我国燃气轮机技术自主开发状况

我国燃气轮机技术自主开发状况
－－“十五”进展及“十一五”部署
科学技术部高新技术发展及产业化司
郑方能
2006年10月17日深圳
背景
十五燃气轮机自主开发专项
国家高技术研究发展计划（863计划）立项支持
燃气轮机自主开发
?重型燃气轮机研制
?微型燃气轮机研制
十五专项总体目标（一）
重型燃机
研制出功率大于50MW、可投入市场的重型燃气
轮机样机，技术水平相当于E级以上。通过研究
开发，形成关键技术的自主设计能力，建立我国
燃气轮机的设计、试验与制造平台，实现“十五”
末期我国燃气轮机的跨越发展，并为“十一五”的
规模产业化和进一步开发技术更先进、更大功率
的燃气轮机准备条件。
十五专项总体目标（二）
微型燃机
研制出发电功率100kW级的微型燃气轮机及配
套热电联供系统，技术经济指标不低于国际市场
上2000年的水平。在吸收国外先进技术的基础
上，通过自主开发，初步建成研发体系，形成具
有完整的自主知识产权的微型燃气轮机及系统技
术，培养出有独立创新能力的技术开发队伍。
十五专项具体任务
§ 重型燃机
具有自主知识产权的重型燃气轮机，其功率
110MW（R0110），效率34％。
§ 微型燃机
100kW级的微型燃气轮机，并开发热电联供系
统。燃气轮机本体发电效率不低于29%（带回热
器时）；样机整机连续可靠运行400小时。
预算
1000
9000
国拨经费预算
（万元)
2500 微型燃机
50000 重型燃机
总预算
(万元）
课题参研究单位
§ 重型燃机— —沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司
（主体承担单位）、中国航空工业沈阳发动机设计研究
所、清华大学、中国科学院工程热物理研究所、上海交通
大学、中国燃气涡轮研究院、中国船舶重工业集团公司第
703研究所、上海汽轮机厂有限公司、沈阳重型机器有限
责任公司、沈阳鼓风机股份有限公司、哈尔滨汽轮机有限
责任公司
§ 微型燃机——哈尔滨东安发动机（集团）有限公司（主体
承担单位）、中科院工程热物理所、西安交通大学
重点成果1
§ “R0110重型燃气轮机设计技术”
完成了R0110重型燃气轮机供研制生产用的全套
图纸和相关技术文件、标准资料。为研制该燃机
创造了基本条件。通过设计工作，初步建立了国
内重型燃气轮机的设计平台。成果已经用于该燃
机的样机制造中。
重点成果2
§ “100kW微型燃气轮机设计研制”
完成了100kW微型燃气轮机及热电联供总体方案
的设计，核心部件的设计、制造与试验，形成了
微型燃气轮机的设计研制能力。成果已应用于该
燃机验证机及机组集成系统的设计制造之中。
重点成果3
§ “重型燃气轮机材料研制及其工程应用”
新研制材料
1. 1Cr16Ni2MoN－－压气机叶片用
2. 0Cr11Ni2MoVNb——压气机盘用
3. GH2674——透平盘用
4. GH655——喷嘴用
5. Ni-Cr-W-BN——密封片
6. K488——透平动叶
7. K4104——透平静叶
8. K491——支柱
9. K4104——扇形块
重点成果3
“重型燃气轮机材料研制及其工程应用”
工程应用
§ Ф600mm以上的新型不锈钢、高温变形合金等
材料棒材的冶炼
§ 2米左右和2米以上的新型不锈钢、高温变形合
金等材料盘件毛坯的轧制（设备4000吨块锻机）
§ 3米以上的新型不锈钢环件毛坯的轧制。
重点成果4
“重型燃气轮机透平叶片制造”
实现了大尺寸、复杂冷却型面的透平叶片和喷嘴
环叶片型芯的研制
透平第一级动叶陶瓷型心
重点成果5
“油、气两用火焰筒喷嘴点火器、燃烧器及试
验”
§ 油、气两种点火器试制成功，火焰筒组件一次点火
成功，已经完成了全负荷的试验及温度场调整试
验。
重点成果6
“微型燃气轮机部件试验台架建设及试验研
