
應用於白鶴灘水電站的世界首臺百萬千瓦長短葉片精品轉輪。
黑龍江日報1月8日訊『第三艘航母「福建號」下水,首架C919大飛機正式交付,白鶴灘水電站全面投產……這一切,凝結著無數人的辛勤付出和汗水。』國家主席習近平在二?二三年新年賀詞中,多次為中國制造、中國創造、中國建造點贊。
白鶴灘水電站是實施『西電東送』的國家重大工程,是當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程。白鶴灘水電站左右兩岸共布置16臺單機容量百萬千瓦水輪發電機組,其中『半壁江山』由冰城老牌制造企業——哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司研制。
2021年6月28日,白鶴灘水電站首臺百萬千瓦機組投運;2022年12月20日,白鶴灘水電站最後一臺百萬千瓦機組投運。這些機組均由哈電電機研制,歷經540餘天,演繹了中國力量和中國速度。
奇跡!中國『智』造立足世界之巔
白鶴灘水電站是懸崖峭壁中誕生的偉大奇跡,其研制難度遠遠大於世界上其他在建和投運的水電機組,被譽為世界水電行業的『珠穆朗瑪峰』。
作為世界上單機容量最大的水電機組,從可行性方案誕生的那一天起,就注定了它有著與眾不同的特性。混流式水輪機的穩定運行是業界廣泛關注的難題之一。產品設計部初步設計組組長王威介紹,為攻克這一難題,哈電電機使用先進的軟件,詳細模擬白鶴灘左岸1號和右岸8號水力單元的管路系統,對機組運行中的各種過渡工況進行仿真計算,獲得了一系列詳實、有效的數據,為後續進一步優化設計奠定了堅實基礎。隨著單機容量的增加,電機冷卻難度也越來越大。科研團隊經過分析得出,需要采用空氣冷卻方式的機組。然而,首次在這樣大容量的機組上采用空氣冷卻,不僅是一個新的技術飛躍,更是一個巨大的挑戰。為獲得有效試驗數據,電機冷卻團隊設計制造了專用模型裝置,模擬真機通風狀態。2011年3月,白鶴灘水電機組局部通風及溫昇試驗順利完成,驗證了百萬機組采用全空冷的方式是完全可行的。相關專家認為,哈電電機掌握了一套獨有的全空冷技術。這一科研成果榮獲了省科學技術一等獎,該模擬試驗裝置也獲得了國家發明專利。
一系列未知領域的技術瓶頸,在哈電電機科研團隊成員努力下一一被攻克:實現了0~100%全負荷安全穩定運行;首創15長+15短的長短葉片轉輪,實現全球首個巨型長短葉片轉輪『零配重』,水輪機最優效率達96.7%;采用24千伏水電行業最高電壓等級,在百萬等級水電產品絕緣研制領域達到世界領先水平……
精品!『0.01毫米』彰顯工匠精神
從開啟百萬千瓦水電機組研發,到站穩世界水電之巔,哈電電機在對部件質量進行細化和量化的過程中,不斷提昇綜合指標,研制的部件完全滿足或優於精品標准。
如果有人問:『一根手指的力量有多大?』哈電人會自豪地回答:『能輕松撥動一臺338噸重的轉輪。』這指的就是哈電電機研制的白鶴灘『零配重』長短葉片轉輪。所謂『零配重』,即無需額外配重,就能滿足技術要求中,殘餘不平衡力矩的一種制造狀態。
金沙江之水源源不斷流入機組,帶動轉輪高速旋轉,再由轉輪帶動發電機轉子高速旋轉,進而產生電能。轉輪轉一圈,機組就能發出150度的電能,相當於一個普通家庭一個月的用電量。
