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發(fā)布時(shí)間:2012-03-27
編者按
向家壩水電站是我國目前第三大水電站,裝機(jī)規(guī)模僅次于三峽和溪洛渡。該工程計(jì)劃在左岸、右岸共安裝8臺(tái)目前世界上單機(jī)容量最大的800MW水電機(jī)組,其中4臺(tái)由哈電集團(tuán)哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“電機(jī)公司”)承制,另外4臺(tái)歸國外廠商。
業(yè)界人士評(píng)價(jià),中外最優(yōu)秀的兩家水電制造企業(yè)同臺(tái)競(jìng)技,無疑又將是一次世界最高技術(shù)水平的巔峰對(duì)決。
2012年3月22日,我國首臺(tái)自主設(shè)計(jì)制造的世界單機(jī)容量最大的向家壩800MW混流式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu),在電機(jī)公司通過了業(yè)主———三峽集團(tuán)公司專家組的驗(yàn)收,各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求,關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到精品要求,受到了業(yè)主的高度評(píng)價(jià)。
自2008年以來,電機(jī)公司不負(fù)眾望,歷時(shí)4年,精心組織制造,克服重重困難,陸續(xù)完成了向家壩機(jī)組的科研、設(shè)計(jì)、加工和裝配等各項(xiàng)任務(wù),成功制造出堪稱目前世界上重量最大、技術(shù)要求最嚴(yán)、制造難度最高的導(dǎo)水機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了800MW混流式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),刷新了我國電力裝備制造行業(yè)巨型機(jī)組自主設(shè)計(jì)制造的最高紀(jì)錄。
更令人振奮的是,電機(jī)公司百萬千瓦級(jí)水電機(jī)組7項(xiàng)關(guān)鍵自主技術(shù),已經(jīng)完成了三峽集團(tuán)公司組織的技術(shù)交流,百萬千瓦級(jí)水電機(jī)組國產(chǎn)化漸行漸近。
“從三峽左岸當(dāng)學(xué)生,到三峽右岸自主化,從溪洛渡再到向家壩,歷經(jīng)14年的勵(lì)志研發(fā)和苦心積累,電機(jī)公司實(shí)現(xiàn)了與國際一流企業(yè)的巔峰對(duì)決,不斷推動(dòng)我國大型水電裝備自主研發(fā)能力和制造技術(shù)全面超越?!薄枮I電機(jī)廠有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)、總經(jīng)理邱希亮
自主研發(fā)改進(jìn)機(jī)組流道性能
電機(jī)公司生產(chǎn)出的巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組,包括三峽機(jī)組在內(nèi)已有數(shù)十臺(tái)之多。2003年初,在三峽右岸機(jī)組制造技術(shù)國產(chǎn)化的過程中,電機(jī)公司就開始了對(duì)單機(jī)容量800MW水電機(jī)組的研發(fā)嘗試。經(jīng)過一年多的準(zhǔn)備,2004年9月2日,電機(jī)公司組織了800MW機(jī)組研發(fā)工作第一次論證會(huì),確定了800MW機(jī)組自主研發(fā)及獨(dú)立制造的可行性。
800MW水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行通道的改進(jìn),是電機(jī)公司眾多創(chuàng)新中較早解決的科研難題之一。而水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等部件的結(jié)構(gòu)是決定機(jī)組運(yùn)行通道的關(guān)鍵。
為了保證800MW機(jī)組運(yùn)行通道的水力性能,電機(jī)公司大電機(jī)研究所水輪機(jī)室的科研團(tuán)隊(duì),對(duì)三峽機(jī)組水輪機(jī)通道進(jìn)行了改進(jìn)。通道的改進(jìn)設(shè)計(jì)對(duì)象,主要為蝸殼、固定導(dǎo)葉、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的 活動(dòng)導(dǎo)葉等過流部件。為了提高計(jì)算精度,以及更好地模擬實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組內(nèi)通道的狀態(tài),科研團(tuán)隊(duì)在機(jī)組通道參數(shù)計(jì)算中,使用了RNGk-ε模型,與通常使用的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型相比,RNGk-ε模型對(duì)瞬變流和流線彎曲的影響,能夠做出更好的反應(yīng),提高計(jì)算結(jié)果的可參考性。
三峽電站的活動(dòng)導(dǎo)葉翼型較厚,制造不便,且成本高,因此,科研團(tuán)隊(duì)對(duì)800MW機(jī)組的導(dǎo)葉進(jìn)行了改型設(shè)計(jì)。采用對(duì)相關(guān)部件聯(lián)合計(jì)算的方法,進(jìn)行了縝密的計(jì)算,很好地模擬了導(dǎo)葉區(qū)水流運(yùn)動(dòng)效果。
