提及葉片，不同于人們印象中樹葉般的輕柔，在汽輪機(jī)制造領(lǐng)域，葉片是由錚錚鋼鐵打造而成的關(guān)鍵部件。
2019年1月8日上午，2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會在人民大會堂隆重舉行。其中，由西安交通大學(xué)教授謝永慧領(lǐng)銜完成的“汽輪機(jī)系列化減振阻尼葉片設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”摘得2018年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
汽輪機(jī)的“心臟”
汽輪機(jī)是一種將蒸氣熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其廣泛應(yīng)用于火電、核電、艦艇動(dòng)力、冶金、化工等領(lǐng)域。汽輪發(fā)電機(jī)組為我國提供了70%左右的電能，在國民經(jīng)濟(jì)中扮演著極為重要的角色。
葉片堪稱是汽輪機(jī)的“心臟”。當(dāng)高溫高壓的蒸汽穿過固定噴嘴加速噴射到葉片上，一個(gè)個(gè)排列整齊的葉片便以轉(zhuǎn)子為中心旋轉(zhuǎn)，源源不斷地對外做功，最終轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的電能。
看似順暢的機(jī)理，實(shí)現(xiàn)起來卻困難重重。葉片在極為惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，需要承受高溫、高壓、巨大的離心力、氣流激振力等作用。以離心力為例，一片1828mm葉片的離心力就可達(dá)1100噸，相當(dāng)于兩架世界上最大客機(jī)“空客A380”的最大起飛重量。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，葉片故障占汽輪機(jī)事故的30%以上。一片葉片斷裂將打壞周圍葉片，導(dǎo)致多片葉片斷裂和整機(jī)停運(yùn)，造成重大事故和經(jīng)濟(jì)損失。于是，減振阻尼葉片進(jìn)入了人們的視野。
減振阻尼葉片振動(dòng)應(yīng)力小且安全性高，因此，堅(jiān)持不懈地開發(fā)阻尼葉片，不斷推陳出新，成為發(fā)展先進(jìn)汽輪機(jī)的必然選擇。
以謝永慧為代表的高�？萍脊ぷ髡�，逢山開路、遇水架橋，通過與企業(yè)、科研院所開展密切合作，組建起一支優(yōu)勢互補(bǔ)、力量雄厚的研究團(tuán)隊(duì)。他們以“不破樓蘭終不還”的氣勢，堅(jiān)持深耕減振阻尼葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)，攻克一個(gè)又一個(gè)難題，歷經(jīng)20余年，終于走出了一條完全自主的科技創(chuàng)新道路，實(shí)現(xiàn)了“汽輪機(jī)系列化減振阻尼葉片設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”的重大突破。
從“零”開始
20世紀(jì)90年代，我國的汽輪機(jī)葉片研究與發(fā)達(dá)國家差距較大。高昂的出售價(jià)格、嚴(yán)格的技術(shù)壟斷、只賣產(chǎn)品不提供技術(shù)……這些都是我國當(dāng)時(shí)面臨的窘狀。長期依賴于進(jìn)口先進(jìn)葉片，使我國汽輪機(jī)的發(fā)展受制于人。
于是，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出屬于我們自己的、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)阻尼葉片，成為長期困擾我國科學(xué)家的一大難題。
本科期間第一次見到葉片，謝永慧就為之深深著迷，當(dāng)時(shí)就下定決心，一定要研究它、開發(fā)它。從本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開始，謝永慧便師從我國葉輪機(jī)械領(lǐng)域著名專家、西安交大西遷教授孟慶集進(jìn)行葉片改型設(shè)計(jì)，其后又組建團(tuán)隊(duì)研發(fā)先進(jìn)阻尼葉片，這一做就做了近30年。
在失敗中成長，在黑暗中探索。這條摸著石頭過河的路，團(tuán)隊(duì)走了很多年。比如，在研究特大型阻尼長葉片初期，團(tuán)隊(duì)甚至不知道這種葉片長什么樣，設(shè)計(jì)參數(shù)稍有偏差，相鄰葉片就可能受到干涉，從而無法形成整圈葉片。
這其中，有團(tuán)隊(duì)成員夜以繼日的奮斗，有春節(jié)期間計(jì)算機(jī)房燈火通明的堅(jiān)守，有對關(guān)鍵步驟的反復(fù)推演與交叉碰撞……正是憑借著一股不服氣、不服輸?shù)膱?jiān)定信念，依靠知識分子愛國奮斗、艱苦創(chuàng)業(yè)的奉獻(xiàn)精神，團(tuán)隊(duì)最終成功研發(fā)出一系列阻尼長葉片，使該項(xiàng)技術(shù)擁有了實(shí)質(zhì)性的重大突破。
