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哈电公司打响研制世界首台长短叶片白鹤滩百万

但由于当时的技术水平所限和历史原因,具体的研发工作并没有进一步展开。可是,研制100万千瓦水电机组,助力国家经济建设、助推中国科技进步这一宏伟的梦想,却深深地植入了哈电人的心中。

5月29日,由哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司研制的世界单机容量最大100万千瓦水电机组首台长短叶片转轮,在白鹤滩工地的哈电电机转轮加工厂制造成功,并顺利通过项目业主中国长江三峡集团有限公司(简称“中国三峡集团”)的验收。验收结果表明,此台转轮各项关键尺寸及技术参数均符合设计图纸和技术规范要求,达到精品标准。这标志着白鹤滩百万机组研发制造取得了关键性、阶段性胜利。哈电电机继成功产出世界首台单机容量最大水电机组精品座环、水轮机导水机构后,此次以“精品转轮”的研制成果,推动中国水电向世界水电“无人区”又迈进了坚实的一步。

验收结果表明:各项指标完全符合合同要求,满足三峡集团提出的座环优等品尺寸标准。三峡集团机电工程局党委书记、副局长胡伟明对白鹤滩世界首台百万机组座环通过出厂验收给予充分肯定,他表示,这标志着白鹤滩机组制造进入了重要阶段,是中国水电向世界水电“无人区”迈出的重要一步。白鹤滩水电站是中国长江三峡集团开发的金沙江下游河段梯级的第二级电站,是目前在建的世界最大水电站,电站建成后,将仅次于三峡水电站,成为世界第二大水电站。电站装机16台单机容量为世界最大的100万千瓦水轮发电机组,全部由“中国创造”,这是我国水电发展史上的又一次历史性巨大飞跃。白鹤滩百万机组首台精品座环

2007年,受中国水电水利规划设计总院委托,哈电集团承接了《100万千瓦级水电机组制造可行性分析》专题研究,踏上了百万千瓦水电机组科研攻关的征途。同年,在向国家科技部提交可行性研究报告之后,哈电集团又联合国内知名研究院、所、高等院校和企业组成攻关团队,承接了7个国家科技支撑项目课题的研究工作,产、学、研、用相结合,获得了一大批新理论、新技术、新测试分析方法及发明专利。

据了解,哈电电机在白鹤滩水轮机转轮研制过程中遇到了许多难题。白鹤滩水电站是中国三峡集团开发的金沙江下游河段梯级的第二级电站,电站装机16台总计1600万千瓦水轮发电机组。哈电电机为其提供右岸电站全部8台水轮发电机组及其附属设备。

通过验收的白鹤滩100万千瓦水电机组首台座环

上世纪90年代起,哈电集团开启了“三峡时代”新模式。当时,在三峡左岸,哈电集团还只能做一个寂寂无闻的分包商,而在三峡右岸机组的制造中,哈电集团便以其“独门绝技”,实现技术上的两大突破:一是开发的优质新型转轮为机组带来最好的稳定性,攻克了水轮机高部分负荷压力脉动带的难题;二是全空冷技术的应用,打破了国外水电强国对全空冷水轮发电机极限出力为60万千瓦的设计理念,开创了大容量全空冷发电机运行的新时代。

据悉,白鹤滩水电站首批机组发电时间与建党一百周年这一重大时间节点高度契合,确保2021年7月1日按期发电具有十分重大的意义。哈电电机将深入贯彻落实习近平总书记在考察三峡工程时提出“大国重器必须掌握在我们自己手里”的重要指示精神,在雄厚的技术实力、完备的管理体系和顶级的人才梯队支撑下,在哈电集团的正确领导下,与中国三峡集团一道,将白鹤滩水电站建设成新时代的精品工程典范,推动中国水电装备制造业高质量发展,勇攀世界水电“珠穆朗玛峰”!

