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哈电机:逐浪三峡 完胜右岸

http://www.gkong.com 2008-11-06 11:41 来源:中国电力网

   “哈电机在三峡机组制造的一个重大技术突破是线圈的风冷技术,这一技术至少领先国外3年~5年,可以说独步世界。”

  ———中国三峡总公司副总经理杨清“23号机组充分体现了由中国制造向中国创造转变所取得的辉煌成果,实现了国产化大型水电机组和国际水平的接轨。”

  ———长江电力总经理张诚“哈电机为实现中国大型水电设备制造国产化,始终都要坚持自主创新,把掌握核心技术作为企业追求第一目标,敢于攀登世界水电之巅!”

  ———哈尔滨电机厂有限责任公司董事长兼总经理  吴伟章

  10月9日16时,三峡右岸电站厂房里,经过一个简朴而热烈的交接仪式,由哈尔滨电机厂有限责任公司自主创新研制的,目前世界上容量最大、直径最大、技术最先进的23号70万千瓦大型全空冷水轮发电机组,正式移交三峡电厂运行管理。

  至此,哈尔滨电机厂有限责任公司(以下简称哈电机)在三峡左岸联合制造的8台70万千瓦水电机组和在右岸自主研发的4台70万千瓦全空冷水轮发电机组全部投入运行。逐浪三峡的哈电机,以30年磨砺追平与世界先进水平的百年差距,最后完胜于三峡右岸,宣示着一个拥有自主知识产权的民族独立制造商,站在了世界水电之巅。

  “蚂蚁啃骨头” 成就中国“智造”

  三峡工程的建设规模和技术难度,决定了它面临的是一系列前所未有的世界级难题。很多技术问题,在全球水电建设史上没有现成的参考答案和可以执行的标准,只有依靠自己的科学探索和自主创新来解决。

  作为全国最重要的发电设备制造商,哈电机就是在此背景下,肩负着在世界水电科技领域鼎新革故的历史使命,参与到了三峡工程建设中。

  有人风趣地说:“全球机电制造行业有1/3的从业人员在从事与三峡工程机电设备制造相关的工作。而哈电机参与三峡建设,一开始就充满了兴奋和激越。”

  在三峡左岸电站招标采购前,全世界投运的70万千瓦大型机组只有21台。当时,中国一无装机,二无技术,三无制造超大机组的能力。国家决定采取引进吸收的战略之后,哈电机和法国阿尔斯通等中标联合承制8台机组。按照转让协议,哈电机共接受阿尔斯通设计软件40多个,涉及三峡机组设计制造的各关键技术。

  “磨了50年的剑,等的就是这一天。”身为清华大学水力学及河流动力学博士的哈电机董事长吴伟章有着强烈的技术情结,在描述自己当时的心情时说:“以前没有核心技术只能给别人打工,为了资质,为了学技术,有些项目要把大半利润拱手相让。”

  从1998年起,哈电机的科研、设计、工艺人员开始陆续派往国外接受训,哈电机全国人大代表、高级工程师王波就是其中之一。

  2000年2月,王波和同事在挪威接受了为期两个月的水轮机叶片加工工艺技术培训。回国后,她不畏困难,大胆创新,主持设计程序,加工出的水轮机叶片最大误差不超过两毫米,而国外同行业标准允许的误差是3至4毫米。当法国专家来哈电机验收时,看到叶片如此小的误差,惊叹不已,最后对某些产品实行了免检。

  一位外国技术专家曾对哈电机的能力表示出质疑,说:“我们的技术也在不断进步,等到下一轮就会拿出更新的东西,你们还会落在后面。”

  正是意识到这种危机,为了避免出现“引进—吸收—再引进”的怪圈,哈电机抓住这次难得的进修机会,发扬“蚂蚁啃骨头”精神,研发、设计、生产相关部门,似一块巨大的海绵,拼命学习吸收先进技术。

  三峡左岸招标时,哈电机还是与法国阿尔斯通公司、挪威KEN公司一起承担制造合同的“打工仔”,到右岸招标时,哈电机变成了独立承担4台整机制造合同的“承包商”,哈电机人自主研发的消除高部分负荷压力脉动技术,在国际上首次运用于大型水轮发电机的全空气冷却技术,帮助他们完成了角色的转变。

  “蚂蚁啃骨头”看似不可能完成的任务,在哈电机人身上实现了。如今,凭着这种执著进取精神完成的,代表着中国“智造”魅力的模型转轮试验成功、模型试验装置加工成功、空冷机组制造、蒸发冷却技术自主研发并成功运用等一连串的技术创新成果,终于圆了哈电机人半个世纪的民族报国梦想。

  引进消化 师生间的较量

  当初,哈电机开始派员走出国门取经学习的时候,他们谦虚地把自己比作“小学生”;当这些“小学生”经过艰苦努力,掌握了最好的“技术要领”的时候,为了证明自己,他们就要和自己的老师同台竞技。

