

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)原型件的深入對(duì)比研究，決定采用國(guó)內(nèi)的軍工材料代替進(jìn)口材料。

根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造經(jīng)驗(yàn)，采用了化整體為拆分、然后焊接組合并打磨光滑的工藝方法來(lái)代替原型件之整體精鍛或整體精鑄方式。

首輪國(guó)產(chǎn)化制造的尾筒密封件內(nèi)/外環(huán)整體結(jié)構(gòu)拆分成6部分單件(見(jiàn)表1)，其材料、工藝、質(zhì)量控制、零件及組件名稱、編號(hào)參照軍工產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如圖3、圖4所示。

圖3 外側(cè)出口密封組件(外環(huán))示意圖Fig.3 Layout of outside transition piece outlet seals

圖4 內(nèi)側(cè)出口密封(內(nèi)環(huán))組件示意圖Fig.4 Layout of inside transition piece outlet seals

4.2 試制工藝及標(biāo)準(zhǔn)

上述零部件試制工藝及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。其中：GB/T 14995為中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高溫合金熱軋板》；GJB 3020—1997、GJB 1952—1994分別為中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)《航空用高溫合金環(huán)坯規(guī)范》《航空用高溫合金冷軋薄板規(guī)范》；HB 5800—1999、HB/Z 61—1998、HB/Z 60—1996、HB 5489—1991分別為中華人民共和國(guó)國(guó)家航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《一般公差及公差與配合》《滲透檢驗(yàn)》《X射線照相檢驗(yàn)》《航空非金屬材料紅外光譜質(zhì)量控制》；WS9 7053—1996《GH605合金熱軋板材、冷軋薄板和帶材》以及Q/3B開(kāi)頭的標(biāo)準(zhǔn)為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 樣品組合成形

經(jīng)組合焊接、打磨光滑、密封(刷)絲焊接到位、加工冷卻孔、去毛刺成形等工序，完成了3組樣品的試制(密封絲尚未焊接)，如圖5所示。

圖5 尾筒密封件樣品與原型對(duì)比Fig.5 Contrast between the sample and the prototype of transition piece outlet seal

這些樣品必須滿足嚴(yán)格的技術(shù)要求：在外觀尺寸、裝配尺寸上要與原型件基本一致，并在氣孔出口處加大倒角，以防止疲勞工作時(shí)尖邊引起裂紋；在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上保持與原型件一樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并在排絲密度上有所提高，約增加5～10根/mm2，密封性能更好；從工藝方法和材料特性上，主體采用鍛件機(jī)加工制造技術(shù)，不僅保證產(chǎn)品尺寸一致性和裝配精度，還能增強(qiáng)產(chǎn)品的整體強(qiáng)度；同原型件一致的焊接方法和對(duì)上、下固定板的材料改進(jìn)，能夠滿足該產(chǎn)品之基材耐溫800 ℃的使用要求。

5 試制樣品到貨驗(yàn)收

5.1 驗(yàn)收方法

以廠家原型尾筒密封件為參照物，基于合作方自主檢測(cè)來(lái)評(píng)估；以合作方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)(可適度調(diào)整)，基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行外觀評(píng)價(jià)與到貨質(zhì)量驗(yàn)收。

表1 國(guó)產(chǎn)化制造的尾筒密封件構(gòu)成Tab.1 Composition of transition piece outlet seals by domestic manufacture process

表2 國(guó)產(chǎn)化制造的尾筒密封件工藝及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Domestic manufacture process and standards for transition piece outlet seals

5.2 驗(yàn)收意見(jiàn)

對(duì)到貨樣品(如圖6所示)，組織檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收情況如下：

圖6 到貨樣品Fig.6 Delivered sample

包裝完整，拆開(kāi)包裝后未發(fā)現(xiàn)密封組件有明顯刮傷、碰磨痕跡，刷子部位有專門(mén)防護(hù)薄膜包裹，樣品運(yùn)輸防護(hù)總體合格。

材質(zhì)報(bào)告、金相試驗(yàn)報(bào)告檢查均無(wú)問(wèn)題。

目視檢查外觀，未見(jiàn)明顯加工缺陷；測(cè)量部分尺寸，未見(jiàn)明顯偏離；隨機(jī)打點(diǎn)檢測(cè)，硬度合格；探傷報(bào)告，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；質(zhì)量有所增加(主要因?yàn)榉鈬?yán)環(huán)主體由鑄件改為鍛件后材料密度增加)，相差數(shù)值符合鍛、鑄件材料更換質(zhì)量比。