至此以后，謝永慧團(tuán)隊(duì)順利推進(jìn)，提出了葉片強(qiáng)度振動(dòng)設(shè)計(jì)新方法及系列減振新結(jié)構(gòu)，自主研發(fā)了“頻率精準(zhǔn)預(yù)測—安全性準(zhǔn)確評判—強(qiáng)度振動(dòng)自動(dòng)尋優(yōu)設(shè)計(jì)”的減振阻尼葉片設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)體系，最終實(shí)現(xiàn)了阻尼葉片“個(gè)性化”私人訂制的最優(yōu)設(shè)計(jì)。
“沒人能再卡住我們的脖子，現(xiàn)在我們自己研制的阻尼葉片參數(shù)比國外同類產(chǎn)品還要好。”謝永慧的言語間滿是豪情與驕傲。
探索合作新模式
2019年，中央電視臺《開講啦》節(jié)目組迎來第一期演講嘉賓——西安交大校長王樹國。
王樹國在演講中表示，面對第四次工業(yè)革命迅猛發(fā)展所帶來的巨大變化，大學(xué)需要轉(zhuǎn)變觀念、深刻變革，一定要開放辦學(xué)，主動(dòng)融入社會。
謝永慧團(tuán)隊(duì)可以說是充分踐行“校企研”融合發(fā)展模式的典型代表。謝永慧曾總結(jié)道，這正是他們團(tuán)隊(duì)不斷進(jìn)取、收獲成功的重要秘訣。
十幾年來，謝永慧及同事張荻帶領(lǐng)數(shù)十位博士和碩士研究生，與企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)廣泛開展精誠合作，闖出了一條不同尋常的產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展之路。研究團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮大學(xué)、國有大型企業(yè)和重點(diǎn)研究院所的技術(shù)優(yōu)勢，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手、密切合作，共同研發(fā)出適用于20~1700MW等級火電、核電和工業(yè)汽輪機(jī)從調(diào)節(jié)級到低壓末級的87種阻尼葉片，產(chǎn)品應(yīng)用于835臺汽輪機(jī)，性能指標(biāo)優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。
團(tuán)隊(duì)通力研制出了世界最長、排汽面積最大的1905mm葉片，國家科技重大專項(xiàng)CAP1400和“華龍一號”核電汽輪機(jī)采用的1828mm葉片，以及新一代超超臨界1000MW火電汽輪機(jī)采用的全轉(zhuǎn)速1200mm葉片；研制出的葉片銷售至全國22個(gè)省，出口9個(gè)國家，其中包括遠(yuǎn)銷沙特的60Hz超臨界660MW汽輪機(jī)采用的910mm葉片和應(yīng)用于巴基斯坦核電項(xiàng)目的1710mm葉片。值得一提的是，該出口葉片還為推動(dòng)“華龍一號”這一自主品牌走向世界，為我國向其他國家出口先進(jìn)核電汽輪機(jī)產(chǎn)品提供了重要的技術(shù)支撐。
謝永慧團(tuán)隊(duì)的另一項(xiàng)優(yōu)勢則在于積極實(shí)施“高校、企業(yè)聯(lián)合”的人才培養(yǎng)模式。
一方面，企業(yè)技術(shù)人員定期入校與研究生共同學(xué)習(xí)、培訓(xùn)；另一方面，在校學(xué)生也可以獲得前往企業(yè)一線實(shí)習(xí)、實(shí)踐的機(jī)會。如此一來，科學(xué)研究、技術(shù)突破、實(shí)踐應(yīng)用都在高效且有條不紊的運(yùn)轉(zhuǎn)，最大程度地促進(jìn)了技術(shù)的更新?lián)Q代和推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了良性互動(dòng)的研究生態(tài)。目前，團(tuán)隊(duì)主要技術(shù)骨干不僅全部掌握了項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)，而且在阻尼葉片研發(fā)過程中可以高效運(yùn)用、靈活出新。
因循這種培養(yǎng)模式，團(tuán)隊(duì)在發(fā)展的過程中產(chǎn)生了全國勞動(dòng)模范、省級突出貢獻(xiàn)專家等各級人才，培養(yǎng)了大量博士、碩士以及工程碩士等專業(yè)技術(shù)人才。
一直在奔跑，追夢不停歇。“我們志愿為祖國解決一個(gè)又一個(gè)難題。”謝永慧代表團(tuán)隊(duì)鄭重承諾道，“作為西遷新傳人，我們將不忘初心，努力奔跑，永不停息，把先進(jìn)汽輪機(jī)的研發(fā)進(jìn)行到底，為祖國發(fā)展貢獻(xiàn)智慧與力量。”■