  “师傅领进门,修行在个人。”引进技术不能解决所有的问题,同时引进的技术,若不创新、不应用、不发展,也会迅速被抛弃。

  按照工期进度安排,三峡右岸将建12台单机容量为70万千瓦的机组,同样要采用国际招标形式。但是,这一次三峡总公司提出,竞标企业要把模型统一拿到第三方试验平台上进行测试。除了参与三峡左岸的几个国外制造商以外,哈电机这个刚刚“出徒”的中国企业也参与进来。

  哈电机的一位科技人员说:“他们原来是向我们转让技术的,现在却要一同参与竞争。就像学生和老师要用同一张试卷考试,如果我们成绩太差,今后在大水电水力设计方面,我们就只能甘当小学生。”

  经过严格评议,最后三峡右岸共有哈电机、东电、阿尔斯通三家制造商参与投标。按照要求,这3家必须于2003年10月18日14时前,将各自为三峡右岸开发的模型试验装置及模型转轮运到中国水利水电科学研究院的试验台,在此进行对比试验以获得水轮机的能量、空化、稳定性试验结果。通过对试验结果的分析比较,来评价各家制造商技术的先进优劣。

  同台对比试验对于哈电机来说是第一次,何况是和自己的“授业老师”一起比试。而三家在同一座试验台上试验,则是一次完全要凭实力见证的国际竞争。“这是对三峡左岸技术引进成果的一次检验,也是对中国水电制造企业综合开发技术的一次检阅。”当年参与竞标的一位技术人员说。
  经过极其苛刻和过程激烈的竞争,最终哈电机顺利通过了试验,而且在某些技术指标上,哈电机的技术比左岸全部引进的机组性能还有所提高。“当时情况下,就证明了一点,国内制造的产品,像是国外制造的;国外制造的,反而像是互换了角色。”

  三峡右岸招标,给中国企业这个曾经的“小学生”提供了一个师生同台竞技的机会,哈电机———实力证明了自己“学业有成”。

  卓越性能 小硬币检验大机组

  8月22日17时,代表着国内水轮空冷发电设备制造最高水平的,三峡右岸23号机组顺利通过最大负荷连续72小时试运行,并不停机投入商业运行。

  试运行结果显示:机组运行稳定,各部位温度、振动摆度、流量正常,其中推力瓦温差仅为1.5摄氏度,为所有三峡投产机组最小。哈电机实现了当初承诺的“一台比一台好”的目标,被专家誉为三峡电站的品牌机组。

  一个经典试验最能说明机组卓越的性能。在23号机组运行现场,将一枚一元硬币立在发电机组盖板上,无论是机组满负荷运行,还是机组甩负荷旋转加速时,硬币都站立不倒。

  三峡机组是世界上容量、尺寸最大的水轮发电机组,一枚小小硬币能在这个相当于10层楼高,重达5500吨的巨无霸机组身上“稳稳站立”,充分表明23号机组转轮的水力稳定性和制造精度技高一筹,这令在场的专家、来宾惊叹不已。

  能够做到这一点,主要得益于转轮的水力稳定性和制造精度。在三峡工程以前,我国十几个大电站引进的国外水轮发电机组,大部分在运行时,水轮机都出现振动,严重的导致转轮产生裂纹而被迫停机,给电站带来了巨大的损失。

  三峡左岸引进的国外转轮在运行范围内,也存在振动带,不能满足合同的要求。当哈电机大电机研究所副所长覃大清发现这一问题,与左岸技术提供方的外国专家探讨时,却得到这样的回答:“这已经是世界上最好的水平了,谁也无能为力,是无法克服的。”

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  但这一问题已被写进右岸招标书中,谁能解决就可优先中标。为破解这一世界性行业难题,哈电机水轮机研发人员在5年间,“在失败和再失败中间坚韧扛着”,先后制定20多个方案,进行了100多次试验,终于研发出了具有自主知识产权的“混流式L型叶片转轮”,使原先设想抖动减到最小的压力脉动现象,最终完全消除,创造了水轮发电技术上的科学奇迹,成为了三峡工程中稳定性最好的机组。

  在三峡右岸的国际招标中,虽然没有了国家的“特殊照顾”,但此时,羽翼渐丰的哈电机人已经不再是被外人轻视的“学生”,为挺起民族产业的脊梁,哈尔滨电机厂有限责任公司董事长吴伟章果断决策:独立投标。

  最终,凭借着自己拥有的世界一流的,具有独立知识产权的水轮机转轮等多项技术成果,哈电机一举夺得三峡右岸4台70万千瓦水轮发电机组的设计、制造合同。与此同时,构皮滩、拉西瓦、小湾等设计制造合同纷至沓来,哈电机人肩负的责任越来越重大。

  空冷机组 从世界禁区到国内独霸

  过去,国内外大型水轮发电机普遍采用水冷技术,即用水流来降低发电机体温度,而空气冷却技术与水冷技术相比具备经济实惠、维护方便且安全性能较好等诸多优点。但由于技术复杂,在70万千瓦的大型水轮发电机上采用全空冷技术一直是一个世界禁区。

  哈电人义无反顾地走进了禁区。在2003年的三峡右岸招标时,哈电机勇敢的提出了使用全空冷技术方案,最终得到一致认可,因此成功中标。在三峡右岸大型水轮发电机上首次使用全空冷技术是一次创新,也是哈电机自主创新占据市场的“独家秘籍”。

