重型燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)的發(fā)展與展望

0我國(guó)跨界競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀簡(jiǎn)而言之，無論類型的航空氣氣中氣、新興氣、重型（發(fā)電）氣、車輛和工業(yè)氣、船舶和各種小型氣的總稱。自1939年世界第1臺(tái)發(fā)電用重型燃?xì)廨啓C(jī)在瑞士誕生以來,重型燃?xì)廨啓C(jī)制造和發(fā)電產(chǎn)業(yè)在全球迅速發(fā)展,目前基于燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)電站的發(fā)電量約占全球發(fā)電總量的22%,且還在穩(wěn)步增加。迄今為止重型燃?xì)廨啓C(jī)主要燃用天然氣和燃油,同時(shí)也在大力開發(fā)燃用煤氣化合成氣等富氫燃?xì)饽酥良儦涞娜細(xì)廨啓C(jī),以擴(kuò)大重型燃?xì)廨啓C(jī)燃料的范圍;與此同時(shí),表征重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)水平的燃?xì)鉁囟群蛪罕燃盁嵝蔬€在不斷提高,單機(jī)容量繼續(xù)加大。目前最先進(jìn)的重型燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)的熱效率已分別達(dá)到了40%-41%和60%~61%,成為所有熱–功轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)中效率最高的大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電方式。國(guó)內(nèi)外科技界與產(chǎn)業(yè)界已認(rèn)識(shí)到,重型燃?xì)廨啓C(jī)將是21世紀(jì)乃至更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)能源高效轉(zhuǎn)換與潔凈利用系統(tǒng)的核心動(dòng)力裝備。我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)進(jìn)入了大發(fā)展的新階段我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)建立于20世紀(jì)50年代,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步并不晚,但是六十多年來行業(yè)的發(fā)展基本呈馬鞍型,目前與發(fā)達(dá)國(guó)家差距很大。在早期階段(1950—1970),我國(guó)在消化吸收前蘇聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和制造燃?xì)廨啓C(jī),開發(fā)出200~25000kW多種型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī),包括車載燃?xì)廨啓C(jī)、機(jī)車燃?xì)廨啓C(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)等,培養(yǎng)了我國(guó)第1代燃?xì)廨啓C(jī)核心技術(shù)自主研究開發(fā)、試驗(yàn)研究、產(chǎn)品制造和工程服務(wù)技術(shù)隊(duì)伍,全行業(yè)技術(shù)水平進(jìn)步很快;在中期階段(1980—2000),由于全國(guó)油氣供應(yīng)嚴(yán)重短缺,國(guó)家不允許使用燃油/燃?xì)獍l(fā)電,重型燃機(jī)失去市場(chǎng)需求,全行業(yè)進(jìn)入低潮,全國(guó)除保留南京汽輪機(jī)廠一家重型燃機(jī)制造廠外,其他制造企業(yè)全部退出,人員和技術(shù)流失,大學(xué)燃機(jī)專業(yè)改行,人才培養(yǎng)和國(guó)家研發(fā)投入基本停止,與國(guó)際水平差距迅速拉大。近期階段從2002年開始,隨著西氣東輸和進(jìn)口液化天然氣(LNG)的增加,我國(guó)啟動(dòng)了重型燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求,通過引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的F/E級(jí)重型燃機(jī)制造技術(shù),并成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化制造,滿足了我國(guó)電力工業(yè)的需要,至2013年底全國(guó)燃機(jī)電站裝機(jī)超過34000MW,約占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的3%。按照我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景,在未來長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)還需要大幅度增加,同時(shí)我國(guó)電力工業(yè)面臨的資源、環(huán)境壓力與日俱增。減少煤炭消耗,增加綠色、可再生、低碳發(fā)電的比例,最終達(dá)到大幅度減少二氧化碳和污染排放,構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的能源電力系統(tǒng),已經(jīng)成為全民的共識(shí)。在這個(gè)歷史進(jìn)程中,重型燃?xì)廨啓C(jī)在我國(guó)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。1中國(guó)的電氣工業(yè)需要大量的機(jī)車1.1燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電效率較高2013年我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總規(guī)模名列世界第二,發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到12.3億kW,為世界第一,但人均發(fā)電裝機(jī)和人均用電量大約為美英德法日等發(fā)達(dá)國(guó)家的1/4~1/3。