產線機器人放置完工葉片。東方汽輪機 供圖
東方電氣集團東方汽輪機有限公司G50整機試驗臺。東方汽輪機 供圖
中新網成都3月11日電 (單鵬 安源)F級50兆瓦重型燃氣輪機的高溫透平葉片，經100多道工序的“千錘百煉”，能夠承受超1300攝氏度的高溫；1828毫米低壓轉子末級葉片，作為“華龍一號”“國和一號”等重點項目的核心部件之一，填補了中國核電領域技術空白……這些令人震撼的產品，顯示出“重裝之都”四川德陽打造清潔能源裝備的硬核實力。
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制造業(yè)高質量發(fā)展是我國經濟高質量發(fā)展的重中之重。裝備制造業(yè)是中國國民經濟的重要支柱產業(yè)，其中，燃氣輪機作為裝備制造業(yè)的最高端技術產品，可廣泛用于能源電力、工業(yè)驅動等重點領域，因研發(fā)和制造難度極大，被譽為“制造業(yè)皇冠上的明珠”。
四川是全國重要的動力設備制造基地。未來五年，清潔能源裝備將是四川重點發(fā)力的領域。在推進新型工業(yè)化背景下，四川將培育包括裝備制造在內的3個“萬億級”世界級集群，加快推動成德高端能源裝備等3個國家先進制造業(yè)集群向世界級集群躍升。近日，記者來到位于四川德陽的東方電氣集團東方汽輪機有限公司(簡稱東方汽輪機)，探訪這座擁有50余年歷史的燃氣輪機生產基地。
“智慧車間”賦能先進生產
燃氣輪機是能源、電力等重點領域的動力來源，而葉片作為核心部件，猶如燃氣輪機的“心臟”。在東方汽輪機葉片加工數字化車間，記者看到，紅色和黃色的機械手臂靈活揮舞，在產線自動識別、放置葉片；藍色的ATV小車沿著地面上由一排二維碼組成的運行通道，快速進行物料輸送。在車間的數字孿生長廊，產線的每條生產數據實時呈現在可視化系統中，大幅度減少葉片首件調試時間。
毫秒級精準定位，40秒內智慧供料，質量合格率達99%，人均效率提升650%……一個個驚人數據的背后是直觀的經濟效益。據了解，這是國內首個葉片加工無人車間及首條黑燈產線，以數據驅動智能物流配送、機器人協同、自適應加工、在線檢測，實現了產線集群數字控制新模式。
現場一位東方汽輪機工作人員透露，這條葉片黑燈產線包括一條F級黑燈產線和一條J型黑燈產線，其產出的壓氣機葉片廣泛應用于F級和J型重型燃氣輪機。尤其是J型黑燈產線，其加工的燃氣輪機葉片精度達正負0.03毫米，誤差相當于頭發(fā)絲直徑的四分之一，達到世界頂尖水平。
這間“智慧車間”還實現24小時無人干預連續(xù)加工。在葉片加工產線，記者鮮少看到工人的身影。在技術尚不發(fā)達的年代，生產葉片需要大量機床操作工人“三班作業(yè)”。而如今，工人在車間的“智慧大腦”——生產數據中心實時監(jiān)測生產數據，準確地掌握車間運轉情況，在工位上就高效完成了全車間的生產調度。
據介紹，在葉片的全生命周期中，生產只是其中一環(huán)。在裝備全生命周期的數字孿生系統賦能下，在銷售端，用戶通過數字化營銷系統直觀查看各類產品，根據需求生成數字化訂單，目前核電、火電、燃機等機組均已實現數字樣機模型交付。
在生產端，工廠收到訂單后迅速將訂單分解，把所需產品的數據下發(fā)至各生產車間。在葉片車間，收到葉片數據后，研發(fā)部門緊急進行葉片的參數化、模塊化三維設計。經過技術準備，生產任務隨即下發(fā)至產線和機床，“智慧車間”大大提高了加工效率。
此外，產品交付后，通過智能傳感、邊緣計算、自動控制等技術，在線平臺能夠實時監(jiān)測機組運行數據。當葉片發(fā)生故障或達到使用壽命年限，用戶可以在平臺上更換修復，實現葉片全生命周期管控。
燃氣輪機引領技術突破
燃氣輪機是發(fā)電、動力輸送以及大型艦船的重要工業(yè)設備，其工作原理十分清晰：空氣進入燃氣輪機后，壓氣機將其增壓；在燃燒器內，經壓縮的空氣與燃料混合、燃燒，產生膨脹熱氣；熱氣驅動動力透平，輸出機械能量。但目前，世界上僅有少數國家掌握了燃氣輪機全產業(yè)鏈研制能力。