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从1951年成功制造容量仅0.8兆瓦的下硐水轮发电机组、实现我国立式水电机组自行设计制造“零”突破,到安徽响洪甸水电站1万千瓦、浙江新安江水电站7.25万千瓦、甘肃刘家峡30万千瓦双水内冷水电机组的研制成功,再到四川二滩55万千瓦水轮发电机组投入运行,哈电集团在水电装备制造过程中直面艰难险阻,领跑中国水电装备的创造,为研发更大容量水轮发电机组积累了技术储备,进行了充分的实战演练。

转轮是水轮发电机组最关键的部件。哈电电机研制的这台白鹤滩水轮机转采用长短叶片相结合的转轮设计方案,是在综合分析平衡了白鹤滩水轮机稳定性能和综合性能的最优、最高质量的方案,以其“性能最优、结构最优、安全可靠性高”的战绩成功通过此次验收。

白鹤滩水轮机座环长约17.2米,宽约14.5米,高约4米,总重超过500吨,是白鹤滩水轮机所有结构组件中单体重量最大的部件,也是水轮机结构组件中运输尺寸最大的部件。为了将白鹤滩项目打造成世界精品工程,电机公司精益求精。在吸收三峡、溪洛渡、向家坝等大型机组座环优点的基础上,技术人员对白鹤滩座环进行优化和完善,结构布置更为合理,尺寸要求更加严格,细节处理更加完善,设计要求和制造标准双向提高,进一步提高了机组的稳定性。白鹤滩100万千瓦水电机组首台座环通过验收,标志着电机公司全面突破了100万千瓦级水电机组关键部件座环的研制难题,更是为打造白鹤滩精品机组,开创世界水电百万千瓦级新纪元增加了砝码。在验收仪式上,哈电集团党委副书记冯永强表示,哈电集团将牢固树立“千年大计,质量第一”的意识,深入落实“七个零”等具体工作要求,再接再厉,不辱使命,以坚韧执着的品格,坚定不移的信念和实实在在、卓有成效的工作,为打造白鹤滩精品工程而努力奋斗。电机公司党委书记、董事长张锐在致欢迎词时表示,我们要以对党、对国家、对人民、对历史高度负责的态度,铸大国重器、树民族品牌、立世界标杆,把打造白鹤滩水电站世界一流精品工程作为我们共同的伟大事业,与三峡集团通力合作,建好中国水电这一国家名片,共铸中国水电新的辉煌!电机公司党委副书记、总经理王前庄表示,白鹤滩精品座环顺利通过验收,只是万里长征走完了第一步。他表示,参与白鹤滩机组设计制造的所有单位和全体同志们一道,在项目执行全过程中,将会一如既往、极端重视,慎终如始,务求实现白鹤滩机组“台台精品、件件一流”的目标。

时间快步行走至2012年,国家科技支撑计划攻关的重任依旧落在哈电人的肩上,不同的是,有了白鹤滩项目为依托。根据白鹤滩、乌东德工程的实际特点,三峡集团公司先后委托哈电集团开展了6个关于100万千瓦水轮发电机组专项技术的研究,使哈电集团的研究开发工作更具针对性,更接近工程实际。

白鹤滩电站机组为中高水头、中低转速、巨型混流式水轮发电机组。机组运行水头高、变幅范围广,且结构外形尺寸巨大。因此,要对水轮机、发电机参数进行单独及整体匹配优化研究,对机组总体结构型式选择、重大部件结构优化、动力响应及机械稳定性进行预估研究,既要考虑改善机组高水头运行的稳定性,又要兼顾低水头超额定出力发电的要求。

10月17日,哈尔滨电气集团公司研制的世界单机容量最大白鹤滩100万千瓦水电机组首台座环在哈电集团电机公司水电分厂通过中国长江三峡集团机电工程局验收。

梦想从这里开始:百万千瓦水电机组“萌芽”

验收仪式上,三峡机电工程技术有限公司有关负责人代表验收组宣布哈电电机研制的世界首台长短叶片转轮各项技术参数均达到精品标准,全面满合同、设计图纸和技术规范要求。中国三峡建设管理有限公司有关负责人表示,一直以来,哈电集团以精益求精的态度、迎难而上的勇气、自主创新的韧性,不断攀登世界水电装备制造的新高峰。哈电集团与中国三峡集团手挽手、肩并肩,共同实现从跟跑者到引领者的跨越,创造和见证了大国水电繁荣发展。双方要认真贯彻落实习近平总书记考察三峡工程和深入推动长江经济带发展座谈会上的重要讲话精神,努力在核心技术和关键技术领域寻求突破,为建设新时代大国重器再立新功。