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化,我國(guó)電力工業(yè)還將繼續(xù)擴(kuò)大規(guī)模,據(jù)預(yù)測(cè)到2030年我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)將再翻一番,約達(dá)到25億kW。燃用天然氣的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)是人類已經(jīng)掌握的高效潔凈發(fā)電技術(shù),目前最先進(jìn)的聯(lián)合循環(huán)電站效率高達(dá)60%~61%,NOx排放降低到15mL/m3甚至個(gè)位數(shù),沒有SOx和粉塵排放,二氧化碳比排放只有超臨界燃煤電站的約40%。由燃用天然氣的燃?xì)廨啓C(jī)組成的熱電冷多聯(lián)供系統(tǒng)的能源利用效率可達(dá)75%,是分布式發(fā)電和區(qū)域能源系統(tǒng)的主要形式。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進(jìn),我國(guó)電力工業(yè)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的需求將是巨大的。1.2燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電站wy2013年我國(guó)天然氣消費(fèi)是2004年的4倍,達(dá)到1676億m3,最近國(guó)務(wù)院提出到2020年要達(dá)到4000億m3。世界各國(guó)使用天然氣的現(xiàn)狀是發(fā)電約占1/3,按照此比例,到2020年,我國(guó)天然氣工業(yè)可以為1.6億kW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電站提供足夠的燃料。目前我國(guó)正在有序發(fā)展煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC電站)、多聯(lián)產(chǎn)和煤化工產(chǎn)業(yè),其中也要采用燃?xì)廨啓C(jī),再加上石油化工和冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中需要的燃?xì)廨啓C(jī),未來十年內(nèi)我國(guó)天然氣工業(yè)和其他工業(yè)需要的重型燃?xì)廨啓C(jī)的市場(chǎng)規(guī)模可以達(dá)到(4000~5000)億元(人民幣)。1.3自主研發(fā)能力增加“十二五”期間,我國(guó)財(cái)政科技投入和全社會(huì)研發(fā)投入(R&D)持續(xù)增長(zhǎng),2013年已經(jīng)超過12500億元,占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的2%左右,在發(fā)展中國(guó)家處于領(lǐng)先地位。近十年來國(guó)家通過設(shè)立基礎(chǔ)研究、863、973項(xiàng)目等,對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)投入顯著增加。除了中央政府的投入之外,地方政府、企業(yè)和社會(huì)各界也積極參與到燃機(jī)的研發(fā)中,從而為發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)有力的資金保障。2國(guó)際能源技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)2.1心技術(shù)研發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)技術(shù)難度大、投資大、周期長(zhǎng),在美德日法等國(guó)家,每一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)研發(fā)都是在政府的資助下,組織相關(guān)企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)共同開展的,在核心技術(shù)取得突破之后,企業(yè)就進(jìn)一步增加投資和研發(fā)力度,并發(fā)展為產(chǎn)品。目前燃用天然氣的E、F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)已經(jīng)基本成熟,H、J級(jí)產(chǎn)品也已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng),基礎(chǔ)研究與核心技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)是下一代更高溫度、超低污染的天然氣燃?xì)廨啓C(jī),以及用于IGCC、多聯(lián)產(chǎn)、煤化工,以及未來近零排放的二氧化碳捕獲利用系統(tǒng)(CCS)中的富氫燃料乃至純氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)(參見圖1)。美國(guó)能源部(DOE)在2005年同時(shí)啟動(dòng)為期6年的“先進(jìn)IGCC/H2燃?xì)廨啓C(jī)”項(xiàng)目和“先進(jìn)燃?xì)渫钙降陌l(fā)展”項(xiàng)目。這2個(gè)項(xiàng)目以NOx排放3mL/m3的燃?xì)廨啓C(jī)為目標(biāo),主要研究?jī)?nèi)容包括:富氫燃料/氫燃料的燃燒、透平及其冷卻、高溫材料、系統(tǒng)優(yōu)化等。歐盟2007年在其第七框架協(xié)議(FP7)中啟動(dòng)了“高效低排放燃?xì)馊細(xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合循環(huán)”重大項(xiàng)目,以氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)為主要研究對(duì)象,預(yù)期為未來的近零排放和二氧化碳捕獲利用能源系統(tǒng)打下理論基礎(chǔ)。