通過計(jì)算分析比較,科研團(tuán)隊(duì)在保證活動(dòng)導(dǎo)葉水力性能的前提下,縮短了活動(dòng)導(dǎo)葉的進(jìn)水邊長(zhǎng)度,并對(duì)導(dǎo)葉葉形進(jìn)行了減薄處理。同時(shí),對(duì)固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行了多次計(jì)算,最終確定出最優(yōu)匹配關(guān)系,進(jìn)一步提高了機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。經(jīng)過理論計(jì)算,改進(jìn)設(shè)計(jì)后的800MW機(jī)組導(dǎo)葉的水力性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。
2008年1月和5月份,在中國水利水電科學(xué)院進(jìn)行的兩次競(jìng)標(biāo)中,電機(jī)公司的方案從眾多國內(nèi)同行及國外大公司中脫穎而出,贏得了三峽集團(tuán)公司的認(rèn)可,簽下了向家壩4臺(tái)份機(jī)組的生產(chǎn)制造合同。
獨(dú)立設(shè)計(jì)優(yōu)化導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)
2011年5月,向家壩機(jī)組結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)計(jì)優(yōu)化工作結(jié)束。
導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是由頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉、控制環(huán)及導(dǎo)水零件組成的,設(shè)計(jì)圖紙多達(dá)200余張。電機(jī)公司科研團(tuán)隊(duì)重新計(jì)算了向家壩機(jī)組18個(gè)導(dǎo)水零部件的剛強(qiáng)度,多次通過有限元計(jì)算推演,加強(qiáng)了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主件頂蓋的高度,增加了頂蓋焊接材料的厚度,有效保證了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在機(jī)組運(yùn)行中的穩(wěn)定和安全。增加了控制環(huán)的自重,解決了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開關(guān)時(shí),24組導(dǎo)葉臂和連接板運(yùn)行不同步,而產(chǎn)生振動(dòng)的問題。在根據(jù)同類機(jī)組實(shí)際問題邏輯推理和科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)的支持下,向家壩導(dǎo)水機(jī)構(gòu)取消了與機(jī)組座環(huán)之間的連接板結(jié)構(gòu),設(shè)法使頂蓋直接與座環(huán)形成裝配關(guān)系,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)的同時(shí),使機(jī)組的安全運(yùn)行更加可靠。
導(dǎo)水機(jī)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)期間,原結(jié)構(gòu)組組長(zhǎng)高洪軍、李英凱,設(shè)計(jì)員韓桂玲、董德煥等都付出了超常的努力,源自于對(duì)技術(shù)的精益求精和對(duì)設(shè)計(jì)工作的熱愛,他們每天都工作超過10小時(shí)。為了盡快完成導(dǎo)水機(jī)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)任務(wù),為后續(xù)制造創(chuàng)造有利條件,周末休息也被他們主動(dòng)地放棄。尤其是韓桂玲作為女同志,雖然身體欠佳、肩挑著敬老愛小的生活重?fù)?dān),卻始終沒有影響向家壩設(shè)計(jì)工作。
向家壩機(jī)組設(shè)計(jì)完成后,有人統(tǒng)計(jì)了工作量,結(jié)構(gòu)組的43名同志,在一年的時(shí)間里完成了正常一年半的工作任務(wù)。
多措并舉保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量
頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)是向家壩導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要由三大主件,均為鋼板組焊結(jié)構(gòu),其制造特點(diǎn)是焊接量大、焊接難度高、質(zhì)量要求嚴(yán)、產(chǎn)品周期長(zhǎng)、尺寸精度高,其制造難度大。
盡管此前電機(jī)公司已經(jīng)成功生產(chǎn)了三峽左岸、右岸、地下,以及溪洛渡、糯扎渡等大型機(jī)組的導(dǎo)水機(jī)構(gòu),但是為了將向家壩導(dǎo)水打造成精品,進(jìn)一步提高裝配焊接質(zhì)量,電機(jī)公司負(fù)責(zé)裝焊工序的冷作分廠明確提出,以向家壩導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)制造為契機(jī),全面提升生產(chǎn)管理水平,確保打造精品工程。