中国长江三峡集团机电工程局、长江三峡技术经济发展有限公司、中国长江电力股份有限公司、长江电力乌白电站筹备组、华东勘测设计研究院有限公司等单位的相关领导和专家,电机公司相关领导和职工,共同见证了这一历史时刻。国家、省、市、行业部分媒体记者现场进行了采访报道。

梦想向这里进发:百万千瓦水电机组“攻关”

当日,在白鹤滩现场哈电电机转轮加工厂,在这台外圆8.87米、高3.79米、总重338吨的转轮旁,哈电电机举行了世界首台长短叶片白鹤滩百万精品转轮验收仪式。三峡机电工程技术有限公司、中国三峡建设管理有限公司、中国长江电力股份有限公司、长江三峡设备物资有限公司、长江三峡技术经济发展有限公司,中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,中国葛洲坝集团机电建设有限公司以及哈电电机等各相关方负责同志出席验收仪式。

座环是反击式水轮机最重要的受力部件之一,主要由上、下环板,固定导叶,蜗壳过渡段及基础法兰等组成。它既是机组的基础埋件,又是机组通流部件的组成部分;既承受着随机组运行工况改变而改变的水压分布载荷,又承受着由导水机构传导过来的作用力。

今年8月,世界单机容量最大的白鹤滩水电站主体工程全面建设,标志着我国将开启世界水电百万千瓦级机组的新时代。潜心钻研多年100万千瓦水电机组关键技术的哈电集团,又要继续冲击新的行业制高点。

在转轮制造过程中,哈电电机秉承“严、细、实”的工作态度,以中国三峡集团“七个零”和“三个一流”工作要求为标准,精细过程、精品结果,将精益化的生产组织覆盖到白鹤滩主件的生产制造全过程。由于白鹤滩机组的部件尺寸大,不便于长途运输,水轮机转轮需在工地现场制造,哈电电机抽调来自各生产单位、技术部门、质量管理部门等近20个单位逾百人的制造团队赶赴白鹤滩转轮加工厂进行工地制造,将公司内部生产组织模式、质量管理系统完全复制到工地现场。经过100余道工序、430天的连续奋战,最终,转轮焊接探伤、加工尺寸和外观、静平衡等全面满足精品标准。

阅读延伸:白鹤滩电站机组为中高水头、中低转速、巨型混流式水轮发电机组。机组不仅运行水头高、变幅范围广,而且结构外形尺寸巨大。哈电集团电机公司从机组安全高效运行角度出发,重点针对巨型机组稳定性、水力开发、电磁、结构、绝缘技术、疲劳破坏和过渡过程、通风冷却试验及测试方法等方面进行科研攻关,攻克了多项世界性技术壁垒,推动着我国巨型水轮发电机组制造技术进一步走向成熟。

如今,“中国水电”已走出国门,哈电集团承建了厄瓜多尔辛克雷水电站、几内亚苏阿皮蒂水电站、苏丹鲁美水电站、越南宣光水电站、巴基斯坦马兰III水电站等多个水电站,使“中国水电”的名片在世界熠熠生辉。

针对上述难题,哈电电机抽丝剥茧,根据机组运行水头高、承载应力大、含泥沙颗粒细、硬度高等特点,因地制宜地对水轮机转轮进行多轮次优化设计,先后研制了11个转轮模型,经过几十次试验,成功研发出使水轮机飞逸转速及无叶区压力脉动大幅降低,且既能满足高水头稳定性能要求,又在低水头段具有较大超发能力的水轮机转轮。最终,水轮机转轮的同台对比结果表明:哈电电机研发的模型转轮最优效率和加权平均效率均达到了世界先进水平。

潜心钻研多年100万千瓦水电机组关键技术的电机公司,承担其右岸电站共计8台套水轮发电机组及其附属设备的研发、制造,继续冲击行业珠峰,领舞世界水电之巅。在此之前,电机公司自主研制的向家坝水电站机组,单机容量为80万千瓦,是目前世界上已运行的单机容量最大的水电机组。