歐盟第七框架(FP7)在2008年又把“發(fā)展高效富氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)”作為一項(xiàng)重大項(xiàng)目,旨在加強(qiáng)針對(duì)富氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)的研究,為2015年實(shí)現(xiàn)其近零排放煤基IGCC系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。日本將高效富氫燃料IGCC系統(tǒng)的研究作為未來基于氫的清潔能源系統(tǒng)的一部分列入其為期28年的“新日光計(jì)劃”中(WE-NET),以效率大于60%的低污染煤基IGCC系統(tǒng)為目標(biāo)展開研究。2.2單循環(huán)及聯(lián)合循環(huán)效率表征燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)熱效率的2個(gè)主要參數(shù)是燃?xì)獬鯗嘏c壓氣機(jī)壓縮比。當(dāng)代F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗貫?400℃左右,單循環(huán)效率達(dá)到38%,聯(lián)合循環(huán)效率達(dá)到57%;先進(jìn)的G/H/J級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)獬鯗匾呀?jīng)達(dá)到1500~1600℃左右,單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)效率分別達(dá)到40%~41%和60%~61%(表1);未來級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)獬鯗氐哪繕?biāo)是1700℃,其單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)效率將分別達(dá)到43%和64%左右。2.3燃燒結(jié)構(gòu)類型隨著透平進(jìn)口溫度的提高,同時(shí)受到污染物排放的限制,G/H/J級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的技術(shù)特征主要體現(xiàn)在高穩(wěn)定性、低排放以及燃料適應(yīng)性等方面。表2所示為國(guó)外公司燃用天然氣燃燒室的技術(shù)參數(shù),3家公司在先進(jìn)燃燒室的結(jié)構(gòu)類型上都選擇了環(huán)管型燃燒室來保證燃燒的穩(wěn)定性,同時(shí)結(jié)合貧預(yù)混、多噴嘴和分級(jí)燃燒實(shí)現(xiàn)在較寬的工作范圍內(nèi)保持較低的污染物排放。為了減少冷卻所消耗的冷氣量,將空氣更好地用于組織燃燒和保證燃燒室出口溫度剖面,G/H/J級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室均采用了熱障涂層和先進(jìn)的冷卻形式來保護(hù)燃燒室筒壁、提高冷氣利用率。燃燒組織是燃燒室設(shè)計(jì)的核心,先進(jìn)燃燒室最大的特點(diǎn)是將旋流器和噴嘴合二為一,GE的Swozzle、西門子的SFI和三菱的VNozzle都是這樣的設(shè)計(jì),如圖2所示。相比于以往的旋流器和噴嘴分離的設(shè)計(jì),這種方式能夠使得燃料和空氣摻混更加均勻,減少火焰中的高溫峰值,同時(shí)能夠更好地穩(wěn)定火焰。2.4燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)設(shè)計(jì)壓氣機(jī)作為燃?xì)廨啓C(jī)三大部件之一,其技術(shù)參數(shù)正向著高負(fù)荷、超大流量的方向發(fā)展。目前較為成熟的F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)都屬于中低負(fù)荷設(shè)計(jì),如三菱的M701F壓氣機(jī)平均級(jí)壓比為1.181,西門子的V94.3壓氣機(jī)平均級(jí)壓比為1.194,GE的9FA壓氣機(jī)平均級(jí)壓比為1.164。下表為GE、西門子、三菱公司最先進(jìn)的G/H/J級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的基本參數(shù)。從表3中可以看出,G/H/J級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)級(jí)壓比基本都已達(dá)到1.25左右。高負(fù)荷壓氣機(jī)內(nèi)部存在強(qiáng)逆壓梯度,流動(dòng)極為復(fù)雜。負(fù)荷的增加使得三維損失問題更加顯著,多級(jí)匹配和氣動(dòng)布局難度增大,激波、轉(zhuǎn)捩、流動(dòng)分離等更加不易控制。為了提高壓氣機(jī)負(fù)荷同時(shí)保證較高的部件效率,國(guó)外公司在其先進(jìn)壓氣機(jī)設(shè)計(jì)中采取了多種措施,包括采用先進(jìn)葉型(三菱的MCA、CDA葉型,西門子的HPA葉型)、三維葉片設(shè)計(jì)理念(尤其是前幾級(jí)跨音葉片的彎掠三維造型)以及多排可調(diào)葉片等等。冷卻是透平設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,也是現(xiàn)代重型燃?xì)廨啓C(jī)最關(guān)鍵的核心技術(shù)之一,其難點(diǎn)在于透平的熱負(fù)荷在不斷地提高,而冷氣量卻極為有限。目前應(yīng)用較為廣泛的冷卻方式包括內(nèi)部強(qiáng)化換熱和氣膜冷卻,其幾何結(jié)構(gòu)和布置形式的變化都會(huì)對(duì)冷卻效果產(chǎn)生顯著影響。圖3為三菱公司從D級(jí)到J級(jí)透平葉片冷卻形式的發(fā)展過程,可以看到?jīng)_擊冷卻、全覆蓋氣膜冷卻和新型氣膜冷卻孔被用到了最新的產(chǎn)品中,各家公司都在全力挖掘這些冷卻形式的潛力來滿足更高溫度等級(jí)透平冷卻的需要。2.5鑄造技術(shù)的特點(diǎn)材料方面的進(jìn)展,尤其是高溫合金及其加工方式的突破極大地推動(dòng)了重型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展。透平葉片的精密鑄造技術(shù)就是典型的代表,從多晶、定向結(jié)晶到單晶,透平葉片能夠承受的燃?xì)鉁囟炔粩嗌仙?燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)的效率也不斷上升。