冷作分廠同負(fù)責(zé)裝焊的各工段落實(shí)具體的各個(gè)節(jié)點(diǎn)周期,在各節(jié)點(diǎn)設(shè)定影像記錄,做好問題記錄。針對(duì)工藝和質(zhì)量問題,事先請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)和工藝人員做了技術(shù)交底工作,使整個(gè)生產(chǎn)流程的工作處于可控狀態(tài),保證導(dǎo)水機(jī)構(gòu)三大主件生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
向家壩底環(huán)最大板厚160毫米,焊接量大。為了保證焊接質(zhì)量,嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度,要求焊接前電焊工對(duì)施焊位置進(jìn)行充分地預(yù)熱,溫度達(dá)到要求后才可以焊接,工藝要求將底環(huán)加熱到100攝氏度以上,同時(shí)焊接過程中加大監(jiān)控頻次,從而確保了底環(huán)的焊接質(zhì)量,焊接后經(jīng)嚴(yán)格的超聲波探傷達(dá)到100%合格。
向家壩控制環(huán)為兩瓣裝焊結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,為立圈與上下環(huán)板組合結(jié)構(gòu),焊后易產(chǎn)生變形,裝配人員經(jīng)過認(rèn)真分析圖紙后,在合理位置支撐拉筋外,焊接時(shí)嚴(yán)格遵守工藝,認(rèn)真施焊,有效避免了因焊后變形而導(dǎo)致的尺寸超差。
向家壩頂蓋為導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中制造難度最大的產(chǎn)品,其噸位大,重約為344噸;尺寸大,直徑為12990毫米,共分四瓣;板厚最大板厚達(dá)到230毫米;焊接量大,所用焊絲重量約為20多噸。
為了縮短制造周期,冷作分廠將四瓣頂蓋生產(chǎn)分到四個(gè)生產(chǎn)工段。頂蓋焊接過程中,由于頂蓋體積、噸位大,翻身和起吊都有一定難度,嚴(yán)重影響了其它產(chǎn)品的正常生產(chǎn)。在總結(jié)了三峽頂蓋焊接翻身順序和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,通過三峽頂蓋焊接的實(shí)際驗(yàn)證,固化了頂蓋的翻身次數(shù),規(guī)范了頂蓋焊接順序,不僅避免不必要翻身,同時(shí),焊接科學(xué)排序減小了焊接應(yīng)力,有效控制了頂蓋的焊接變形,提高了工作效率。
勤工細(xì)作打造精品水電機(jī)組
2012年2月8日,重達(dá)320噸的向家壩1號(hào)頂蓋穩(wěn)穩(wěn)地落在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)上,2月17日控制環(huán)的安裝到位,標(biāo)志著向家壩1號(hào)機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝正式進(jìn)入調(diào)試階段。
電機(jī)公司沒有生產(chǎn)加工800MW機(jī)組的經(jīng)驗(yàn);導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在預(yù)裝時(shí)頂蓋與套筒把合后自重330噸,落于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)上需動(dòng)用兩臺(tái)吊車同時(shí)工作,起吊、行進(jìn)、下落等操作的同步性要求非常嚴(yán)格;向家壩導(dǎo)水機(jī)構(gòu)總重976噸,遠(yuǎn)高于三峽機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)736噸的總重,原有預(yù)裝平臺(tái)和工具能否滿足要求還未可知,給向家壩導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)裝配帶來很大難度。
水電分廠針對(duì)向家壩導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主件,在投產(chǎn)之前多次邀請(qǐng)制造工藝部的工藝員,對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)分裝配及最后整體裝配進(jìn)行技術(shù)交底,掌握各個(gè)工序的加工要點(diǎn)和難點(diǎn)。從頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)、導(dǎo)葉的生產(chǎn)排產(chǎn)、設(shè)備加工、手工裝配都進(jìn)行了縝密的計(jì)劃和布置。由于大型環(huán)形工件的剛性不好,存在較大應(yīng)力變形,制造工藝部和水電分廠共同想了很多辦法,采用加熱補(bǔ)焊的辦法,保證了底環(huán)的加工質(zhì)量,其加工經(jīng)驗(yàn)也為公司積累了控制類似環(huán)形類工件變形的有效理論依據(jù)。
在以往的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)投裝落頂蓋時(shí),一般采取僅預(yù)裝4個(gè)或6個(gè)套筒來給導(dǎo)葉定位。但因向家壩導(dǎo)水機(jī)構(gòu)采用的是分體式套筒結(jié)構(gòu),為保證質(zhì)量,水電分廠采用24個(gè)中套筒全部與頂蓋裝配后,一起隨頂蓋落于導(dǎo)葉上,就相當(dāng)于有24個(gè)定位位置需要考慮,且整體的起吊重量達(dá)到了320噸,大大增加了頂蓋的投裝難度。頂蓋吊裝時(shí),兩臺(tái)200噸吊車共同起吊,在吊掛人員、裝配人員和吊車操作人員的緊密配合下,24個(gè)導(dǎo)葉均順利的插入套筒中,頂蓋一次落裝成功。