而如何讓流進機組的水更『聽話』,最大程度減少能量損耗,哈電電機的科研人員創新轉輪研發,在15個長葉片的進口部分,插入長度約為一半的15個短葉片,並對葉片的長度、粗糙度、葉形的幾何參數等進行了全方位多輪次優化,極大降低了無葉區的壓力脈動幅值,將最優效率提昇至96.7%。
不止於此,白鶴灘仿佛有一個奇特的『磁場』,激勵著參建單位成為『全能冠軍』。
白鶴灘右岸機組高54米、總重7600噸,大約由16萬個零件組成,而一些指標的精度誤差卻要控制在0.01毫米以內。這樣一個既復雜、標准又高的大家伙研制出來,絕非易事。
以發電機轉子圓柱度為例,白鶴灘精品標准中,將轉子圓柱度標准定為0.7毫米。『苛刻』中透著『情非得已』,龐大的機組運轉起來,牽一發而動全身,精度數值越小,機組的運行也就越穩定。哈電電機攜手參建單位,不斷提昇產品加工、裝配質量,大大提昇了機組運行時的安全性、穩定性。8臺直徑16.5米、高4.08米、總重超過2295噸的轉子,組裝完成後,圓柱度的精度全部優於三峽集團0.7毫米標准。
此外,在百萬千瓦機組研制中,哈電電機開創性攻克諸多世界性技術難題,對於帶動中國水電裝備全產業鏈昇級換代,打造中國高端制造新版圖具有重要意義。
躍昇!引領高端裝備『綠色』變革
勇攀世界水電行業的『珠穆朗瑪峰』,中國水電建設者引領世界水電邁入『無人區』,這條路走得並不平坦。從上個世紀90年代開始,哈電電機抓住深度參與三峽、溪洛渡、向家壩等重大工程難得的歷史機遇,自主創新能力和綜合實力不斷躍昇。
自2007年開始,哈電電機依托國家科研課題開展百萬千瓦機組研發。百萬千瓦看似觸手可及,但卻有諸多技術挑戰,因為從80萬千瓦到100萬千瓦,面臨研發、設計難度系數呈指數倍提昇的極限挑戰。直到2011年10月,持續了3天的白鶴灘單機容量審查會,終於確定采用百萬千瓦機組的方案。與會專家一致認為:挑戰百萬千瓦,有難度,更有信心。
2012年,哈電電機以白鶴灘水電站百萬千瓦機組為依托,開展國家科技支橕計劃攻關,獲得了一大批新理論、新技術、新測試分析方法及發明專利。在機組研制過程中,哈電電機不斷在平凡中締造『非凡』,打造出8臺精美的大國重器。
而今,百萬千瓦機組已經成為一個時代的符號,在與白鶴灘百萬千瓦機組『告別』的同時,哈電電機圍繞國家能源發展和安全戰略需求,創新研制新一代高端裝備,持續引領水電技術的變革昇級。
為適應新能源發展技術變革新方向,哈電電機打破傳統混流式水電機組只在45%~100%負荷穩定運行的狀況,自主研制0~100%全負荷穩定運行的新一代水電機組,並在多個重大工程中應用,這其中最為典型的便是被譽為『中國水電之母』的豐滿水電站,6臺機組投運後,全部實現了『0~100%全負荷范圍內穩定運行』,機組水導軸承擺度均控制在0.1毫米以內,大軸擺度數據創下全國最優。與此同時,這一技術還在幾內亞蘇阿皮蒂等多個重大工程中實踐,持續鞏固著哈電電機在該領域的國際領先地位。
近日,哈電電機中標的、由三峽集團投資建設的浙江天臺抽水蓄能電站主機設備,單機容量425兆瓦,為國內之首;額定水頭724米,為世界最高;是我國綜合難度最大的抽水蓄能電站工程項目。
據統計,進入新時代的10年中,哈電電機在發電裝備領域共獲得國家科技進步獎4項、省部級科技獎勵60項。迄今為止,哈電電機共參與了28座電站、100臺套抽水蓄能機組的研制,總容量達2932萬千瓦,國內市場佔有率穩居第一。