最难制造的机械设备,中国终于突破封锁!请记住这个37岁美女博士

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昨天13:06大图模式

燃气轮机起源于19世纪,是第二次工业革命的产物,如今还被广泛使用在交通、电力、航天等多个领域。但实际上,燃气轮机至今依然是最难制造的机械设备。如今中国终突破封锁,而我们必须要感谢一位37岁的美女博士。

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01 燃气轮机有多难制造?

燃气轮机由压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和透平设备(Turbine)三部分组成,原理是压气机从外界吸入空气,经过轴流式压气机逐级压缩增压;压缩空气进入燃烧室与喷入燃料燃烧生成高温高压的气体,通过气体排出阀排出,吹动叶片旋转带动涡轮旋,进而使压气机高速旋转。

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在燃气轮机中,压气机是由燃气涡轮膨胀做功来带动的,涡轮发出的机械功约有一半是带动压气机运动,其余的一部分机械功才是进行动力输出;所以在燃气轮机起动的时候,首先需要电动机带动压气机启动,直到燃气涡轮机械功大于压气机消耗的机械功时,燃气轮机才能自身独立工作。

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原理似乎并不复杂,但燃气轮机持续工作中,为了保持相当高的动力,温度要保持在1000度左右,而且需要长期在这种温度中维持上万小时,并且不能出现损坏,这对于燃气轮机的材料要求极高。

除了材料,还需要考虑如何将压气机的压缩比和燃烧室的燃料混合时充分燃烧,产生最大压力,同时高温高压的气体吹向叶轮,叶轮要在高温高压中能长期稳定的旋转,这就跟冰块放在火里面,还要求冰块不能化掉一样。

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在这种情况下还要减少叶轮旋转需要带动压气机的机械能,增加透平设备产生的机械能,这需要在冷却方式、流道、 叶型、材料、涂层、控制等方面不断进行改进和优化,才能提高效率,但是这些技术早已被 GE、西门子、三菱为主的重型燃气轮机产品垄断并拒绝技术转让,我国只能通过自研,技术水平与顶尖巨头比还有较大的差距。

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那我国的燃气轮机到底发展得怎样了?关注我,了解更多中国科工的真相。

2020年11月27日,东方电气自主研发的国内首台F级50MW机顺利实现满负荷稳定运行,E级别燃烧室温度在1200度,F级在1400度,H级别温度在1600度左右,这意味着我国打破了西方的专利垄断,可以生产出优秀的重型燃气轮机,东方电气已经在三大部件及其他辅助系统有了较大突破,尤其是叶轮设计和材料方面的进步对于我国下一级别H级300MW的燃气轮机起着决定性作用。

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02 为何要重点研究燃气轮机?

燃气轮机实际上是第二次工业革命的产物,而在如今电机已经非常普遍的情况,很多人可能都有疑问,为什么我们还要花这么多精力去研究一个过时的东西?作为一个靠谱的科普作者,我可以告诉大家,燃气轮机不但没有过时,而且非常重要。

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燃气轮机对于燃料的要求不高,任何燃料都可以,但是为了提高效率和保护环境,现在主要烧天然气,随着我国“十四五”绿色能源发展计划的实施,低碳经济、碳中和就成了重中之重,低污染的能源受到重视,其相关产业的研发工作早已展开,《电力发展“十三五”规划》已明确了天然气发电项目建设目标,2020年将实现气电装机容量占 比超过5%,总体规模达110GW(吉瓦)。

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在《能源发展“十三五”规划》中,氢能和燃料电池被列为需要集中攻关的关键技术。美日欧等发达国家相继将氢能发展列入国家能源发展规划,目前产业发展迅速,用清洁的氢燃料替换天然气,也是未来燃气轮机发电趋势。

但氢的缺点也比较明显,首先腐蚀性强,热值高燃烧快,很难控制燃料补给速率。所以目前单独使用比较困难,多数是和天然气混合加入燃气轮机,或者经过工业加工,氢气和二氧化碳形成甲烷和甲醇等清洁能源。

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美国能源部在2005年启动“先进 IGCC/H2燃气轮机”项目和“先进燃氢透平的发展”项目,主要研究内容包括富氢燃料、氢燃料的燃烧、透平及其冷却、高温材料、系统优化等。

