重型燃氣輪機（以下簡稱重燃），名副其實的大國重器。作為迄今為止熱／功轉(zhuǎn)換效率最高的動力機械，廣泛應用于機械驅(qū)動（如艦船、火車）和大型電站。我國現(xiàn)已具備輕型燃機（功率5萬千瓦以下）自主化能力；但重燃（功率5萬千瓦以上）仍基本依賴引進。據(jù)悉，重燃發(fā)電機組目前占全國發(fā)電裝機總量的3%左右，雖不是一大塊，卻是不可或缺的一塊——啟?？旖荨嵝矢?、污染更少的燃機機組，作為大電網(wǎng)調(diào)峰容量的最佳選擇，在國家能源安全中扮演著無可替代的全局性角色。沒有自主化能力，意味著我國能源安全的重要一環(huán)，仍然受制于人，存在被“卡脖子”的風險。

　　極致技術(shù)：對質(zhì)量和性能近乎變態(tài)的追求

　　把熔化的液態(tài)金屬澆入模具，等它凝固；在顯微鏡下看其金相，會呈現(xiàn)形似“干裂農(nóng)田”狀的縫隙，專業(yè)術(shù)語稱之為“晶界”。

　　“晶界是金屬的薄弱環(huán)節(jié)?！眹铱萍贾卮髮ｍ棥爸匦腿細廨啓C”技術(shù)負責人表示。為提高金屬材料在高溫下的強度，就要想辦法消除晶界。

　　這是一個極其復雜、漫長的過程，包括精確的溫度控制，以及精密鑄造、定向／拉單晶等工藝。其核心部件的毛坯“都是來自國外”；核心設(shè)備單晶爐，也須從國外進口。

　　該技術(shù)負責人解釋，作為一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機，燃氣輪機的葉片是最重要的核心部件之一。它要在1400℃—1600℃的高溫下長期穩(wěn)定地工作，目前沒有任何金屬可以做到。怎么辦？

　　極限工況催生出極致技術(shù)，一種對質(zhì)量和性能瘋狂到近乎變態(tài)的追求。除了消除晶界、提高所用材料本身的強度之外，“只有靠冷卻”：葉片是中空的，以便通冷卻空氣；表面有陶瓷涂層、冷卻氣膜，使它跟高溫燃氣隔離，等等。

　　更關(guān)鍵一點，在以上復雜流程的所有環(huán)節(jié)，任何一項技術(shù)參數(shù)都不能有絲毫偏差，“這是它跟常規(guī)制造流程最大的不同”。他強調(diào)，常規(guī)制造中還有一個安全系數(shù)，即一定的容錯裕量；而“極限制造完全是另一概念”：葉片是空心的、又很薄，除了精鑄，目前沒有其他工藝手段可以做出來，未來3D打印能不能解決還不清楚；鑄造過程中，材料的夾渣、裂紋、疏松、氣孔以及變形等，都會影響葉片的強度和性能。因為“它本身是不可能的，要靠好多極限手段硬讓它變得可能”，所有技術(shù)必須做到極致。所以，一就是一，二就是二，偏差根本不能容忍、不被允許。

　　體系差距：即使有錢也不知從哪下手

　　美國GE公司高層曾聲稱，要買重燃成套技術(shù)，除非買下整個GE。

　　“重型燃氣輪機”重大專項總設(shè)計師顧春偉教授和上述技術(shù)負責人都談到，國際上大的重燃廠家，主要就是美國GE、日本三菱、德國西門子、意大利安薩爾多4家，與國內(nèi)三大動力合作的也是這4家。但他們都附帶苛刻條件：首先，設(shè)計技術(shù)不轉(zhuǎn)讓；其次，核心的熱端部件制造技術(shù)也不轉(zhuǎn)讓，僅以許可證方式許可本土制造非核心部件。

　　這兩條注定了，沒有自主設(shè)計能力，我們需要什么樣的重燃、能要到什么樣的重燃，只能聽從人家的意志。核心制造技術(shù)不轉(zhuǎn)讓，國內(nèi)上了那么多重燃發(fā)電機組，設(shè)備運維、備件提供完全受制于人，長期安全穩(wěn)定運行堪憂；本土制造的許可證又都有期限，到期之后能否付錢再延，還須看他人眼色。所謂“卡脖子”，莫此為甚。

　　跨國公司秘不示人、惜之如命的設(shè)計技術(shù)，是真正的核心技術(shù)。顧春偉表示，重燃三大部件（壓氣機、燃燒室、燃氣透平）的設(shè)計都是難上加難，因為它們需要“大量基礎(chǔ)研究支撐”和“長期試驗驗證及經(jīng)驗積累”，沒有長期積累，“即使有錢你也不知從哪兒下手”。

　　仍以葉片為例。即使分毫不差做足各種極致功課，葉片材料仍是有壽命期限的：重燃葉片，壽命在5萬小時、3萬小時不等，到期必須報廢。

　　怎么證明5萬小時安全運行沒問題？極限工況下、5萬小時連續(xù)不斷的材料試驗必不可少。試想，一年8000多小時，5萬小時要做將近6年，“這還只是做一輪配方、一輪工藝所需時間”，所以“一個人一輩子都做不了幾個母合金”。它意味著巨量的投資、巨量的耗時和巨量的數(shù)據(jù)采集，而且每一步都必須親歷親為，否則就“不知其所以然”。

　　“盡早建立起我國完整的設(shè)計體系、試驗驗證體系，才是重燃自主化的關(guān)鍵所在”，中國聯(lián)合重型燃氣輪機技術(shù)有限公司負責人如是說。

　　三位一體：工匠的經(jīng)驗仍不可或缺

　　葉片精鑄過程中，“拉單晶”工藝很有畫面感。

　　上述技術(shù)負責人介紹，一般的鑄造，是把金屬液澆入模坑、自然冷卻，出來的產(chǎn)品是多晶體，就會有晶界。而透平葉片單晶/定向鑄造，“是在底下選一個晶體，讓它慢慢往上走；上面保持高溫，還是液體；然后這個界面一點點往上冷卻，所以凝固時間特別長”。

　　顧春偉稱之為“多物理場耦合”，即制造流程中，每一環(huán)節(jié)涉及各種細節(jié)的工藝控制，這種控制又受到各種物理條件的影響，比如濕度、溫度、速度等控制下的成型，“每一步都是工匠、工藝、設(shè)備的‘三位一體’”。

　　三位一體中，設(shè)備當然必不可少，“先進單晶爐須從德國進口，國產(chǎn)的目前仍不完善。但光強調(diào)設(shè)備也不行”。單晶制造過程中，涉及多個環(huán)節(jié)、多位頂尖高手，每人各管一段；每人都身懷絕技，相互不可替代。包括所有的參數(shù)控制、補償?shù)龋瓤繑?shù)據(jù)標準，更有“手上的功夫”，也就是經(jīng)驗積累。因為“多物理場耦合”中，沒有一把尺子可以包打天下。這是基于大數(shù)據(jù)的3D打印仍無法終結(jié)工匠的道理，也是我國高端制造流程中目前最緊缺的一環(huán)。