针对白鹤滩电站对机组运行的要求,哈电集团多轮次地优化设计水轮机转轮,大幅度降低了水轮机飞逸转速及无叶区压力脉动,提高了机组过速和甩负荷时的稳定性和安全性,既能满足高水头稳定性能的要求,又在低水头段具有较大的超发能力。同台对比最终结果表明:哈电集团研发的模型转轮最优效率和加权平均效率均达到了世界先进水平。

哈电集团研制的世界单机容量最大100万千瓦水电机组首台长短叶片转轮即开彩app下载 2

首台座环从2016年4月26日投产到现在,历时1年半。从产品下料、喷砂、切削,到铲磨、清理、涂漆,电机公司坚守“精细过程,精品结果”的质量观,加强质量策划和管控,持续推进精益化生产管理,综合平衡设备资源、场地资源、人力资源,组织开展长时间、大跨度、多工种的协同攻关,保证每一个细节的圆满完成。

由于机组单机容量大,无论是电力系统扰动引起的振荡,亦或是系统的误操作,都有可能对电机或电网造成影响,甚至会带来巨大损失。避免此问题的唯一办法,就是对机组各个瞬态运行性能进行预估,找准应对方案。

凭着先进的技术和领先的制造,哈电集团成为全国巨型水轮发电机组市场的最大赢家。三峡工程全部发电机组共32台,而短时间内哈电集团承揽的50多台巨型水轮发电机组制造合同,相当于再造了两个新三峡,对国家装备制造业的贡献无可取代。

哈电集团电磁分析科研团队责无旁贷地承担了这一国家重点科研课题。无数次地计算,无数次地试验,100万千瓦水轮发电机最佳的电磁方案终于被成功地开发出来。在此基础上,电磁分析科研团队还针对三峡、溪洛渡、向家坝等巨型机组调试中出现的各种振动问题进行了跟踪测试,在白鹤滩机组的设计中,尤其是在定子低频振动方面,研究出了更加可靠的解决方案。

同时,在抽水蓄能领域,哈电集团逐步形成了一套独有的抽水蓄能技术研发设计制造体系,不仅“S区”和“驼峰区”的稳定性,达到了世界领先水平,而且,降低水泵水轮机无叶区压力脉动幅值技术、混流式水泵水轮机长短叶片转轮等独创成果,也为水泵水轮机水力稳定性和效率的双向提高增加砝码,完全掌握了抽水蓄能机组的核心技术,实现了根本性的跨越,达到世界领先水平。哈电集团站在了世界抽水蓄能技术领域的前沿,推动着我国大型抽水蓄能机组研发、制造技术不断向前进。预计到2025年,我国抽水蓄能电站装机容量将从2016年的5032.5万千瓦增加至1亿千瓦,可为国家节省上百亿元资金。承建了响水涧、溧阳等6个抽水蓄能电站成套项目,实现了根本性的跨越。2017年7月,在召开的浙江仙居抽水蓄能电站工程表彰大会上,哈电集团荣获“最佳供应商”、“优秀调试奖”两项集体荣誉奖。浙江仙居抽水蓄能电站是我国国产单机容量最大的抽水蓄能机组,哈电集团在该项目中研制的4台水泵水轮机在2016年实现了“一年四投”。2016年5月,哈电集团首次在与国外企业公开竞争的项目中,签订荒沟4台300兆瓦抽水蓄能机组合同,合同额逾8亿元,其发电电动机绕组对称四支路技术填补国际空白。

白鹤滩水电站是中国长江三峡集团公司开发的金沙江下游河段梯级的第二级电站。电站装机16台总计1600万千瓦水轮发电机组。电站建成后,将仅次于三峡水电站,成为世界第二大水电站。

为了获得有效的试验数据,哈电集团冷却团队设计制造了专用的模型装置,真实模拟真机的通风状态,验证了100万千瓦机组采用全空冷的方式是完全可行的。相关专家认为,哈电集团掌握了一套独有的全空冷技术。这一科研成果荣获了黑龙江省科学技术一等奖,该模拟试验装置也获得了国家发明专利。

白鹤滩水电机组将继承三峡等项目的研制成果,水轮机转轮的上冠、下环、叶片,均采用精炼不锈钢材质铸造,再分别数控加工后进行焊接热处理,由于模型转轮设计优秀、材质好、型线准确、按设计区域运行,破解了以往转轮产生裂纹的难题。