而日本三菱日立早在1970年就开始研发含氢燃料的燃气轮机,2018年含氢燃料的燃气轮机达29台,安全运行超过3.57百万小时,以重型机为主,同年三菱日立在700MW 输出功率的J系列重型燃气轮机上测试使用含氢30%的混合燃料成功。

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未来单纯的燃气轮机已经不会建造,混合型燃机会陆续出现,因为燃气轮机做工会产生大量的热量,可以利用这些热量做成蒸汽-燃气混合机,可以将效率提升到60%左右,发电效率大大提升,其次我国的C919、运20及后续研发的大飞机项目的发动机、军舰、轮船的动力系统的发展,都需要燃气轮机技术的突破。

03 美女博士的贡献有多大?

内燃机领域一直是我国的薄弱之处,尤其是燃气轮机,虽然我国起步不晚,但是国家一开始并不重视,因为开发成本高、材料要求高、技术难度高,我们工业基础薄弱,燃气轮机又属于技术、资金、人才密集领域,是研发周期长的战略产业,中国一直缺少可持续的统一规划。

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但我们也一直没放弃研发,解放前我国并没有燃气轮机的相关工业企业,解放后因为军事航空业的需求,1956年我国首批歼-5喷气式飞机试飞,标志着我国航空发动机的研发成功。2003年我国才与美国GE公司合作生产,目的是吸纳欧美燃气轮机技术优势,通过市场换技术的方式解决技术落后问题,但实际结果却是市场被欧美日瓜分,我们却没有获得关键技术。那我们就真的没有办法了吗?关注我,了解更多中国科工的真相。

目前来看自主研发之路困难重重,但皇天不负有心人,我们终于是取得了重大突破。前面我们说过了,燃气轮机的叶片非常重要,它能够承受多大的高温,直接决定了燃气轮机的好坏。而段方苗,一位37岁的美女博士,就攻克了叶片技术。

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时间回到2015年,我国启动了专项研究计划,当时年仅31岁的段方苗毅然加入了研究团队,开始了艰辛的攻关工作。这个研究团队,平均年龄只有34岁,缺乏经验,也没有很多的技术积累,但他们愣是在这样的条件下创造出了不可能的奇迹。

经历了无数困难和挫折,2018年,段方苗和她的团队成功试制出我国自主设计的第一批一级静叶,打破了西方国家的长期垄断。但这只是开始,离目标还有很远。段方苗很清醒,深知未来的路还很长,我们想要真正把核心技术拿在手里,不再受制于人,还需要更多的投入。

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对比发达国家,我们确实还存在代差,但确确实实是积累了丰富的经验,未来我们还需要更多像段方苗这样的科研工作者,不断为我们的科技事业做出伟大贡献。段方苗有一句话说得很好,“我真的有时候觉得是有一种把个人的价值和国家的价值联系到一起,是非常的那种可遇而不可求的那种。我们参与其中,我们每个人都会被记住。”

原来,我们已在清净刹土中(下)

慈诚罗珠堪布

01 有相圆满次第

有相圆满次第也就是气脉明点的修法,如时轮金刚中的气脉明点修法。修气脉明点为什么能证悟空性呢?麦彭仁波切在时轮金刚的解释中讲过,假如在头一点不疼的时候观想头痛,在观想一两天之后,头肯定会真的痛起来,这是一种心的作用,但见效不是很快;如果另外一人直接用木棍打自己的头,那么在木棍落在头上的瞬间,立刻就会有头痛的感受。

这个比喻说明,虽然可以用显宗《入中论》《中论》里的推理方法来推翻我执,但是进展很慢,效果不是很好。从凡夫修到真正证悟空性的一地菩萨,需要一个阿僧衹劫(无数大劫),这是一个漫长得连天文数字都无法表述的时间概念。

然而在密宗里,却可以通过修气脉明点快速地证悟空性。为何能够快速证悟呢?因为我们的心和肉身有着非常密切的关联,通过对气脉明点的调节,就可以使心发生决定性的改变。

在观修生起次第时,确实可以见到一切外境、众生皆为佛的坛城。通过圆满次第证悟空性以后,虽然佛的坛城依旧存在,却能了达这一切并不是实有,而是如梦如幻的。这就是修圆满次第的意义所在。