經(jīng)過近1個(gè)月的艱苦努力,電機(jī)公司連續(xù)突破了安裝導(dǎo)葉、吊裝頂蓋、安裝上套筒、落控制環(huán)、裝導(dǎo)葉臂、連接板、調(diào)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)同心度、調(diào)導(dǎo)葉端面及立面間隙等諸多工序,完成了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的總裝調(diào)試。
管理革命一體兩翼超越百億
“技術(shù)上積累,心態(tài)上清零。”公司董事長(zhǎng)、總經(jīng)理邱希亮用這句話概括了電機(jī)公司能夠保持著旺盛自主創(chuàng)新能力的原因。14年間,電機(jī)公司完成了從300MW到800MW巨型水電機(jī)組自主制造的一個(gè)個(gè)跨越,躋身世界一流水電品牌,其中技術(shù)創(chuàng)新和管理革命是重要的撬動(dòng)支點(diǎn)。
大手筆帶來大創(chuàng)新。2008年至2011年,電機(jī)公司年均投入研發(fā)費(fèi)用近2億元。
依托我國唯一的國家級(jí)水電設(shè)備工程技術(shù)研究中心(俗稱大電機(jī)研究所),電機(jī)公司開發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)40余項(xiàng),依靠強(qiáng)勁的自主創(chuàng)新能力,在競(jìng)爭(zhēng)激烈的國際水電制造市場(chǎng)上穩(wěn)居第一陣營。
2011年,電機(jī)公司完成總投資1.4億的新水力試驗(yàn)臺(tái)安裝調(diào)試工作;遠(yuǎn)程發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)控,為用戶提供產(chǎn)品全壽命周期服務(wù);完成“百萬水電工程”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目,1000MW水電機(jī)組推力軸承額定載荷達(dá)到5400噸,創(chuàng)造了推力軸承瓦單瓦面積最大等多項(xiàng)世界第一,通風(fēng)模型試驗(yàn)成功,填補(bǔ)了世界技術(shù)空白;完成火電1000MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究;以溧陽抽水蓄能和葛洲壩改造項(xiàng)目為契機(jī),水泵水輪機(jī)、軸流式水輪機(jī)關(guān)鍵水力技術(shù)取得重大突破。此外,“三峽全空冷巨型水輪發(fā)電機(jī)組研制”獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。全年申報(bào)專利46項(xiàng),專利授權(quán)25項(xiàng),其中發(fā)明專利13項(xiàng)。
登頂之后是又一次開始。2011年,電機(jī)公司在職代會(huì)上通過了《公司“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,提出“一體兩翼超越百億”的宏偉目標(biāo):即哈爾濱電機(jī)廠(昆明)有限責(zé)任公司增添了中小水電生產(chǎn)能力;與GE公司合資,成立哈電通用風(fēng)能(江蘇)有限公司,合作開發(fā)國內(nèi)潮間帶、離岸大功率直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
目前,電機(jī)公司在風(fēng)電、潮汐發(fā)電、核電發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域,已經(jīng)取得積極進(jìn)展。AP1400的核主泵的技術(shù)儲(chǔ)備;開展直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的研究,開發(fā)3兆瓦、5兆瓦直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī);開展潮流發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān),以10千瓦潮流發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造為契機(jī),掌握潮流發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù),并應(yīng)用于600千瓦海底式潮流發(fā)電整機(jī)制造項(xiàng)目的設(shè)計(jì)制造中。
在大型抽水蓄能機(jī)組研究方面,電機(jī)公司自主設(shè)計(jì)制造的響水澗機(jī)組于2011年12月26日正式投運(yùn)。機(jī)組擺度、振動(dòng)、溫升情況良好,得到了用戶高度贊揚(yáng),標(biāo)志著我國抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化取得圓滿成功,中國在發(fā)電設(shè)備制造領(lǐng)域又取得了突破性進(jìn)展。
目前,電機(jī)公司不僅是三峽工程中最大的贏家,而且成為全國水電機(jī)組市場(chǎng)的最大贏家。電機(jī)公司制造的大型水電機(jī)組,約占國內(nèi)生產(chǎn)的大型裝機(jī)容量的2/3,汽輪發(fā)電機(jī)約占國內(nèi)生產(chǎn)的總裝機(jī)容量的1/3。產(chǎn)品遍布包括臺(tái)灣在內(nèi)的所有省份,并出口到加拿大、美國、巴基斯坦、日本等近50個(gè)國家和地區(qū)。
(中國電力報(bào) 2012年03月27日)