引言
經(jīng)過50多年的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，除應(yīng)用于航空之外，還在工業(yè)發(fā)電、機(jī)械驅(qū)動(dòng)、艦船推進(jìn)、坦克和機(jī)車動(dòng)力等方面獲得廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)國內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品的迫切需要，中國航空工業(yè)沈陽黎明航發(fā)集團(tuán)公司發(fā)揮《透平機(jī)械技術(shù)》專長，大力開發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品。首先開發(fā)研制QD128燃?xì)廨啓C(jī)，經(jīng)過四年多的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的我國第一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)QD128燃?xì)廨啓C(jī)終于從今年六月份起并網(wǎng)發(fā)電。
燃?xì)廨啓C(jī)是技術(shù)密集性產(chǎn)品，設(shè)計(jì)研制一種新的燃?xì)廨啓C(jī)，或者將航空發(fā)動(dòng)機(jī)改型派生出一種新的輕型燃?xì)廨啓C(jī)，都必須像航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研制一樣進(jìn)行各種驗(yàn)證試驗(yàn)，除進(jìn)行改進(jìn)部件的專項(xiàng)試驗(yàn)外，還應(yīng)按GB10490-89《輕型燃?xì)廨啓C(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范》要求，完成必做的試驗(yàn)5項(xiàng)，選做的試驗(yàn)6項(xiàng)，測(cè)取燃?xì)廨啓C(jī)在整個(gè)功率范圍內(nèi)的性能曲線，以驗(yàn)證功率和熱效率與設(shè)計(jì)指標(biāo)的符合性，確定改進(jìn)部件工作的可靠性。同時(shí)測(cè)取各截面控制參數(shù)、監(jiān)視參數(shù)，為燃?xì)廨啓C(jī)的操縱、調(diào)試提供依據(jù)。國外也是如此，美國GE公司將CF6-80C2航空發(fā)動(dòng)機(jī)改型研制成LM6000燃?xì)廨啓C(jī)，臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，為測(cè)取燃?xì)廨啓C(jī)的壓力、溫度、應(yīng)力和流量等參數(shù)，在燃?xì)廨啓C(jī)上安裝了1000多件測(cè)試元件。
加拿大RR燃?xì)廨啓C(jī)部投資1000萬美元建設(shè)了大型燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)，可試功率達(dá)13.6萬馬力(100MW)的燃?xì)廨啓C(jī)。
燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)的負(fù)載裝置是燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)的核心設(shè)備之一，燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)即使帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，電流也不得輸入電網(wǎng)，以免對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)的負(fù)載裝置選擇：德國等國家選擇水力測(cè)功器，美國GE公司選擇發(fā)電機(jī)測(cè)功，俄羅斯也選擇發(fā)電機(jī)或水力測(cè)功器，我們選擇軸流風(fēng)機(jī)做負(fù)載裝置。與之相比，軸流風(fēng)機(jī)具有體積小，重量輕，投資少，易于操縱等優(yōu)點(diǎn)。在世界燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)領(lǐng)域尚未見到報(bào)導(dǎo)。
1、負(fù)載裝置的方案選擇
燃?xì)廨啓C(jī)與試驗(yàn)用的負(fù)載裝置的最大功率應(yīng)基本匹配，這樣既能做全負(fù)荷試驗(yàn)，又能錄取到整個(gè)工作域(例如燃?xì)廨啓C(jī)n1：70～105%)的性能。如果燃?xì)廨啓C(jī)與負(fù)載裝置功率不匹配：燃?xì)廨啓C(jī)功率過大一“大馬拉小車”，試驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)生飛轉(zhuǎn)（超轉(zhuǎn)），給安全帶來隱患，而且不能做到燃?xì)廨啓C(jī)的全負(fù)荷性能；燃?xì)廨啓C(jī)功率過小一“小馬拉大車”，則無法評(píng)定燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)性能，加速性能和低轉(zhuǎn)速區(qū)域性能。
燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)負(fù)載裝置的選擇原則應(yīng)該是我們熟悉的領(lǐng)域，以便利用現(xiàn)有資源和我們悉的技術(shù)，例如各種航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)，就是透平機(jī)械中典型的負(fù)載裝置。
選擇QD128燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)的負(fù)載裝置應(yīng)具備以下四個(gè)條件：
①功率可調(diào)范圍應(yīng)在10000—14000KW之間；
②廠內(nèi)有實(shí)物資源；
③有壓氣機(jī)特性試驗(yàn)資料；
④有設(shè)計(jì)圖樣和壓氣機(jī)流場(chǎng)計(jì)算資料等，見表1。
從表1可見，選擇WP6B壓氣機(jī)做QD128燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)的負(fù)載裝置，從實(shí)物資源到技術(shù)資料、設(shè)計(jì)圖紙等都是最合適的。將WP6B壓氣機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)成QD128燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)的負(fù)載裝置，命名為WP6G2軸流風(fēng)機(jī)。
2、負(fù)載裝置的方案論證
2.1 0D128燃?xì)廨啓C(jī)功率特性
在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，QD128燃?xì)廨啓C(jī)基本負(fù)荷的輸出功率為11500KW，失峰負(fù)荷的輸出功率為13200KW。不同大氣溫度輸出功率見表2。
2.2 WP6G2軸流風(fēng)機(jī)所需功率特性