02 无相圆满次第

无相圆满次第主要是指大圆满,《时轮金刚》等续部中也有一部分。无相圆满次第是指不借助于观想以及修气脉明点,而直接证悟空性的修法。

它与显宗的证悟空性有何不同呢?如前所讲,显宗就如观想头痛,仅能依靠推理来证悟空性。而密宗,特别是大圆满,可以令一介凡夫,在刚刚发菩提心、刚刚进入密乘不久,不必经历无数大劫,而是在短短的一生,甚至几个月、几年的时间内,就可以去感受、体会空性。

大圆满中既包含了无相圆满次第,也含摄了生起次第。但是,大圆满的生起次第不是通过观想佛像,从外面看到本尊坛城,而是借由禅定,从内心向外发出佛的坛城。这是没有任何造作的、自然的、纯净的一种佛的坛城。

观想唐卡虽然可以控制一些不清净的显现,但还是有造作的成分,因为唐卡毕竟是人画的。譬如,如果用一束光照在唐卡的上半部分,而使唐卡的上半部分较亮、下半部分较暗,并以此唐卡为对境而作观想,当生起次第修起来之后,所显现的本尊或者坛城也会上半部分非常亮、下半部分很模糊。

这说明,这种生起次第是有造作的。虽然有造作,但它却能控制我们对不清净的执著。譬如,洗手用的香皂自身并不干净,终究要被洗掉,但我们却可以用它来洗净双手。同样,这种生起次第虽然有造作,但造作的东西也可以推翻许多不清净的现象,所以暂时可以利用它。

然而,大圆满却不是这样。修大圆满时,不需要看佛像,也不需要观想佛陀、本尊的容貌、身色、手印……而只需要入定。因为一切万法的本性永远离不开空性,也永远离不开现象;入定修光明的同时,现象的部分自然可以爆发出来,那便是纯洁而无有造作的佛之坛城。大圆满没有特意修生起次第,最后却达到了比修生起次第更超胜的目的。所以,大圆满修法涵盖了一切生圆次第的修法。

以上内容,介绍了生圆次第的概念。虽然密宗各大派别的修法异彩纷呈、各有千秋,但所有修法都可归纳于生圆次第的修法当中。

以上所讲的,是密宗一般的修法次第。因为环境、时间等各种因素,我们的修行不一定会按照以上顺序进行,而往往是在出离心、菩提心等一系列加行修完以后,直接进入大圆满的修法。因为大圆满法并不是专供出家人或者高僧大德的修法,即使是普通的密宗居士,在加行基础打好之后都可以修。你们可以一边工作,一边修大圆满。

使修行抵达终点的顺缘

生起次第与圆满次第的具体修法这里暂时不讲。在具体修行时,首先不要操之过急,而仓促地去修密法,目前最重要的,是稳扎稳打地修出离心和菩提心。

从前,色尔坝有个修行的地方,那里有一位大圆满成就者叫秋央让珠上师,他引导弟子的方式,也是十分讲究次第的。到他那里已经三四年的人,还不能听到他亲自传的一句法。只是由其他堪布为他们传皈依及出离心等修法,并让他们去实修。在出离心、菩提心修得非常扎实的时候,他才为其传讲大圆满。

时光荏苒,几十年过去了,上师的弟子们都纷纷辞世。令人惊叹的是,几乎所有的弟子都示现了不同程度的成就相。虽然这一切,无不归功于秋央上师的不共加持力,但与他老人家注重基础的引导方法也有极为密切的关系。

如果上师们只是一味地传讲高深法要,居士们也是千方百计地想尽快得到灌顶,以便翻阅只有灌顶之后才能看的法本,在了解法本的所有内容后,仍是永无餍足地追求所谓“更高”的法要,却将基础修法弃置不顾,这种弃本逐末的做法,无异于缘木求鱼。最终结果,只会自取其咎。

千里之行,始于足下。出离心和菩提心,是与证悟空性相辅相成、形影不离的良伴,我们一定要对此加以重视。要知道,只有从出离心和菩提心出发,才能抵达究竟实相的终点。

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