UG环球视讯

编者按
　　向家坝水电站是我国目前第三大水电站，装机规模仅次于三峡和溪洛渡。该工程计划在左岸、右岸共安装8台目前世界上单机容量最大的800MW水电机组，其中4台由UG环球视讯哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称“电机公司”）承制，另外4台归国外厂商。
　　业界人士评价，中外最优秀的两家水电制造企业同台竞技，无疑又将是一次世界最高技术水平的巅峰对决。
　　2012年3月22日，我国首台自主设计制造的世界单机容量最大的向家坝800MW混流式机组导水机构，在电机公司通过了业主———三峡集团公司专家组的验收，各项技术参数均满足设计要求，关键指标达到精品要求，受到了业主的高度评价。
　　自2008年以来，电机公司不负众望，历时4年，精心组织制造，克服重重困难，陆续完成了向家坝机组的科研、设计、加工和装配等各项任务，成功制造出堪称目前世界上重量最大、技术要求最严、制造难度最高的导水机构，实现了800MW混流式机组导水机构的完全自主知识产权，刷新了我国电力装备制造行业巨型机组自主设计制造的最高纪录。
更令人振奋的是，电机公司百万千瓦级水电机组7项关键自主技术，已经完成了三峡集团公司组织的技术交流，百万千瓦级水电机组国产化渐行渐近。
　　“从三峡左岸当学生，到三峡右岸自主化，从溪洛渡再到向家坝，历经14年的励志研发和苦心积累，电机公司实现了与国际一流企业的巅峰对决，不断推动我国大型水电装备自主研发能力和制造技术全面超越。”———哈尔滨电机厂有限责任公司董事长、总经理邱希亮
　　自主研发改进机组流道性能
　　电机公司生产出的巨型混流式水轮发电机组，包括三峡机组在内已有数十台之多。2003年初，在三峡右岸机组制造技术国产化的过程中，电机公司就开始了对单机容量800MW水电机组的研发尝试。经过一年多的准备，2004年9月2日，电机公司组织了800MW机组研发工作第一次论证会，确定了800MW机组自主研发及独立制造的可行性。
800MW水轮发电机组运行通道的改进，是电机公司众多创新中较早解决的科研难题之一。而水轮机导水机构等部件的结构是决定机组运行通道的关键。
　　为了保证800MW机组运行通道的水力性能，电机公司大电机研究所水轮机室的科研团队，对三峡机组水轮机通道进行了改进。通道的改进设计对象，主要为蜗壳、固定导叶、导水机构的　活动导叶等过流部件。为了提高计算精度，以及更好地模拟实际运行中机组内通道的状态，科研团队在机组通道参数计算中，使用了RNGk-ε模型，与通常使用的标准k-ε模型相比，RNGk-ε模型对瞬变流和流线弯曲的影响，能够做出更好的反应，提高计算结果的可参考性。
　　三峡电站的活动导叶翼型较厚，制造不便，且成本高，因此，科研团队对800MW机组的导叶进行了改型设计。采用对相关部件联合计算的方法，进行了缜密的计算，很好地模拟了导叶区水流运动效果。
　　通过计算分析比较，科研团队在保证活动导叶水力性能的前提下，缩短了活动导叶的进水边长度，并对导叶叶形进行了减薄处理。同时，对固定导叶与活动导叶的相对位置关系进行了多次计算，最终确定出最优匹配关系，进一步提高了机组的运行稳定性。经过理论计算，改进设计后的800MW机组导叶的水力性能达到世界先进水平。
　　2008年1月和5月份，在中国水利水电科学院进行的两次竞标中，电机公司的方案从众多国内同行及国外大公司中脱颖而出，赢得了三峡集团公司的认可，签下了向家坝4台份机组的生产制造合同。
　　独立设计优化导水机构结构
　　2011年5月，向家坝机组结构调整和设计优化工作结束。
　　导水机构是由顶盖、底环、导叶、控制环及导水零件组成的，设计图纸多达200余张。电机公司科研团队重新计算了向家坝机组18个导水零部件的刚强度，多次通过有限元计算推演，加强了导水机构主件顶盖的高度，增加了顶盖焊接材料的厚度，有效保证了导水机构在机组运行中的稳定和安全。增加了控制环的自重，解决了导水机构开关时，24组导叶臂和连接板运行不同步，而产生振动的问题。在根据同类机组实际问题逻辑推理和科学计算数据的支持下，向家坝导水机构取消了与机组座环之间的连接板结构，设法使顶盖直接与座环形成装配关系，简化了结构的同时，使机组的安全运行更加可靠。
