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【给力三大奖】谢永慧团队:用“叶片”推动大国引擎
来源:必赢亚洲新闻网 日期 2019-02-18 10:36 点击:

 

提及叶片,不同于人们印象中树叶般轻柔。在汽轮机制造领域,叶片是由铮铮钢铁打造而成的关键部件。近日,由必赢366.net谢永慧教授领衔完成的“汽轮机系列化减振阻尼叶片设计关键技术及应用”摘得2018年度国家科技进步二等奖。

叶片 汽轮机的“心脏”

汽轮机是一种将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械,广泛应用于火电、核电、舰艇动力、冶金、化工等领域。汽轮发电机组为我国提供了70%左右的电能,在国民经济中扮演着极为重要的角色。

叶片则是汽轮机的“心脏”。当高温高压的蒸汽穿过固定喷嘴,加速喷射到叶片上,一个个排列整齐的叶片便以转子为中心旋转,对外源源不断地做功,最终转化为实实在在的电能。

看似顺畅的机理,实现起来却困难重重。叶片在极为恶劣的环境下运行,需要承受高温、高压、巨大的离心力、气流激振力等作用。以离心力为例,一片1828mm叶片离心力可达1100吨,相当于两架世界上最大的客机“空客A380”的最大起飞重量。

据统计,叶片故障占汽轮机事故的30%以上。一片叶片断裂将打坏周围叶片,导致多片叶片断裂和整机停运,造成重大事故和经济损失。减振阻尼叶片振动应力小,安全性高,因而,坚持不懈地开发阻尼叶片,不断地推陈出新,是发展先进汽轮机的必然选择。

以谢永慧为代表的高校科技工作者,逢山开路、遇水架桥,通过与企业、科研院所的密切合作,形成了一个优势互补、力量雄厚的研究团队,他们以“不破楼兰终不还”的气势,坚持深耕减振阻尼叶片优化设计,不断攻克一个又一个难题,历经20余年,终于走出了一条完全自主的科技创新道路,最终实现了“汽轮机系列化减振阻尼叶片设计关键技术及应用”的重大突破。

然而,这条路走得并不容易,一切都是从零开始的。

从“零”开始 突破关键性技术

20世纪90年代,我国的汽轮机叶片研究与发达国家差距较大。“高昂的出售价格”“严格的技术垄断”“只卖产品不提供技术”……这些都是我国当时面临的窘状。正是由于技术上的不足,导致我国长期需要进口先进叶片,但进口来的叶片不仅价格昂贵,而且使我国自主发展先进汽轮机受到制约。

如何设计生产出属于我们自己的完全自主知识产权的先进阻尼叶片,成为了长期困扰我国的一大难题。

谢永慧在大学本科期间第一次见到叶片,就为之深深着迷,当时就下定决心,一定要研究它、开发它。从1992年本科毕业设计开始,师从我国叶轮机械领域著名专家、必赢亚洲西迁教授孟庆集先生进行叶片改型设计,其后又组建团队研发先进阻尼叶片,这一做就将近三十年。

在失败中成长,在黑暗中探索,这条摸着石头过河的历程,团队走了很多年。比如,在研究特大型阻尼长叶片初期,团队甚至不知道这种叶片长什么样,设计参数稍有偏差,相邻叶片就可能干涉,从而无法正常形成整圈叶片。这其中,有团队成员在节假日没日没夜的奋斗,有春节期间计算机房灯火通明的执着,有关键步骤的反复推演与交叉碰撞。正是凭借着一股“不服气”“不服输”的坚定信念,依靠着知识分子爱国奋斗、艰苦创业的奉献精神,随着一系列阻尼长叶片的研发成功,标志着该项技术拥有了实质性的重大突破。

随后,谢永慧团队顺利摸到“门道”,不断提出叶片强度振动设计新方法及系列减振新结构,自主研发了“频率精准预测—安全性准确评判—强度振动自动寻优设计”的减振阻尼叶片设计关键技术体系,最终实现了阻尼叶片“个性化”私人订制的最优设计。

“没人能再卡住我们的脖子,现在我们自己研制的阻尼叶片参数比国外还要好。”谢永慧一字一句说道,满是豪情与骄傲。

走出高校的“藩篱” 探索校企研合作新模式

2018年12月,中央电视台《开讲啦》节目迎来演讲嘉宾——www.366.net校长王树国。王校长在演讲中表示,面对第四次工业革命迅猛发展所带来的巨大变化,大学需要转变观念、深刻变革,一定要开放办学,主动融入社会。

谢永慧团队可以说是将“校企研”融合发展模式充分践行的典型代表。谢永慧总结到,这是他们团队不断进取、收获成功的重要秘诀。前不久,在www.366.net召开的科技表彰大会上,谢永慧就用“无私奉献、积极配合、真知灼见”十二个字深切表达自己对团队由衷的谢意。

十几年来,谢永慧、张荻带领数十位博士和硕士研究生与企业、科研机构广泛开展精诚合作,闯出了一条不同寻常的产学研融合发展之路。研究团队充分发挥大学、国有大型企业和重点研究院所的技术优势,强强联手、密切合作,共同研发出适用于20-1700MW等级火电、核电和工业汽轮机从调节级到低压末级87种阻尼叶片,共应用于835台汽轮机,阻尼叶片性能指标优于国外同类产品。

具体而言,团队通力研制出世界最长、排气面积最大的1905mm叶片、国家科技重大专项CAP1400和“华龙一号”核电汽轮机采用的1828mm叶片,以及新一代超超临界1000MW火电汽轮机采用的全转速1200mm叶片。另外,研制叶片已销售到全国22个省,出口海外9个国家,包括远销沙特的60Hz超临界660MW汽轮机采用的910mm叶片,应用于巴基斯坦核电项目的1710mm叶片,值得一提的是,该出口叶片还为推动“华龙一号”这一自主品牌走向世界,为我国向其他国家出口先进核电汽轮机产品提供了重要的技术支撑。

谢永慧团队另一项优势还在于其积极实施高校、企业联合的人才培养模式。具体表现在,企业技术人员定期入校与研究生共同学习、培训;在校学生也可以获得前往企业一线实习、实践的机会。如此一来,科学研究、技术突破、实践应用都在高效且有条不紊的运转,最大程度地促进了技术的更新换代和推广应用,实现了良性互动的研究生态。目前,主要技术骨干不仅全部掌握了项目的关键技术,而且在阻尼叶片研发过程中可以高效运用、灵活出新。

因循这种培养模式,团队在发展过程中涌现出了全国劳动模范、省级突出贡献专家等先进人物,培养了大量的博士、硕士以及工程硕士等专业技术人才。

一直在奔跑,追梦不停歇。“我们志愿为祖国解决一个又一个难题。”谢永慧代表团队郑重承诺,“作为西迁新传人,我们将不忘初心,努力奔跑,永不停息,把先进汽轮机的研发进行到底,为祖国发展贡献智慧与力量。”

文字:张琢悦
视频:崔可嘉 邢鹏 赵苏苏 屈帅丞
编辑:星 火

 
 
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