究”
建立了微型燃气轮机部件试验平台，并在试
验台架上进行了验证机和样机部件的试验研究。
重点成果6
其他相关的试验台：
§ 微型燃机发电机组试验台转子整机动平衡试验
台
§ 变频系统试验台
§ 高速永磁电机试验台
§ 涡旋式天然气压缩机试验台
重点任务完成情况
§ 重型燃机
1) 完成R0110重型燃气轮机的设计出图和相关文
件，为研制生产提供技术依据。
完成正式设计图纸的工艺评审。完成各类技术
文件61份。已经完成设计出图，并进行了相关
设计的完善。
重点任务完成情况
重型燃机
2）完成设计计算、验算分析，建立软件系统。
在完成设计出图工作的同时，结合设计工作的需
要，进行了一些主要设计计算工作，包括总体性
能计算总体额定状态点热力计算；压气机和透平
特性计算；燃烧室设计分析计算及变工况性能计
算；透平冷却系统和空气系统计算；关键部件的
强度计算等。
重点任务完成情况
重型燃机
3）工艺准备
完成编制工艺规程528本，派工设计了2536项工
装，已完成2000余项工装的设计制造。初步确定
了50余项加工技术难点和技术攻关项目，并进行
了攻关组织实施工作。
重点任务完成情况
重型燃机
4）材料研制及其工程化应用
§ 材料研制上取得重大突破，解决了压气机盘用
马氏体不锈钢、透平盘用材质的铁基高温合金、
压气机叶片用不锈钢等新研制材料的锻造和热处
理，材料的各种性能指标符合设计要求。
§ 完成了材料的工程化应用，盘、棒料、环件毛
料已经完成提供。
重点任务完成情况
重型燃机
5）零件制造
§ 压气机、透平叶片和压气机盘正在生产中
§ 透平锻件完成了粗加工及部分级榫槽加工；
§ 环件锻件已经交付供机械加工用
§ 已经完成先锋批火焰筒、点火器及喷嘴的加工。
经过试验调整后改动了燃烧室设计，总体来说，
制造工作正在有序进行。
重点任务完成情况
重型燃机
6）试验工作
点火器试验已经完成；燃烧器进行了全负荷试
验，获得了温度场、压力场和排放数据，并根据
试验结果进行了改进设计及调整，通过温度场调
整试验，达到了目的。
重点任务完成情况
微型燃机
1) 部件研制
完成了透平、压气机、回热器、燃烧室部件的加
工制造及试验。除透平、压气机高转速试验外，
其余均完成
重点任务完成情况
微型燃机
2）燃机机组总体设计与试验
完成了100kW级微型燃机、发电机组及其热
电联供系统的总体设计。
研究开发了以微型燃机为主体的热电
（CHP）供能系统，确定了回热度调节方
案，配套了相应的余热供热装置，待在机
组试验中进行验证。
实施方案
§ 重型燃气轮机实施方案
研发中充分重视和利用多年来我国自己的科研成
果及设计、制造和运行的经验，同时积极开展国
际合作，吸取外国的先进技术，把独创和学习、
近期和远期、引进技术和吸收消化与国内自主开
发结合起来。
实施方案
§ 微型燃气轮机实施方案
研发中充分重视和利用我国小型燃气轮机研制方
面所积累的科研成果及经验，吸取外国先进技
术，采用微型燃气轮机单机研制与冷热电联供系
统集成相结合的方式。
组织管理经验
课题承担单位确定——官、产、学、研相结
合，以企业为创新主体的联合体模式
§ 政府部门的引导作用
§ 市场在科技资源配置中的基础作用
§ 企业在技术创新中的主体作用——由企业作为研发课题的
主体承担单位，由企业签订子课题合同，提出设计和制造
任务书，企业对产品质量负全责
§ 国家科研院所的骨干和引领作用——以型号为载体，消化
吸收、掌握设计新技术
§ 大学的基础和生力军作用——从理论上进行优化研究，为
设计方案的改善提供理论支持
总体执行情况评价——重型燃机
§ 初步建立了我国重型燃气轮机的设计平台
§ 实现了重型燃气轮机材料的国产化
§ 攻克了大尺寸高温材料锻造、复杂型腔透平空冷
叶片的制造等技术难点，缩小了我国重型燃气轮
机技术与国际先进技术水平的差距
总体执行情况评价——微型燃机