與尾筒進(jìn)行預(yù)組裝，發(fā)現(xiàn)有2組成品配合尺寸嚴(yán)重不合格，1組驗(yàn)收合格。

6 試制樣品掛機(jī)實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過(guò)研究決策，將驗(yàn)收合格的1組樣品進(jìn)行掛機(jī)實(shí)驗(yàn)。

6.1 掛機(jī)實(shí)驗(yàn)要求

最低限度：掛機(jī)實(shí)驗(yàn)期間不發(fā)生由該尾筒密封件引起的設(shè)備事故及人身傷害事件。

合格指標(biāo)：掛機(jī)實(shí)驗(yàn)達(dá)到1個(gè)檢修周期安全運(yùn)行目標(biāo)，即等效運(yùn)行8 000 h或啟停次數(shù)300，約相當(dāng)于兩班制運(yùn)行方式下長(zhǎng)壽命運(yùn)行18個(gè)月。

最佳目標(biāo)：安全運(yùn)行1個(gè)檢修周期后，損傷程度很低，甚至有望再安全運(yùn)行1個(gè)檢修周期。

以上是判定掛機(jī)實(shí)驗(yàn)是否成功、衡量首輪國(guó)產(chǎn)化制造是否成功的最直接、最有效方法。

6.2 掛機(jī)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。施工是靜止件的安裝且安裝工藝不復(fù)雜，所以不會(huì)增加安裝施工風(fēng)險(xiǎn)；因尾筒密封件安裝在燃?xì)廨啓C(jī)的燃兼壓缸內(nèi)，也不會(huì)增加人身安全風(fēng)險(xiǎn)。最大風(fēng)險(xiǎn)可能是：尺寸偏差使密封間隙增加、高溫?zé)煔饬啃孤┰黾樱谧顦O端時(shí)發(fā)生燃燒振動(dòng)幅值上升、葉片通道溫度(blade path temperature，BPT)偏差擴(kuò)大、氮氧化物排放增加、設(shè)備損傷加劇，造成部分負(fù)荷運(yùn)行。這些都是創(chuàng)新必然要承擔(dān)的代價(jià)，需要采取措施，抑制這些問(wèn)題發(fā)生。此外，還可能發(fā)生尾筒與第1級(jí)靜葉嵌合部位發(fā)生異常磨損，影響膨脹；極端情形下，損傷的碎片進(jìn)入透平側(cè)，則可能會(huì)導(dǎo)致透平部分發(fā)生損傷，影響機(jī)組安全運(yùn)行。綜合考察機(jī)組以往的實(shí)際運(yùn)行和檢查修理情況，可知這種風(fēng)險(xiǎn)很小，原因是：雖然原型尾筒密封件也發(fā)生過(guò)各種各樣損傷(如裂紋、燒蝕、碎塊脫落等)，甚至不可再繼續(xù)使用，但都沒(méi)有給機(jī)組(包括尾筒密封件之上、下游設(shè)備)帶來(lái)任何極其嚴(yán)重的后果。

設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)控制。有效進(jìn)行施工技術(shù)組織，確定樣品在燃燒室中的安裝位置以方便拆卸，抽調(diào)技術(shù)較強(qiáng)人員參加安裝施工以保證質(zhì)量與安全。分工協(xié)作，預(yù)控運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)，提前規(guī)劃運(yùn)維安全特別監(jiān)控措施與檢查、維修計(jì)劃，制訂應(yīng)急處理預(yù)案。

對(duì)外關(guān)系協(xié)調(diào)。掛機(jī)實(shí)驗(yàn)決定后，尾筒密封件國(guó)產(chǎn)化制造行跡隨即曝光，招致燃?xì)廨啓C(jī)廠家迅雷、激烈的反彈，尾筒回裝工作被無(wú)限期暫停。經(jīng)過(guò)連續(xù)幾個(gè)回合的談判，形成了自說(shuō)自話、各負(fù)其責(zé)、心照不宣的共生、共抗、共存態(tài)勢(shì)。由于檢修作業(yè)很早之前就實(shí)現(xiàn)了本地化，技術(shù)人員也具備了國(guó)外TA的水平，電廠把握了主動(dòng)性，使檢修承包商按“我”所想行事，尾筒回裝工作很快得以恢復(fù)。

風(fēng)險(xiǎn)損失對(duì)沖。預(yù)研可能的損失及損失對(duì)沖措施，協(xié)調(diào)財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn)運(yùn)作，其中保險(xiǎn)責(zé)任是否必須變更，是又一個(gè)需要溝通的重點(diǎn)問(wèn)題。好在談判中發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)相關(guān)條款似乎涵蓋了此項(xiàng)內(nèi)容，并且最不利的預(yù)測(cè)下人身與財(cái)產(chǎn)損失也很?。凰?，財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)際并未成為大的阻礙。