圖4為三菱公司透平葉片材料的發(fā)展歷史,圖4很好地反映了材料發(fā)展與燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品進(jìn)化的關(guān)系,同時(shí)也顯示出材料性能革新的難度(其研發(fā)周期要遠(yuǎn)長(zhǎng)于燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代)。2.6燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行環(huán)境正越來越豐富燃?xì)廨啓C(jī)不僅是21世紀(jì)天然氣發(fā)電的主要設(shè)備,同時(shí)也是許多高效潔凈能源動(dòng)力系統(tǒng)的核心動(dòng)力裝備,如IGCC發(fā)電與多聯(lián)產(chǎn)、分布式發(fā)電與熱電冷聯(lián)供、工業(yè)系統(tǒng)中余熱余能回收、高/焦?fàn)t煤氣、煤層氣、伴生氣、煉化尾氣等中低熱值燃?xì)獍l(fā)電、高溫氣冷堆核電等。燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)、循環(huán)及參數(shù)、燃料類型、功率大小和運(yùn)行環(huán)境等正在迅速多樣化。例如:閉式循環(huán)、間冷、回?zé)帷⒃贌岬葟?fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī),蒸汽冷卻燃?xì)廨啓C(jī),以各種中低熱值富氫燃料乃至氫為燃料的燃?xì)廨啓C(jī),單機(jī)功率為300MW以上的超大功率和僅為幾百瓦的超小型燃?xì)廨啓C(jī),在極端環(huán)境(沙漠、極地、核反應(yīng)堆內(nèi)等)下運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī),以氦、濕化空氣和其他特殊氣體為工質(zhì)的燃?xì)廨啓C(jī)等。這些都有賴于對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)及相關(guān)交叉學(xué)科進(jìn)行更為廣泛和深入的研究,科技界與產(chǎn)業(yè)界都面臨挑戰(zhàn)。3當(dāng)前和水平：中國(guó)3.1國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)的借鑒與示范為了滿足國(guó)內(nèi)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)電站建設(shè)的迫切需求,增大燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備本地制造的比例、減少工程造價(jià)和降低運(yùn)營(yíng)成本,從2003年3月起國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)組織了3次F等級(jí)(~260MW)和E等級(jí)(~120MW)燃?xì)廨啓C(jī)的“打捆招標(biāo)”工作,總?cè)萘窟_(dá)20000MW(60多臺(tái)套)。國(guó)內(nèi)四大重型燃?xì)廨啓C(jī)制造企業(yè)借此引進(jìn)了3家國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)公司的E級(jí)和F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù),并均完成了機(jī)組總裝和廠內(nèi)空負(fù)荷試車(三菱和西門子燃?xì)廨啓C(jī)不需要廠內(nèi)空負(fù)荷試車)。這促進(jìn)了近幾年我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)的發(fā)展,但引進(jìn)的機(jī)種和國(guó)外先進(jìn)水平相比還有很大差距,國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)制造企業(yè)通過提供熱端部件維修、備件以及其他技術(shù)服務(wù)獲取了巨額利潤(rùn),而我國(guó)制造企業(yè)由于沒有掌握燃?xì)廨啓C(jī)核心技術(shù)、不具備產(chǎn)品的自主研發(fā)和設(shè)計(jì)能力以及熱端部件的制造核維修能力,全行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)鏈的低端,整體上不具備與國(guó)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的能力。有鑒于此,“十五”期間,國(guó)家科技部通過863計(jì)劃支持開展了R0110(110MW)重型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)研制,目前已完成首臺(tái)R0110燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)、制造和帶負(fù)荷發(fā)電實(shí)驗(yàn),初步建立了重型燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)、制造、材料、標(biāo)準(zhǔn)化體系。“十一五”期間,又通過863計(jì)劃支持開展了“中低熱值燃料R0110燃?xì)廨啓C(jī)研制及其在IGCC電站中的工程應(yīng)用示范”和“F級(jí)中低熱值燃料燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)與整機(jī)設(shè)計(jì)研究”,目前已經(jīng)完成了燃?xì)廨啓C(jī)的總體方案設(shè)計(jì),正在進(jìn)行部件的試驗(yàn)和制造。3.2燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)取得了一批不符合國(guó)外先進(jìn)水平在基礎(chǔ)研究方面,“十一五”期間國(guó)家973計(jì)劃部署實(shí)施了2個(gè)大型研究項(xiàng)目。