重型燃機(jī)有多“重”？

朱國(guó)順

人類進(jìn)入工業(yè)社會(huì)后，很多努力都可以歸結(jié)到一條主線，那就是機(jī)器動(dòng)力的提高與發(fā)展。汽車越造越好，是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)功率越來越大；艦船越造越大，是因?yàn)榇d動(dòng)力越來越強(qiáng)；飛機(jī)又大又先進(jìn)，是因?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)的單臺(tái)推（拉）力，從幾百公斤上升到了五六十噸。

在所有這些機(jī)器動(dòng)力幾百年發(fā)展中，高端的是燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，它是單位重量?jī)?nèi)功率最強(qiáng)的。2022年最后一天，中國(guó)首臺(tái)國(guó)產(chǎn)F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)首次點(diǎn)火成功，開啟了中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展新篇章。

從瓦特開始，人類對(duì)機(jī)器動(dòng)力啟蒙于蒸汽機(jī)，相對(duì)于農(nóng)業(yè)社會(huì)的人力與畜力，機(jī)器帶來的是令人震撼的革命性變化。但蒸汽機(jī)有兩大弱點(diǎn)，一是體積龐大，二是啟動(dòng)較慢。柴油機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)，開辟了機(jī)器動(dòng)力結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高新路，帶來了機(jī)器動(dòng)力普及性應(yīng)用。相比于內(nèi)燃機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)更以連續(xù)流動(dòng)氣體為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，功率更大、啟動(dòng)更快、熱效率更高，極大提升了動(dòng)力性能?，F(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)是燃?xì)廨啓C(jī)的一種，一臺(tái)裝在最新波音777X上的GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)，那么小的個(gè)子可以發(fā)出超過50噸推力，效率與功率都令人嘆為觀止。

燃?xì)廨啓C(jī)是在100年前的1920年，德國(guó)人制造出第一臺(tái)實(shí)用性燃?xì)廨啓C(jī)而開創(chuàng)動(dòng)力新時(shí)代的。那臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)只有370千瓦功率，但它創(chuàng)造了全新動(dòng)力形式，正是在這樣的探索下，1939年德國(guó)人制造出了世界第一架噴氣式飛機(jī)，開辟了航空噴氣時(shí)代。

燃?xì)廨啓C(jī)基本工作過程分成三大部分。首先由壓氣機(jī)把空氣逐級(jí)壓縮成高速高壓氣體，提升氣體流量密度和效率，現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣級(jí)數(shù)普遍在10—20級(jí)，最高超過30級(jí)；其次，這些高速高壓氣體壓入燃燒室高溫燃燒，產(chǎn)生巨大能量，燃燒室溫度工業(yè)燃機(jī)最高超過1200°C，航空發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)1350°C；最后，高能量氣體驅(qū)動(dòng)渦輪帶動(dòng)葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大動(dòng)力，轉(zhuǎn)速最高超過了每分鐘1萬(wàn)轉(zhuǎn)，排出的氣體可進(jìn)一步增強(qiáng)動(dòng)力。

正是因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)個(gè)小力大，它首先在飛機(jī)上得到了廣泛運(yùn)用。從早期經(jīng)典噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)JT3D開始，只用了五六十年時(shí)間，就把單臺(tái)推力從7—8噸，增加到了60多噸，帶來了航空黃金時(shí)代。同時(shí)，以航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)為基礎(chǔ)，改裝為陸上、海上燃?xì)鈩?dòng)力機(jī)組也在不斷推進(jìn)，這當(dāng)中既有航空發(fā)動(dòng)機(jī)改型而來的，也有直接研發(fā)用于發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)。

世界上最著名的航發(fā)改型燃?xì)廨啓C(jī)，是LM-2500。它由上世紀(jì)60年代最大噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)TF39改型而來，這型發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)被用于巨無(wú)霸運(yùn)輸機(jī)C-5。LM-2500最初目標(biāo)單臺(tái)功率達(dá)到25000馬力，這也是型號(hào)中2500的來歷，如今經(jīng)過幾代發(fā)展，最高動(dòng)力已超過了45000馬力。我國(guó)在上世紀(jì)80年代借力于相對(duì)寬松國(guó)際環(huán)境，使用LM-2500裝備了112、113兩艘新型驅(qū)逐艦，開啟我軍戰(zhàn)艦新型動(dòng)力之路。如今，中國(guó)海軍大部分主力戰(zhàn)艦，都使用了完全國(guó)產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力，為人民海軍快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

陸上燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)廣泛用途，就是用于發(fā)電。鑒于燃?xì)廨啓C(jī)的快速啟動(dòng)及較高功率，特別適合在大電網(wǎng)中擔(dān)當(dāng)調(diào)節(jié)峰谷、應(yīng)急應(yīng)變的角色，同時(shí)因?yàn)槭褂萌剂系牟煌?，可大大降低污染物排放?/p>

燃?xì)廨啓C(jī)是現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠，我國(guó)近幾十年間瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，不斷創(chuàng)新追趕。首臺(tái)國(guó)產(chǎn)F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)，就是位于四川的東方電氣集團(tuán)從2009年起開始研發(fā)，十年磨一劍的成果。它由2萬(wàn)多個(gè)零部件組成，內(nèi)部工作壓力18個(gè)大氣壓，燃燒室溫度超過1300攝氏度，每分鐘轉(zhuǎn)速高達(dá)6000轉(zhuǎn)，每小時(shí)發(fā)電量超過7萬(wàn)千瓦時(shí)。

燃?xì)廨啓C(jī)功效與燃燒室進(jìn)口溫度密不可分，溫度越高效率越高，分為900℃的A級(jí)、1000℃的B級(jí)、1100℃的C級(jí)、1200℃的D級(jí)、1300℃的E級(jí)和1400℃的最高F級(jí)。

我國(guó)首臺(tái)F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)，是可以比肩世界頂尖水平的國(guó)之重器。