§ 独立地走完了微型燃机部件设计、研制
与试验全过程，部分研究内容实现了从无
到有的突破。
§ 微型燃气轮机验证机和工程样机设计与
试验工作，标志着我国自主开发微型燃气
轮机“零”的突破
§ 为下一步发展高温燃料电池和微型燃气轮
机组成的新一代混合高效低污染发电系统
奠定了基础。
燃气轮机研发“十一五”规划
§ 重型燃气轮机自主研发与消化吸收—
— 重大项目
§ 微小型燃机及供能系统— —重点项目
重型燃气轮机自主研发与消化吸收
§ 总体目标：初步建立较为完善的工业燃气
轮机科研设计-制造-应用互相衔接的研发
体系及创新体系，具备主要关键部件的自
主研制能力，实现关键技术的突破，建立
研究关键技术的研发平台。形成开发具有
自主知识产权先进燃气轮机及成套的能
力。
重型燃气轮机自主研发与消化吸收
研究内容
§ 围绕中低热值燃料燃气轮机（可以是母型机、样
机或产品）的研制，开展关键技术的研究
§ 围绕R0110燃气轮机试验电站的建设，开展试验
电站成套系统及设计、调试及运行研究：完成与
试验电站建设相关的成套系统技术的研发，包括
控制系统、燃料系统、变频启动系统等关键系
统；完成燃气轮机试验电站的建设、燃气轮机机
组调试试验与运行。
微小型燃机及供能系统
总体目标：攻克100kW级微型燃气轮机及发
电机组关键技术，实现微型燃机产品商品
化；完成微型燃气轮机与燃料电池混合循
环发电系统设计、组装与试验。
微小型燃机及供能系统
研究内容
§ 气动轴承及其耐温涂层关键材料
§ 核心部件延寿及提高整机可靠性
§ 高效紧凑式回热器及高速永磁电机
§ 微型燃机发电机组的优化设计与集成技术
§ 冷热电联供系统匹配技术和工程试验
§ 特种用途微型燃机移动发电机组
§ 微型燃机与燃料电池混合循环发电技术
组织管理
组建国内相关优势单位的联合体，承担相关
任务的研究，引入竞争机制。建成科研—
— 设计—— 生产—— 应用互动的研发创新
体系。我国燃气轮机技术自主开发状况
－－“十五”进展及“十一五”部署
科学技术部高新技术发展及产业化司
郑方能
2006年10月17日深圳
背景
十五燃气轮机自主开发专项
国家高技术研究发展计划（863计划）立项支持
燃气轮机自主开发
?重型燃气轮机研制
?微型燃气轮机研制
十五专项总体目标（一）
重型燃机
研制出功率大于50MW、可投入市场的重型燃气
轮机样机，技术水平相当于E级以上。通过研究
开发，形成关键技术的自主设计能力，建立我国
燃气轮机的设计、试验与制造平台，实现“十五”
末期我国燃气轮机的跨越发展，并为“十一五”的
规模产业化和进一步开发技术更先进、更大功率
的燃气轮机准备条件。
十五专项总体目标（二）
微型燃机
研制出发电功率100kW级的微型燃气轮机及配
套热电联供系统，技术经济指标不低于国际市场
上2000年的水平。在吸收国外先进技术的基础
上，通过自主开发，初步建成研发体系，形成具
有完整的自主知识产权的微型燃气轮机及系统技
术，培养出有独立创新能力的技术开发队伍。
十五专项具体任务
§ 重型燃机
具有自主知识产权的重型燃气轮机，其功率
110MW（R0110），效率34％。
§ 微型燃机
100kW级的微型燃气轮机，并开发热电联供系
统。燃气轮机本体发电效率不低于29%（带回热
器时）；样机整机连续可靠运行400小时。
预算
1000
9000
国拨经费预算
（万元)
2500 微型燃机
50000 重型燃机
总预算
(万元）
课题参研究单位
§ 重型燃机— —沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司
（主体承担单位）、中国航空工业沈阳发动机设计研究
所、清华大学、中国科学院工程热物理研究所、上海交通
大学、中国燃气涡轮研究院、中国船舶重工业集团公司第
703研究所、上海汽轮机厂有限公司、沈阳重型机器有限