  业内人士担忧,70万千瓦机组全空冷技术的重大突破在于线圈的风冷技术,线圈是水轮发电机的心脏部分,体型巨大,高3.5米的线圈一般是上部温度高,下部温度低,能散热的温度就低,不能散热的、窝风的地方温度就高,要想做到全部温度均匀非常困难。

  为此,哈电人开始在其他地方5个电站的项目施工前,同比缩小做过6个巨型模型,进行过7次试验,最终制造出来的产品,不仅线圈保证均匀散热,而且使所有线圈中“温差”不超过三峡总公司新规定的高于世界先进水平5摄氏度标准———温差不能超过3摄氏度,每一根线圈温差上下最不均匀的地方不超过2摄氏度,可谓再一次成功挑战了世界性难题。

  而应用哈电机自主研发的风向流量分布等先进技术,23号品牌机组所有线圈温差仅为1.5摄氏度。除此之外,23号机组对机组振动摆度的处理,也全面超越了三峡公司规定的标准,50多米高的主轴“摆度”仅为两根半头发丝间距。“这种精准无误的控制技术,在国际上也是非常了不起的。”长江电力股份有限公司总经理张诚说。

  据三峡总公司相关人士评价,哈电机掌握的这项大型水轮发电机全空冷技术,至少领先国外3年~5年,因此,哈电机的这项技术已经是独步世界。

  继三峡工程之后,哈电机人没有停止脚步。贵州的构皮滩电站是哈电机人面临的新挑战。该电站水位落差达180米,比三峡水位落差还高,对发电效率提出了更高的要求,然而哈电机人成功保持了自己独霸业界的优势。机组效率步步提升:三峡左岸模型转轮效率为94.5%,右岸为94.63%,贵州构皮滩效率达到了95.27%。

  电机公司副总工程师刘平安兴奋地说:“这项新技术的成熟,是哈电机几十年科研成果的综合反映和巨大回报,是哈电机在学习国外先进技术的基础上,进行技术创新、拥有自主知识产权、独立设计制造的成果,是空冷技术的重大突破,其创新成果的成功运用,将稳步推进我国百万千瓦发电机冷却技术研究和发展。”

  短短数年,从引进—消化—吸收先进技术到坚持走自主创新道路,哈电机就消灭了之前和国外先进企业之间20年以上的技术差距,为自己赢得了广阔的市场空间。有专家称,哈电机不仅在三峡工程中成为最大赢家,而且,也成为全国水电市场上的最大赢家。

  百万千瓦再次突进世界水电技术“无人区”

  机会总是属于有准备的人。突破百万千瓦水电机组技术这一迄今为止仍属世界水电“无人区”的重大命题,是哈电机人在“危机就是生机”意识的驱使下,早在数年前就自觉压在肩上的严峻挑战。

  百万千瓦水轮发电机组,是目前国内外电机制造骨干企业进军的目标。通过该项目的研制,将促进我国水力发电设备科研开发、技术创新和产业化基地的建设,将使我国由水电大国迈向水电强国,进一步提高自主创新能力。

  日前,针对百万千瓦机组电机公司正在开发相应水头段最高效率为94.5%以上加权平均效率高、稳定性好的模型转轮时;百万水轮发电机冷却技术研究,在三峡右岸的基础上,理论计算和模型试验相结合,开展了全空气冷却、蒸发冷却及定子水冷转子空冷等冷却方式研究。

  在绝缘材料和绝缘结构的研究上,采用热模压成型工艺和探索采用VPI工艺,制造真机线棒通过性能测试,开发出24/26千伏绝缘系统。在哈尔滨大电机研究所试验台上将完成水轮机转轮模型试验、推力轴承试验等各项试验,并完成真机线棒的试制和通风模型的制造和试验。
  多年来,哈电机已与清华大学、中国农业大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨理工大学、哈尔滨焊接研究所、沈阳铸造研究所等建立了合作关系,并取得一系列科技成果,有的还签署了长期合作的框架协议。

  数载春秋,冬去春来。从水冷到空冷,从70万到百万,哈电机人创造自我的脚步越来越快,完胜三峡右岸电站并非终极目标,他们的眼光已经投向未来。目前,应用哈电机自主研发的70万千瓦大型空冷机组电站,除三峡右岸4台投入运行外,龙滩3台机组也运行良好。为溪洛渡和向家坝制造的77万千瓦和80万千瓦机组正在紧张生产制造之中。

  截至目前,哈电机已签约云南、四川等全国18个电站60万千瓦以上大型空冷机组50多台,110亿元的合同,相当于再造两个新三峡。

  如今,哈电机赶超世界一流的品牌效应,使其所有水火电产品旺销国际市场。据哈电机董事长兼总经理吴伟章介绍,近年来,哈电机产品已经出口30多个国家和地区。而根据预测,在2020年后,全国大型全空冷水电机组市场上,后续装机容量将再增100多台,市场潜力达500多亿元。“到那时,掌握核心制造技术的哈电机,才会迎来产业报国的巅峰时刻。”

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