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中国造海上巨无霸,长度超世界最大航母60米!“超级心脏”令人惊叹

中国是全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家,用几十年时间走过了发达国家几百年所走过的工业化历程。直至今日,动力装备的制造能力已经成为衡量国家实力的重要标志。今天我们走进一个前所未见的神奇动力世界,探寻燃烧、速度、效率背后所隐藏的能量密码。
中国挑战供电超低煤耗极限,“251”时代即将到来 
作为世界上最大的能源生产国和消费国,在大力发展新能源的同时,中国也在持续推动煤炭的高效清洁利用。上海市用电的六分之一来自沿江而建的三座燃煤电厂。
三座电厂中最新的一座,上海外高桥第三发电厂,2013年凭借两台百万千瓦超超临界机组,实现了276克每千瓦时的年平均供电煤耗,打破了丹麦电厂保持的世界纪录。这项纪录意味着,当年“外三”电厂每送出1度电,比全国平均水平节约45克标准煤,一年就可以节煤52万吨,减少二氧化碳排放140万吨。
冯伟忠,是这三座电厂的核心建设者之一,这一切对他来说远不是终点。他的目标是设计一台全新的汽轮发电机组,把电厂供电煤耗降低到251克每千瓦时,这将是一个新的世界纪录。
新型汽轮机组的关键部件在无锡透平国家大型涡轮叶片研制基地进行锻造。经过全世界最大的离合器式螺旋压力机的重击等操作,金属性能提升25%的毛坯件锻造完成。
再经过五轴联动数控机床精加工,带有唯一身份编号的叶片将按照严格顺序,安装到对应轮槽上。
涡轮转子,被称作汽轮机的心脏,这颗心脏是否足够强健,精密的装配尤为重要。工程师需要在一个月的时间完成2000多个不同类型叶片的装配,14级叶片沿轴线方向的整体误差,不能超过0.6毫米。
正式出厂之前,这台汽轮机转子还要经历一项极为严苛的测试。在这个亚洲最大的动平衡测试台,涡轮转速达到每分钟3600转——这意味着末级叶片顶端圆周转速,达到660米每秒,相当于两倍音速,由此带来每个叶片约600吨的巨大离心力。
这样的极限测试,对于主轴、叶轮、叶片,都是极为苛刻的考验。测试结束,包括振动幅值、速度在内的各项参数表现正常,这意味着新一台百万千瓦汽轮机低压转子,完美通过测试。中国制造的百万千瓦高效超超临界汽轮机组,已经达到世界领先水平。
安徽淮北平山电厂二期工程,是由冯伟忠设计建造的全新燃煤电厂,他们团队要在这里,向251克每千瓦时供电煤耗的世界纪录发起挑战。
传统的汽轮发电机组,高压缸、中压缸和低压缸分布在一个轴系上。
为了实现251克每千瓦时的供电煤耗,冯伟忠将汽轮机组高压轴系与低压轴系进行分离,形成高低位分轴布置的结构。这是一次极为大胆的尝试,在世界百年火力发电史上从未有过。
根据测算,采用高低位布置的汽轮机组,比以往减少了将近200米的高温管道,机组满负荷运行的热循环效率可以达到49%,这让冯伟忠团队距离实现251克每千瓦时超低煤耗的目标,又近了一步。

上海申能电力科技有限公司总经理 冯伟忠

中国造海上巨无霸,船身长度超过世界最大航母60米 
2017年,中国船舶工业集团与法国达飞集团,正式签订了9艘23000标准集装箱船的建造合同。

在这艘船的设计上,中国工程师采用了一套双燃料系统。在系统切换时,液化天然气将会逐渐取代燃油成为发动机的核心燃料。在保证动力的前提下,它的二氧化碳排放可以减少20%,颗粒物、硫氧化物的排放量可以减少99%。
23000标准集装箱船,是真正的海上巨无霸。船长399米,宽度将近62米,甲板面积相当于3.5个标准足球场。这比目前世界上最大的航空母舰,还要长出60多米。最惊人的还是它的运力,满载重量近22万吨,一次就可以装载23000个标准集装箱。
上海临港工业区,中国重要的船舶动力制造基地,巨型集装箱船的超级心脏就是在这里打造。
这个世界上最大的船用内燃发动机——占地面积接近一个标准篮球场,高度达到16米,相当于五层楼高,重量超过2000吨。
发动机的活塞长度达到4米,重量超过5吨。安装活塞的气缸,内壁直径接近一米,是目前世界上最大的船用发动机气缸。
由于采用双燃料系统,这些运动部件要承受比单一燃油系统更高的载荷,精度也要求更高。直径1米的活塞周长误差不能超过0.02毫米,以保证活塞与气缸绝对贴合,产生高达63800千瓦的输出功率,这比200辆重型卡车加在一起的动力还要强劲。
活塞顺利落下后,要跟连杆对接在一起,以带动曲轴运行。如果说发动机是整艘船的动力之源,那么,曲轴就是动力之心。
在临港的一个厂房里,正在打造全世界尺寸最大的船用曲轴——重量达到488吨,总长接近24米,几乎相当于一节高铁车厢的长度。这样的尺寸和重量,已经达到现有加工装备的极限。
大型船用曲轴与船舶寿命相等,一旦安装就终身不能更换。这种特大型对接曲轴,由于设计和加工难度极大,曾经长期制约着中国造船业的发展。今天,中国不但有能力自主研发制造,还在不断刷新着尺寸和重量的世界纪录。
半小时观察:装备强国 动力先行

2020年,中国向全世界郑重宣布:力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。中央经济工作会议也将“做好碳达峰、碳中和工作”列为2021年重点工作之一。为了实现这一愿景,动力领域的创新变革,任重道远、时不我待。动力,是发展的第一要素,人类文明的每一次重大进步,都伴随着动力的变革与升级。今天的中国,已有实力、有底气、有信心,为中国和世界的高质量发展,继续注入源源不断的澎湃动力。
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