责任公司、沈阳鼓风机股份有限公司、哈尔滨汽轮机有限
责任公司
§ 微型燃机——哈尔滨东安发动机（集团）有限公司（主体
承担单位）、中科院工程热物理所、西安交通大学
重点成果1
§ “R0110重型燃气轮机设计技术”
完成了R0110重型燃气轮机供研制生产用的全套
图纸和相关技术文件、标准资料。为研制该燃机
创造了基本条件。通过设计工作，初步建立了国
内重型燃气轮机的设计平台。成果已经用于该燃
机的样机制造中。
重点成果2
§ “100kW微型燃气轮机设计研制”
完成了100kW微型燃气轮机及热电联供总体方案
的设计，核心部件的设计、制造与试验，形成了
微型燃气轮机的设计研制能力。成果已应用于该
燃机验证机及机组集成系统的设计制造之中。
重点成果3
§ “重型燃气轮机材料研制及其工程应用”
新研制材料
1. 1Cr16Ni2MoN－－压气机叶片用
2. 0Cr11Ni2MoVNb——压气机盘用
3. GH2674——透平盘用
4. GH655——喷嘴用
5. Ni-Cr-W-BN——密封片
6. K488——透平动叶
7. K4104——透平静叶
8. K491——支柱
9. K4104——扇形块
重点成果3
“重型燃气轮机材料研制及其工程应用”
工程应用
§ Ф600mm以上的新型不锈钢、高温变形合金等
材料棒材的冶炼
§ 2米左右和2米以上的新型不锈钢、高温变形合
金等材料盘件毛坯的轧制（设备4000吨块锻机）
§ 3米以上的新型不锈钢环件毛坯的轧制。
重点成果4
“重型燃气轮机透平叶片制造”
实现了大尺寸、复杂冷却型面的透平叶片和喷嘴
环叶片型芯的研制
透平第一级动叶陶瓷型心
重点成果5
“油、气两用火焰筒喷嘴点火器、燃烧器及试
验”
§ 油、气两种点火器试制成功，火焰筒组件一次点火
成功，已经完成了全负荷的试验及温度场调整试
验。
重点成果6
“微型燃气轮机部件试验台架建设及试验研
究”
建立了微型燃气轮机部件试验平台，并在试
验台架上进行了验证机和样机部件的试验研究。
重点成果6
其他相关的试验台：
§ 微型燃机发电机组试验台转子整机动平衡试验
台
§ 变频系统试验台
§ 高速永磁电机试验台
§ 涡旋式天然气压缩机试验台
重点任务完成情况
§ 重型燃机
1) 完成R0110重型燃气轮机的设计出图和相关文
件，为研制生产提供技术依据。
完成正式设计图纸的工艺评审。完成各类技术
文件61份。已经完成设计出图，并进行了相关
设计的完善。
重点任务完成情况
重型燃机
2）完成设计计算、验算分析，建立软件系统。
在完成设计出图工作的同时，结合设计工作的需
要，进行了一些主要设计计算工作，包括总体性
能计算总体额定状态点热力计算；压气机和透平
特性计算；燃烧室设计分析计算及变工况性能计
算；透平冷却系统和空气系统计算；关键部件的
强度计算等。
重点任务完成情况
重型燃机
3）工艺准备
完成编制工艺规程528本，派工设计了2536项工
装，已完成2000余项工装的设计制造。初步确定
了50余项加工技术难点和技术攻关项目，并进行
了攻关组织实施工作。
重点任务完成情况
重型燃机
4）材料研制及其工程化应用
§ 材料研制上取得重大突破，解决了压气机盘用
马氏体不锈钢、透平盘用材质的铁基高温合金、
压气机叶片用不锈钢等新研制材料的锻造和热处
理，材料的各种性能指标符合设计要求。
§ 完成了材料的工程化应用，盘、棒料、环件毛
料已经完成提供。
重点任务完成情况
重型燃机
5）零件制造
§ 压气机、透平叶片和压气机盘正在生产中
§ 透平锻件完成了粗加工及部分级榫槽加工；
§ 环件锻件已经交付供机械加工用
§ 已经完成先锋批火焰筒、点火器及喷嘴的加工。
经过试验调整后改动了燃烧室设计，总体来说，
制造工作正在有序进行。
重点任务完成情况
重型燃机
6）试验工作
点火器试验已经完成；燃烧器进行了全负荷试