6.3 掛機(jī)實(shí)驗(yàn)施工

將樣品與原型尾筒密封件進(jìn)行尺寸對(duì)比，其長(zhǎng)度、寬度、弧度等尺寸基本吻合。將樣品在燃兼壓缸外試裝也較順暢，與原型件安裝基本無(wú)差異。

根據(jù)尾筒密封件組裝要領(lǐng)，完成尾筒在燃兼壓缸內(nèi)的完全組裝后，對(duì)尾筒密封件進(jìn)行裝配尺寸測(cè)量檢查，其與透平第1級(jí)靜葉、相鄰的密封件之間配合良好，且測(cè)量的數(shù)據(jù)都符合安裝要求。

6.4 掛機(jī)實(shí)驗(yàn)初步考驗(yàn)

順利通過(guò)機(jī)組檢修后首次冷態(tài)啟動(dòng)及燃燒調(diào)整試驗(yàn)等環(huán)節(jié)的考驗(yàn)，繼續(xù)維持掛機(jī)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。

6.5 運(yùn)行異常之特別監(jiān)控案例

在特別監(jiān)控過(guò)程中，僅發(fā)生過(guò)1次運(yùn)行參數(shù)異?，F(xiàn)象：當(dāng)時(shí)機(jī)組降負(fù)荷至260 MW，報(bào)“GT NO.1 BLADE PATH TEMP VARIATION LARGE OVER”報(bào)警(燃?xì)廨啓C(jī)1號(hào)BPT偏差過(guò)大)，最大達(dá)-37 ℃，20號(hào)BPT溫度偏差最大為-28 ℃，約10 s后報(bào)警自動(dòng)復(fù)歸。其他BPT溫度正常，燃燒壓力波動(dòng)監(jiān)控畫(huà)面有16號(hào)燃燒器“LOW”補(bǔ)償報(bào)警。

另外，機(jī)組降負(fù)荷過(guò)程中，負(fù)荷瞬時(shí)下降約有10 MW，并隨即升回。50 min后，分散式控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)報(bào)10號(hào)BPT、1號(hào)BPT偏差大報(bào)警(10號(hào)BPT偏差最大為-42 ℃，1號(hào)BPT偏差為-38 ℃)，壓力波動(dòng)監(jiān)控畫(huà)面上再報(bào)16號(hào)燃燒器“LOW”補(bǔ)償報(bào)警。

經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)天天然氣中CH4含量(體積分?jǐn)?shù))最高上升至約97.3%，偏離燃燒調(diào)整設(shè)定的基準(zhǔn)，其他并無(wú)異?，F(xiàn)象(數(shù)據(jù))。電廠燃燒調(diào)整小組會(huì)商結(jié)論是：天然氣CH4含量較平常偏高造成了BPT偏差大，與尾筒密封件無(wú)關(guān)。

6.6 掛機(jī)實(shí)驗(yàn)定期檢查結(jié)果

依據(jù)定期檢查預(yù)案，利用節(jié)假日調(diào)停時(shí)機(jī)，對(duì)掛機(jī)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的國(guó)產(chǎn)尾筒密封件進(jìn)行了第1次拆除檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)尾筒密封件樣品冷卻孔處裂紋嚴(yán)重(如圖7所示)，中間冷卻孔處幾乎完全裂開(kāi)，其背部較腹部裂紋更長(zhǎng)、更深，但其他原型件幾無(wú)缺陷。

圖7 尾筒密封件裂紋Fig.7 Cracks on transition piece outlet seals

根據(jù)多年檢修經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)，此樣品若繼續(xù)掛機(jī)運(yùn)行將存在較大安全隱患，故更換、安裝了原型件。

6.7 掛機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

本次尾筒密封件首輪國(guó)產(chǎn)化制造與掛機(jī)實(shí)驗(yàn)，盡管領(lǐng)先國(guó)內(nèi)電廠在大型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)上邁出了國(guó)產(chǎn)化制造的第1步，實(shí)現(xiàn)了首次掛機(jī)實(shí)驗(yàn)及運(yùn)行實(shí)踐；但是，產(chǎn)品壽命未達(dá)到運(yùn)行1個(gè)檢修周期的預(yù)期。對(duì)電廠來(lái)說(shuō)，這樣短的部件壽命離實(shí)用性還差得很遠(yuǎn)，值得深思：

