燃气轮机的发展代表着国家重大装备制造业的总体水平,是一个国家高新技术与科技实力的重要标志之一。“十三五”规划中提出的未来五年中国计划实施的100个重大工程及项目,“航空发动机及燃气轮机”排在第一位。目前,世界上只有美、俄、德、日等少数国家具备独立研制燃气轮机的能力。作为燃气轮机三大核心部件之一的涡轮叶片,采用精密铸造技术成型,国外对其制造技术严密封锁。涡轮叶片是发动机里面工作环境最恶劣的部件,除需承受高温高压之外,还要在10吨以上离心力作用下工作上万小时。与航空发动机叶片相比,燃机叶片体积是航机叶片体积的3-8倍,稳态下工作时间是航机叶片的2倍以上,随铸件体积增大以及对叶片要求的提高,铸造难度呈指数级增加。我国动力涡轮叶片精密铸造技术处于研制阶段,铸造合格率不高,设计要求的尺寸精度难以保证,冶金问题没有得到突破,长期制约着我国燃机动力涡轮叶片精密铸造技术的发展,因此,必须立足自主研发,解决我国燃机叶片精密铸造技术“卡脖子”难题。该项目是原中国航空工业集团公司设立专项基金进行的轻型燃机攻关项目;西航公司对国产30MW级燃驱压缩机组用燃气轮机(QJ280)、40MW级间冷循环燃气轮机(QC400)、30MW级发电机组用燃气轮机(QD280)系列燃机精铸叶片进行了研制攻关。针对轻型燃机动力涡轮叶片存在的易变形、易疏松、柱状晶等难题;开展了动力涡轮精铸叶片型面及组织精确控制技术研究,构建了涡轮叶片分截面可调式反变形矫正和厚大实心叶片型面及通道尺寸控制技术,攻克了叶片柱状晶组织、疏松等缺陷控制技术难题;建立了燃机叶片工程化制造成套精铸工艺技术体系;动力涡轮工作叶片和导向叶片已完成批量交付并通过试车验证,成功实现并网发电,燃机机组运行状态良好。创新成果如下:1、创新性的提出了分截面可调式蜡模反变形通用弯扭控制技术,实现了动力涡轮叶片铸件尺寸精准控制。2、创建了实心涡轮叶片晶粒度控制技术体系,通过在叶片排气侧设置工艺补偿,避免了涡轮叶片排气侧柱状晶形成;采用内置保温材料的复合型壳工艺,解决了导向叶片表面晶粒度超差难题。3、发明了一种疏松控制方法,通过在叶片型壳设置热阻层调整凝固温度场,解决了实心涡轮叶片疏松超标难题;4、通过在叶身表面施加辅助结构,提高型壳刚性,实现了铸件型面精确可控。 2020年11月27日,项目经鉴定委员会鉴定:总体技术达到国内领先水平,其中分截面可调式反变形矫正技术达到国际先进水平。项目共取得授权国家发明专利4项、发表论文3篇。该项目的核心、关键技术完全自主可控。该项目自2012年开始研制至今,已累计交付多台份精铸动力涡轮叶片,其中工作叶片共计交付近1500件,单件平均价格1.8万元;导向叶片共计交付300多件,单件平均价格3.5万元,累计产生经济效益3771.4万元。该项目的研究成果在40MW、30MW、7MW、10MW等其他燃机型号以及某型涡喷发动机、某型涡扇发动机等航机型号研制中得到应用及借鉴,并为今后发展更大功率重型燃气轮机做了技术储备,具有良好的经济、军事及社会效益。该项目的成功研制及应用,大力提升了我国燃气轮机涡轮叶片精铸技术水平,带动了国产高温合金的工程化应用与发展,取得了较大的经济效益。打破了国外燃气轮机垄断和技术封锁,对我国国防安全、能源安全和经济利益有重大意义。