验，获得了温度场、压力场和排放数据，并根据
试验结果进行了改进设计及调整，通过温度场调
整试验，达到了目的。
重点任务完成情况
微型燃机
1) 部件研制
完成了透平、压气机、回热器、燃烧室部件的加
工制造及试验。除透平、压气机高转速试验外，
其余均完成
重点任务完成情况
微型燃机
2）燃机机组总体设计与试验
完成了100kW级微型燃机、发电机组及其热
电联供系统的总体设计。
研究开发了以微型燃机为主体的热电
（CHP）供能系统，确定了回热度调节方
案，配套了相应的余热供热装置，待在机
组试验中进行验证。
实施方案
§ 重型燃气轮机实施方案
研发中充分重视和利用多年来我国自己的科研成
果及设计、制造和运行的经验，同时积极开展国
际合作，吸取外国的先进技术，把独创和学习、
近期和远期、引进技术和吸收消化与国内自主开
发结合起来。
实施方案
§ 微型燃气轮机实施方案
研发中充分重视和利用我国小型燃气轮机研制方
面所积累的科研成果及经验，吸取外国先进技
术，采用微型燃气轮机单机研制与冷热电联供系
统集成相结合的方式。
组织管理经验
课题承担单位确定——官、产、学、研相结
合，以企业为创新主体的联合体模式
§ 政府部门的引导作用
§ 市场在科技资源配置中的基础作用
§ 企业在技术创新中的主体作用——由企业作为研发课题的
主体承担单位，由企业签订子课题合同，提出设计和制造
任务书，企业对产品质量负全责
§ 国家科研院所的骨干和引领作用——以型号为载体，消化
吸收、掌握设计新技术
§ 大学的基础和生力军作用——从理论上进行优化研究，为
设计方案的改善提供理论支持
总体执行情况评价——重型燃机
§ 初步建立了我国重型燃气轮机的设计平台
§ 实现了重型燃气轮机材料的国产化
§ 攻克了大尺寸高温材料锻造、复杂型腔透平空冷
叶片的制造等技术难点，缩小了我国重型燃气轮
机技术与国际先进技术水平的差距
总体执行情况评价——微型燃机
§ 独立地走完了微型燃机部件设计、研制
与试验全过程，部分研究内容实现了从无
到有的突破。
§ 微型燃气轮机验证机和工程样机设计与
试验工作，标志着我国自主开发微型燃气
轮机“零”的突破
§ 为下一步发展高温燃料电池和微型燃气轮
机组成的新一代混合高效低污染发电系统
奠定了基础。
燃气轮机研发“十一五”规划
§ 重型燃气轮机自主研发与消化吸收—
— 重大项目
§ 微小型燃机及供能系统— —重点项目
重型燃气轮机自主研发与消化吸收
§ 总体目标：初步建立较为完善的工业燃气
轮机科研设计-制造-应用互相衔接的研发
体系及创新体系，具备主要关键部件的自
主研制能力，实现关键技术的突破，建立
研究关键技术的研发平台。形成开发具有
自主知识产权先进燃气轮机及成套的能
力。
重型燃气轮机自主研发与消化吸收
研究内容
§ 围绕中低热值燃料燃气轮机（可以是母型机、样
机或产品）的研制，开展关键技术的研究
§ 围绕R0110燃气轮机试验电站的建设，开展试验
电站成套系统及设计、调试及运行研究：完成与
试验电站建设相关的成套系统技术的研发，包括
控制系统、燃料系统、变频启动系统等关键系
统；完成燃气轮机试验电站的建设、燃气轮机机
组调试试验与运行。
微小型燃机及供能系统
总体目标：攻克100kW级微型燃气轮机及发
电机组关键技术，实现微型燃机产品商品
化；完成微型燃气轮机与燃料电池混合循
环发电系统设计、组装与试验。
微小型燃机及供能系统
研究内容
§ 气动轴承及其耐温涂层关键材料
§ 核心部件延寿及提高整机可靠性
§ 高效紧凑式回热器及高速永磁电机
§ 微型燃机发电机组的优化设计与集成技术
§ 冷热电联供系统匹配技术和工程试验
§ 特种用途微型燃机移动发电机组
§ 微型燃机与燃料电池混合循环发电技术
组织管理
组建国内相关优势单位的联合体，承担相关
任务的研究，引入竞争机制。建成科研—
— 设计—— 生产—— 应用互动的研发创新
体系。