a)從掛機(jī)實(shí)驗(yàn)后檢查結(jié)果來(lái)看，雖然國(guó)內(nèi)冷卻孔加工工藝已具有相當(dāng)?shù)乃剑敬卧囍频臉悠分欣鋮s孔周圍出現(xiàn)過(guò)多裂紋，說(shuō)明過(guò)渡不夠圓滑、定位不夠精準(zhǔn)、加工手段離國(guó)際先進(jìn)水平還有很大的差距。

b)從部件成形工藝來(lái)看，分散組合顯然不如整體成形。但對(duì)于整體鑄造、整體鍛造、整體精鍛等整體成形工藝，哪種較為合適、如何達(dá)到品質(zhì)控制，顯然是非常重要的技術(shù)問(wèn)題。

c)從材料上來(lái)看，存在諸多疑問(wèn)，例如：航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料，甚至國(guó)內(nèi)所說(shuō)的燃?xì)廨啓C(jī)材料[22]是否可以用于發(fā)電用重型燃?xì)廨啓C(jī)，是否需要不同的熱處理技術(shù)，是否需要仿照透平葉片增加或改善涂層[23]，等等。顯然，航空發(fā)動(dòng)機(jī)與重型燃?xì)廨啓C(jī)在材料技術(shù)上存在相當(dāng)大的差異，前者注重推力，后者注重壽命[24]，這對(duì)于重型燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片、燃燒器及其噴嘴等熱部件尤其重要，特別是材料的熱變形[16]。這預(yù)示著軍民技術(shù)融合之路還很漫長(zhǎng)而艱難。

d)本次尾筒密封件首輪國(guó)產(chǎn)化制造樣品，僅憑技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)與感覺(jué)來(lái)驗(yàn)收，雖然嚴(yán)肅認(rèn)真，但終究無(wú)法探知復(fù)雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部是否有制造性缺陷；因此，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的超聲探傷技術(shù)，也應(yīng)提上日程，這對(duì)“兩機(jī)專項(xiàng)”具有重要的提醒作用，即很多技術(shù)研究都要齊頭并進(jìn)、統(tǒng)籌推動(dòng)。

本次尾筒密封件首輪國(guó)產(chǎn)化制造與掛機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新(包括“兩機(jī)專項(xiàng)”)帶來(lái)了重大啟示與思考；

a)充分暴露了電廠與國(guó)內(nèi)合作方在燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)上的短板：一是技術(shù)路線上延用航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造與試驗(yàn)思路，對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)之間的技術(shù)差異未有深刻體驗(yàn)，這是本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果未完全達(dá)到預(yù)期的主要原因(前幾年E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)制造的R0110型在深圳某電廠試產(chǎn)中止，也有這種技術(shù)路線的原因)；二是設(shè)計(jì)制造過(guò)程與實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合不夠，理想與理論色彩較濃，失敗概率偏大；三是技術(shù)創(chuàng)新從來(lái)都不是一帆風(fēng)順的，燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化之路也并非坦蕩，所以最應(yīng)吸取的教訓(xùn)是戒急用忍。

b)不進(jìn)則退。這些年來(lái)，與國(guó)際先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)相比，技術(shù)差距進(jìn)一步擴(kuò)大，如日本三菱研制了1 700 ℃燃?xì)廨啓C(jī)，出品了增強(qiáng)型JAC燃?xì)廨啓C(jī)，等等。其中重要的原因可能有以下幾方面：一是前些年國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新走了一條彎路，先是市場(chǎng)并未換來(lái)技術(shù)，后是產(chǎn)業(yè)鏈各方各家在技術(shù)方向上無(wú)法形成合力，在商業(yè)運(yùn)作上未形成利益分享格局，痛心地延擱了數(shù)年的追趕光陰。二是當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)對(duì)“依托能源工程”[25]、建設(shè)“示范工程”[26]的理解各有不同，發(fā)展前景仍不明朗，尤其在“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”各層面、各環(huán)節(jié)中，作為最底層、最終“用”環(huán)節(jié)的電廠，對(duì)創(chuàng)新的需求最強(qiáng)烈，具有強(qiáng)大的創(chuàng)新?tīng)恳σ约皩?shí)驗(yàn)、實(shí)踐能力，但在國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新活動(dòng)中未獲足夠的重視。三是燃?xì)廨啓C(jī)由眾多復(fù)雜部件構(gòu)成，每一個(gè)部件對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)壽命安全運(yùn)行都有著嚴(yán)重影響，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化，需要將各種部件協(xié)調(diào)一致地實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，否則個(gè)別部件就成“梗阻”。為了改變這種局面，在進(jìn)行國(guó)家層面的燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新時(shí)應(yīng)對(duì)此加以關(guān)注。