一是“燃?xì)廨啓C(jī)的高性能熱-功轉(zhuǎn)換關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題研究”項(xiàng)目,通過該項(xiàng)目的實(shí)施,在國(guó)內(nèi)建設(shè)了一批測(cè)量技術(shù)先進(jìn)的機(jī)理性實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái),開展了燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)基礎(chǔ)研究,獲得了一批基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù),在多級(jí)軸流壓氣機(jī)、燃燒室和空氣冷卻透平的流動(dòng)、燃燒、傳熱機(jī)理以及設(shè)計(jì)理論等方面解決了一批關(guān)鍵科學(xué)問題,縮短了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距;二是“大型動(dòng)力裝備制造基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目,該項(xiàng)目研究了蒸汽/空氣雙工質(zhì)超強(qiáng)冷卻的機(jī)理,研制出F級(jí)透平高溫動(dòng)葉片,初步構(gòu)建了盤式拉桿組合透平轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系,建成了重型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。這兩個(gè)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目雖然都取得了重要的成果,但還遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)發(fā)展對(duì)核心技術(shù)的需要。3.3大型試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)亟待完善我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)設(shè)施總體上與世界先進(jìn)水平的差距非常大,遠(yuǎn)不能滿足自主研發(fā)的需要。在基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究試驗(yàn)設(shè)施方面,過去幾十年基本上處于各大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)自發(fā)建設(shè)狀態(tài),而且以小型低參數(shù)的機(jī)理性基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施為主,投資少、水平低,并存在大量的重復(fù)建設(shè),大型、高參數(shù)、測(cè)量技術(shù)先進(jìn)、用于關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)研究設(shè)施十分稀缺。我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)制造企業(yè)十分需要在設(shè)計(jì)參數(shù)條件下對(duì)自主研發(fā)的壓氣機(jī)、燃燒室和透平部件的設(shè)計(jì)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,但是這些試驗(yàn)設(shè)施投資巨大、設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)難度很大、運(yùn)行維護(hù)成本很高,建設(shè)和運(yùn)營(yíng)這一類大型試驗(yàn)設(shè)施是全行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。近年來隨著自主研發(fā)的逐步深入,我國(guó)在大型試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)方面也取得了可喜進(jìn)展,如中船重工集團(tuán)703所和東方汽輪機(jī)公司都建成了驅(qū)動(dòng)功率為25MW等級(jí)的多級(jí)軸流壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái),也在規(guī)劃建設(shè)全尺寸燃燒室和透平冷卻高溫實(shí)驗(yàn)臺(tái)等。此外,我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所已經(jīng)建成了壓氣機(jī)、燃燒室和透平等部件的大型試驗(yàn)設(shè)施,這些試驗(yàn)臺(tái)的流量、溫度、壓力等參數(shù)雖然可以滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的試驗(yàn)需要,但是試驗(yàn)臺(tái)架不能與重型燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)現(xiàn)通用。綜上所述,我國(guó)目前的燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)裝置分散且不成體系,還沒有形成從基礎(chǔ)研究到關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證,直至部件性能試驗(yàn)驗(yàn)證的完整的試驗(yàn)設(shè)施平臺(tái)。4中國(guó)重機(jī)車發(fā)展4.1基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究是自主產(chǎn)品研制的基石由于歷史原因,我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)研究的水平和規(guī)模、核心技術(shù)儲(chǔ)備和人才培養(yǎng)能力還比較薄弱,還不足以支撐行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展需在基礎(chǔ)研究先行的前提下,加快我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)自主創(chuàng)新體系的建設(shè),同時(shí)在此基礎(chǔ)上構(gòu)建具有競(jìng)爭(zhēng)力的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)體系。