據東方汽輪機“G50發(fā)展中心”副主任李鑫介紹，中國燃氣輪機技術曾長期落后國外。“以前能夠自主研制燃氣輪機的，只有幾個主流工業(yè)大國的個別公司，比如西門子、三菱、通用電氣。2003年前后，我國引進了一批國外燃氣輪機制造技術，部分實現燃氣輪機國產化?！?/p>
經過發(fā)展，中國燃氣輪機國產化率接近90%，“但90%的國產化率并不意味著90%的利潤。”李鑫解釋說，這是因為部分核心的高溫部件(如燃燒器、透平葉片)仍掌握在國外公司手中，因此每賣出一臺設備，就不得不外購一套高溫部件。
為加快實現中國高水平科技自立自強，東方汽輪機從2009年開始，在缺乏設計規(guī)范、設計程序、設計經驗的條件下，正式啟動國內首臺自主知識產權F級50兆瓦重型燃機“G50燃機”研發(fā)，旨在突破產業(yè)鏈上的斷鏈環(huán)節(jié)。
“燃氣輪機的整體設計和制造非常難，包括壓氣機、燃燒器以及透平葉片的設計和制造，如果設計不好，整個項目都會失敗?！崩铞伪硎?，經過多年努力，國產燃氣輪機基本試制成功，形成自己的設計體系和制造體系，“我們現在可以拍著胸口說：燃氣輪機高溫部件都是自己設計、自己生產?！?/p>
東方汽輪機工藝部副主任工程師曹天蘭表示，經過十余年全面攻關，燃氣輪機主機國產化率已實現100%，搭建出自主的F級燃機設計體系，具備燃機全部部件的制造能力，突破燃機關鍵部件材料選型，建成完備的燃機試驗驗證平臺，還培養(yǎng)出一支燃機攻堅的人才隊伍。
李鑫認為，國產燃氣輪機技術仍需進一步突破，“要持續(xù)優(yōu)化‘G50燃機’，使它的可靠性、耐久性、便利性達到甚至超越世界一流水平；提升‘G50燃機’的數字化、智能化、清潔化水平；同時開展系列化研制，開發(fā)大功率的燃氣輪機?！?/p>
布局燃氣輪機現代產業(yè)鏈
3月8日，“G50燃機”發(fā)電機組在廣東華電清遠華僑工業(yè)園天然氣分布式能源站順利完成“72+24”小時試運行，成功轉入商用階段。這標志著我國已全面掌握F級重型燃氣輪機設計、試驗、施工、調試、運維等方面的標準體系和工藝規(guī)范，能夠為清潔能源領域提供自主可控全鏈條式的“中國方案”。
“四川清潔能源裝備制造實力雄厚，能源裝備研發(fā)設計和制造能力國際領先?！彼拇ㄊ〉玛柺形睍?，市政府市長劉光強表示，建議優(yōu)化國家清潔能源裝備重大生產力布局，以四川成都、德陽等地優(yōu)勢產業(yè)集聚區(qū)為重點，建立部省合作、央企地方協同共建機制，出臺專項激勵政策，推動新能源及配套設備產業(yè)能力提升，培育世界級產業(yè)集群，建設世界級制造基地。
在曹天蘭看來，要設立“中小型燃氣輪機現代產業(yè)鏈鏈長”，以制造業(yè)高質量發(fā)展推動中國式現代化，“建議給予專項財政資金支持，由‘鏈長’企業(yè)統籌謀劃產業(yè)布局，以10兆瓦至200兆瓦系列化燃氣輪機、摻氫/純氫燃氣輪機的主機裝備研制為抓手，加強制造能力提升、數字化轉型升級、智慧化運行等配套能力建設，帶動基礎元器件、基礎科學等原創(chuàng)技術突破，促進創(chuàng)新鏈、供應鏈、產業(yè)鏈深度融合，建成自主可控、安全可靠的燃機產業(yè)鏈。”
談及產業(yè)鏈打造，東方汽輪機副總工程師孫奇表示，要通過企業(yè)自身發(fā)展帶動全產業(yè)鏈發(fā)展。今年東方汽輪機將加強與周邊相關配套企業(yè)建立戰(zhàn)略合作關系，中小企業(yè)通過支持、參與東方汽輪機的部分業(yè)務，從而參與產業(yè)鏈打造。為突破技術難關，東方汽輪機還將與部分外部企業(yè)開展聯合科研，共同推動產業(yè)發(fā)展和核心技術攻關。(完)
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