c)對(duì)于本次尾筒密封件首輪國(guó)產(chǎn)化制造與掛機(jī)實(shí)驗(yàn)，事先、事中皆未聲張，減緩了對(duì)外、對(duì)內(nèi)的心理沖擊，恰當(dāng)?shù)牡驼{(diào)策略使過(guò)程推展相對(duì)順利，避免了尷尬后果，使正面意義得以維持；因此，掛機(jī)實(shí)驗(yàn)成功前的每一步研究成果雖可喜可嘉，但建議不必大張旗鼓地宣傳、夸大。掛機(jī)實(shí)驗(yàn)成功并長(zhǎng)壽命安全運(yùn)行才是檢驗(yàn)產(chǎn)品研發(fā)是否成功的試金石。

7 總結(jié)

7.1 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

a)針對(duì)F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)，特別是M701F3型燃?xì)廨啓C(jī)，率先在國(guó)內(nèi)電廠開(kāi)創(chuàng)了燃?xì)廨啓C(jī)熱部件國(guó)產(chǎn)化聯(lián)合研發(fā)與制造進(jìn)程，首先從尾筒密封件開(kāi)始，并且完全由國(guó)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合完成，提前一年踐行了發(fā)改能源〔2017〕920號(hào)文件精神[25]。

b)在國(guó)內(nèi)第一家進(jìn)行了F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化制造部件的掛機(jī)實(shí)驗(yàn)，且是在正常運(yùn)行機(jī)組上進(jìn)行掛機(jī)實(shí)驗(yàn)，在采取特別監(jiān)控措施的基礎(chǔ)上做到了科研、生產(chǎn)兩兼顧，實(shí)現(xiàn)了最低限度的技術(shù)指標(biāo)：自國(guó)產(chǎn)尾筒密封件掛機(jī)試運(yùn)至定期檢查時(shí)，機(jī)組安全運(yùn)行5個(gè)月，等效運(yùn)行2 064 h，啟停次數(shù)81。

c)在F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化方面，開(kāi)啟了國(guó)內(nèi)首次軍民融合技術(shù)開(kāi)發(fā)的嘗試，取得了一系列頗有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)與體會(huì)，可為“兩機(jī)專項(xiàng)”等重型燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化提供借鑒與參考。這也是本次尾筒密封件國(guó)產(chǎn)化及掛機(jī)實(shí)驗(yàn)所取得的最大附加成果。

7.2 淺略建議點(diǎn)

a)對(duì)電廠而言，其在燃?xì)廨啓C(jī)修理、制造上的技術(shù)能力先天不足，必須依靠產(chǎn)業(yè)鏈上游各環(huán)節(jié)；所以仍需保持耐心，加強(qiáng)聯(lián)系，積極爭(zhēng)取并創(chuàng)造有利時(shí)機(jī)與因素，進(jìn)一步促進(jìn)“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”有機(jī)結(jié)合。對(duì)下一步的國(guó)產(chǎn)化制造，仍需穩(wěn)步推展，保持進(jìn)取心和持久力，如尾筒密封件第2輪國(guó)產(chǎn)化制造嘗試，謹(jǐn)慎的措施之一是將其放在修理國(guó)產(chǎn)化取得一定成效后再擇機(jī)擴(kuò)大成果。

b)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈而言，由于燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中存在很大的意外風(fēng)險(xiǎn)(尤其是掛機(jī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中)，是電廠不能承受之重；因此，建議及早讓電廠介入整個(gè)創(chuàng)新進(jìn)程中，將風(fēng)險(xiǎn)把控于前，最大限度地減少失敗幾率，加速國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

c)從政策支持層面來(lái)說(shuō)，盡管國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)了若干意見(jiàn)[25-26]，但由于掛機(jī)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)技術(shù)成功與否的必不可少環(huán)節(jié)，也是最終、唯一的有效手段；因此，建議在國(guó)家層面上出臺(tái)必要的、具有可操作性的創(chuàng)新激勵(lì)與責(zé)任豁免實(shí)施細(xì)則，以使掛機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻玫诫姀S足夠的響應(yīng)與有力支持。

7.3 結(jié)束語(yǔ)

F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)尾筒密封件首輪國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)研究與掛機(jī)實(shí)驗(yàn)，是國(guó)內(nèi)首次嘗試，不僅獲得了一定運(yùn)行實(shí)績(jī)，而且得到了許多有價(jià)值的體驗(yàn)與啟示。在當(dāng)前國(guó)家著力推進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化的形勢(shì)下，后者更顯重要，或給國(guó)家層面的燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新提供借鑒。