半個(gè)多世紀(jì)世界各國(guó)發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)的歷史經(jīng)驗(yàn)表明,只有在基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究上取得了突破,真正掌握了核心技術(shù),才具有自主開發(fā)產(chǎn)品的能力;只有基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究達(dá)到世界先進(jìn)水平,才有可能研制出世界先進(jìn)水平的產(chǎn)品,要自主發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī),基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究必須先行。從行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和重點(diǎn)型號(hào)的技術(shù)要求出發(fā),要科學(xué)合理地制定和落實(shí)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃;要按照國(guó)際通用的技術(shù)成熟度概念,確定不同基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作內(nèi)容、深度和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),做好基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的對(duì)接,確保基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果的科學(xué)價(jià)值和實(shí)用效果,為下一步開展自主產(chǎn)品研制提供核心技術(shù)和人才儲(chǔ)備。此外,還要根據(jù)學(xué)科發(fā)展趨勢(shì),鼓勵(lì)燃?xì)廨啓C(jī)學(xué)科前沿的探索性、前瞻性課題的基礎(chǔ)研究,力爭(zhēng)在燃?xì)廨啓C(jī)新概念、新方法、新技術(shù)、新材料的原始創(chuàng)新方面有所突破。4.2械內(nèi)流氣動(dòng)力學(xué)與計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)復(fù)雜涉及面廣,從基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究角度可以劃分為如下10個(gè)學(xué)科及其交叉學(xué)科:燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)和工程熱力學(xué)、聲學(xué)、葉輪機(jī)械內(nèi)流氣動(dòng)熱力學(xué)與計(jì)算流體力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)、固體力學(xué)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、控制科學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械制造學(xué)和測(cè)量技術(shù)。根據(jù)我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)對(duì)核心技術(shù)的需求,基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)應(yīng)圍繞熱端部件(燃燒室、透平)和控制系統(tǒng)的核心技術(shù)進(jìn)行,包括部件的機(jī)理和性能、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、試驗(yàn)研究與測(cè)量技術(shù)、高溫與耐熱涂層材料及其加工工藝、熱端部件疲勞與壽命評(píng)估、熱端部件維修核心技術(shù)等。4.3項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容2013年國(guó)務(wù)院發(fā)布了《國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃(2012—2030年)》,其中把“潔凈高效燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)驗(yàn)裝置”列為“十二五”啟動(dòng)的項(xiàng)目之一。結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況,該項(xiàng)目的內(nèi)容可包括如下3方面:1)建設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)三大部件(壓氣機(jī)、燃燒室、透平)的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)施,進(jìn)一步深入研究與探索三大部件的機(jī)理和關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)發(fā)展葉輪機(jī)械內(nèi)流氣動(dòng)熱力學(xué)與計(jì)算流體力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)、聲學(xué)等學(xué)科。2)建設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)多學(xué)科和交叉學(xué)科的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)施,促進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)和工程熱力學(xué)、固體力學(xué)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、控制科學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械制造學(xué)和測(cè)