WP6G2軸流風(fēng)機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)為：n=11150r/min，空氣流量為46. 2kg/s，總增壓比7. 44，效率為0.79。所需功率為17811.6馬力，折合13100KW，所需功率隨大氣溫度變化見表3。
2.3 QD128燃?xì)廨啓C(jī)帶WP6G2軸流風(fēng)機(jī)的功率匹配論證
用QD128燃?xì)廨啓C(jī)帶WP6G2軸流風(fēng)機(jī)的功率匹配情況見附圖1。
● 大氣溫度在5℃以下，QD128燃?xì)廨啓C(jī)基本負(fù)荷狀態(tài)可以帶動(dòng)WP6G2軸流風(fēng)機(jī)，而且功率略有盈余。操作方法時(shí)，將燃?xì)獍l(fā)生器ni轉(zhuǎn)速略微降低，保證軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n4=11150±50r/min范圍內(nèi)試驗(yàn)。
● 大氣溫度在5℃～30℃之間時(shí)，QD128燃?xì)廨啓C(jī)使用基本負(fù)荷和尖峰負(fù)荷之間的狀態(tài)，可以帶動(dòng)WP6G2軸流風(fēng)機(jī)，方法同上。這時(shí)，QDI28燃?xì)廨啓C(jī)處于全負(fù)荷狀態(tài)，功率在10000—13000KW之間，滿足QD128燃?xì)廨啓C(jī)全負(fù)荷試驗(yàn)狀態(tài)要求。
3、WP6G2軸流風(fēng)機(jī)研制
① P6G2軸流風(fēng)機(jī)以我廠自產(chǎn)渦噴6B壓氣機(jī)為基礎(chǔ)自行設(shè)計(jì)、研制：
● 采用三排并列球軸承創(chuàng)新技術(shù)，承擔(dān)10倍于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向力，在世界發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域?qū)儆谑讋?chuàng)。經(jīng)反復(fù)運(yùn)行試驗(yàn)證明：方案可行，工作可靠。
● 采用高壓引氣卸荷技術(shù)，將原來5000kgf軸向力減少至不大于3000kgf，進(jìn)一步提高軸流風(fēng)機(jī)長壽命工作可靠性。
● 采用等壓絕熱工作原理設(shè)計(jì)的低損失蝸殼，集氣、轉(zhuǎn)彎900總流阻損失在600mmH20以下。
● 重新設(shè)計(jì)后機(jī)匣、承力機(jī)匣、后支撐機(jī)匣、軸承系統(tǒng)、封嚴(yán)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、卸荷系統(tǒng)和主、輔支撐系統(tǒng)等。
● 有全臺(tái)壓氣機(jī)特性試驗(yàn)的基礎(chǔ)，只要測(cè)出進(jìn)、出口壓力、溫度，就能較準(zhǔn)確地計(jì)算出軸流風(fēng)機(jī)功率，方便快捷，隨時(shí)顯示、打印。
經(jīng)過一年多的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配，于2001年未完成首臺(tái)WP6G2軸流風(fēng)機(jī)的研制。見附圖2。
4、QD128燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)
●WP6G2軸流風(fēng)機(jī)能夠承擔(dān)燃?xì)廨啓C(jī)的多項(xiàng)試驗(yàn)。
WP6G2軸流風(fēng)機(jī)作為輕型燃機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的重要設(shè)備之一，能夠承擔(dān)以下試驗(yàn)項(xiàng)目：
①輕型燃?xì)廨啓C(jī)的液壓馬達(dá)帶轉(zhuǎn)試驗(yàn)；
②輕型燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)點(diǎn)火試驗(yàn)；
③輕型燃?xì)廨啓C(jī)的供油規(guī)律試驗(yàn)；
④輕型燃?xì)廨啓C(jī)的磨合運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)；
⑤輕型燃?xì)廨啓C(jī)的加／減速試驗(yàn)：
⑥輕型燃?xì)廨啓C(jī)的全負(fù)荷性能調(diào)試試驗(yàn)；
⑦輕型燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)試驗(yàn)（例如關(guān)閉V1、V2閥）；
⑧輕型燃?xì)廨啓C(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)（例如報(bào)警、停車）；
⑧長期試車考核試驗(yàn)；
⑩按GB10490-89完成驗(yàn)收規(guī)范試驗(yàn)等。
WP6G2軸流風(fēng)機(jī)首先應(yīng)用在黎明公司自建燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)臺(tái)-511試驗(yàn)臺(tái)上，完成QD128燃?xì)廨啓C(jī)第102臺(tái)的液壓馬達(dá)帶轉(zhuǎn)試驗(yàn)、起動(dòng)點(diǎn)火試驗(yàn)、供油規(guī)律試驗(yàn)、性能調(diào)試試驗(yàn)和監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)等，同時(shí)，像一桿秤一樣，隨時(shí)計(jì)量QD128燃?xì)廨啓C(jī)功率。使102臺(tái)能夠交付燃機(jī)成套公司發(fā)往中原油田電站并網(wǎng)發(fā)電。
在集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)下，在全公司各分廠、車間的大力配合下，我們?cè)O(shè)計(jì)、研制的WP6G2軸流風(fēng)機(jī)，一機(jī)多用，一舉多得。技術(shù)上有多項(xiàng)創(chuàng)新，而造價(jià)只是沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠同等規(guī)格的離心壓縮機(jī)的1/3～1/4，511試驗(yàn)臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)就節(jié)省資金至少400萬元。
WP6G2軸流風(fēng)機(jī)是應(yīng)集團(tuán)公司大力開發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)的需要，作為燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)試試驗(yàn)的配套產(chǎn)品，借助軍品成熟技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)展、創(chuàng)新。成功的關(guān)鍵是領(lǐng)導(dǎo)下定決心，大膽決策，技術(shù)人員在具體技術(shù)上精心設(shè)計(jì)、精心施工，終于搞成一項(xiàng)產(chǎn)品，為黎明公司發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)的宏偉目標(biāo)做貢獻(xiàn)。