1958年12月,在“全国科学规划会”上,哈电集团将编写好的《三峡枢纽水利机组容量论证初步意见》同与会专家分享,提出了研制30万千瓦、45万千瓦、60万千瓦、80万千瓦、100万千瓦水电机组等5个方案的构想,以及相应的设计参数、结构、尺寸和装配图,这便是“百万水电机组”的逐梦过程的起点。

白鹤滩电站机组为中高水头、中低转速、巨型混流式水轮发电机组。机组不仅运行水头高、变幅范围广,而且结构外形尺寸巨大。因此,要对水轮机、发电机参数进行单独及整体匹配优化研究;对机组总体结构型式选择、重大部件结构优化、动力响应及机械稳定性进行预估研究,不仅要考虑改善机组高水头运行的稳定性,而且要兼顾低水头超额定出力发电的要求。

从共和国第一台立式水电机组的诞生,到世界最大单机容量水轮发电机组的研制;从引进消化吸收国外先进技术,到自主创新、登顶行业技术制高点,哈电集团作为装备制造业“共和国长子”,用一个个骄人的业绩,登顶世界水电之巅。哈电集团与我国水电发展同辙共轨,着力打造“中国水电”名片。

由于机组的部件尺寸大,转轮和下机架均需采用工地制造,工艺人员详细分析和研究大型部件厂内和工地制造方案,先后对工地制造方案、所需设备、工艺流程、厂房布局、质量控制计划、吊装方案等工作进行了详细研究和讨论,更是首次对工地制造厂房进行了3D绘制,并在标书编制中进行应用和展示,为实现关键大型部件在工地的成功制造提供了保障。

白鹤滩电站的尾水系统为“三机一洞”的布置方式,具有明满流交替的现象,对过渡过程的品质要求更苛刻,致使机组过渡过程的计算尤为复杂。为了攻下这一难题,哈电集团开发出了先进的软件,详细模拟白鹤滩左岸1号和右岸8号水力单元的管路系统,对机组运行中的各种过渡工况进行仿真计算,获得了一系列详实、有效的数据,为后续进一步优化设计奠定了坚实的基础。

梦想在这里实现:百万千瓦水电机组“蜕变”

哈电集团经过不断探索,将水导轴承设计为自泵外循环结构,冷却器外置式,这不仅减小了水导油箱的尺寸,而且保证了足够的维护检修空间;通过对主轴密封的研发,将静压自平衡式端面水压密封作为首选方案,这种结构能够保证密封环和转环之间形成润滑水膜,密封效果更稳定,工作寿命更长,维护和检修更方便。

随着单机容量的增加,电机的冷却难度也越来越大。经过分析得出,采用空气冷却方式的机组,结构布置简单、安装维护方便、运行更加可靠。然而,首次在这样大容量的机组上采用空气冷却,不仅是一个新的技术飞跃,更是一个巨大的挑战。

在项目的研究过程中,哈电集团发表了47篇论文,获得国内专利授权49项,其中发明专利16项。课题验收专家组认为,哈电集团研究的成果在某些方面达到世界领先水平,各项科研成果足可以支撑工程设计制造的各项需求。

2008年,哈电集团承接了向家坝4台套80万千瓦和溪洛渡6台套77万千瓦全空冷水轮发电机组研制合同。其中,向家坝机组是当今世界已运行单机容量最大的机组,也是国内首个80万千瓦等级机组。在研制期间,哈电集团采用了多项“百万水电机组”的研究成果,使“百万水电机组”的研究得到工程实际的进一步验证。溪洛渡、向家坝机组投运后,相关专家得出的结论是:哈电集团研制的机组主要指标比最初确定的“精品机组”要求还要好,机组的稳定性超乎最初的想象。

哈电集团从100万千瓦水轮发电机组的安全高效运行角度出发,重点针对巨型机组稳定性、水力开发、电磁、结构、绝缘技术、疲劳破坏和过渡过程、通风冷却试验及测试方法等方面进行科研攻关,攻克了多项世界性技术壁垒,实现了历史性的跨越,推动着我国巨型水轮发电机组制造技术进一步走向成熟。

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