　　导水机构图纸设计期间，原结构组组长高洪军、李英凯，设计员韩桂玲、董德焕等都付出了超常的努力，源自于对技术的精益求精和对设计工作的热爱，他们每天都工作超过10小时。为了尽快完成导水机构图纸设计任务，为后续制造创造有利条件，周末休息也被他们主动地放弃。尤其是韩桂玲作为女同志，虽然身体欠佳、肩挑着敬老爱小的生活重担，却始终没有影响向家坝设计工作。
　　向家坝机组设计完成后，有人统计了工作量，结构组的43名同志，在一年的时间里完成了正常一年半的工作任务。
　　多措并举保证产品焊接质量
　　顶盖、底环、控制环是向家坝导水机构主要由三大主件，均为钢板组焊结构，其制造特点是焊接量大、焊接难度高、质量要求严、产品周期长、尺寸精度高，其制造难度大。
　　尽管此前电机公司已经成功生产了三峡左岸、右岸、地下，以及溪洛渡、糯扎渡等大型机组的导水机构，但是为了将向家坝导水打造成精品，进一步提高装配焊接质量，电机公司负责装焊工序的冷作分厂明确提出，以向家坝导水机构的生产制造为契机，全面提升生产管理水平，确保打造精品工程。
　　冷作分厂同负责装焊的各工段落实具体的各个节点周期，在各节点设定影像记录，做好问题记录。针对工艺和质量问题，事先请设计和工艺人员做了技术交底工作，使整个生产流程的工作处于可控状态，保证导水机构三大主件生产的顺利进行。
向家坝底环最大板厚160毫米，焊接量大。为了保证焊接质量，严格控制预热温度，要求焊接前电焊工对施焊位置进行充分地预热，温度达到要求后才可以焊接，工艺要求将底环加热到100摄氏度以上，同时焊接过程中加大监控频次，从而确保了底环的焊接质量，焊接后经严格的超声波探伤达到100%合格。
　　向家坝控制环为两瓣装焊结构，其结构相对简单，为立圈与上下环板组合结构，焊后易产生变形，装配人员经过认真分析图纸后，在合理位置支撑拉筋外，焊接时严格遵守工艺，认真施焊，有效避免了因焊后变形而导致的尺寸超差。
向家坝顶盖为导水机构中制造难度最大的产品，其吨位大，重约为344吨；尺寸大，直径为12990毫米，共分四瓣；板厚最大板厚达到230毫米；焊接量大，所用焊丝重量约为20多吨。
　　为了缩短制造周期，冷作分厂将四瓣顶盖生产分到四个生产工段。顶盖焊接过程中，由于顶盖体积、吨位大，翻身和起吊都有一定难度，严重影响了其它产品的正常生产。在总结了三峡顶盖焊接翻身顺序和特点的基础上，通过三峡顶盖焊接的实际验证，固化了顶盖的翻身次数，规范了顶盖焊接顺序，不仅避免不必要翻身，同时，焊接科学排序减小了焊接应力，有效控制了顶盖的焊接变形，提高了工作效率。
　　勤工细作打造精品水电机组
　　2012年2月8日，重达320吨的向家坝1号顶盖稳稳地落在导水机构上，2月17日控制环的安装到位，标志着向家坝1号机组导水机构预装正式进入调试阶段。
　　电机公司没有生产加工800MW机组的经验；导水机构在预装时顶盖与套筒把合后自重330吨，落于导水机构上需动用两台吊车同时工作，起吊、行进、下落等操作的同步性要求非常严格；向家坝导水机构总重976吨，远高于三峡机组导水机构736吨的总重，原有预装平台和工具能否满足要求还未可知，给向家坝导水机构的生产装配带来很大难度。
　　水电分厂针对向家坝导水机构主件，在投产之前多次邀请制造工艺部的工艺员，对导水机构的各项分装配及最后整体装配进行技术交底，掌握各个工序的加工要点和难点。从顶盖、底环、控制环、导叶的生产排产、设备加工、手工装配都进行了缜密的计划和布置。由于大型环形工件的刚性不好，存在较大应力变形，制造工艺部和水电分厂共同想了很多办法，采用加热补焊的办法，保证了底环的加工质量，其加工经验也为公司积累了控制类似环形类工件变形的有效理论依据。
　　在以往的导水机构投装落顶盖时，一般采取仅预装4个或6个套筒来给导叶定位。但因向家坝导水机构采用的是分体式套筒结构，为保证质量，水电分厂采用24个中套筒全部与顶盖装配后，一起随顶盖落于导叶上，就相当于有24个定位位置需要考虑，且整体的起吊重量达到了320吨，大大增加了顶盖的投装难度。顶盖吊装时，两台200吨吊车共同起吊，在吊挂人员、装配人员和吊车操作人员的紧密配合下，24个导叶均顺利的插入套筒中，顶盖一次落装成功。
　　经过近1个月的艰苦努力，电机公司连续突破了安装导叶、吊装顶盖、安装上套筒、落控制环、装导叶臂、连接板、调导水机构同心度、调导叶端面及立面间隙等诸多工序，完成了导水机构的总装调试。
管理革命一体两翼超越百亿
　　“技术上积累，心态上清零。”公司董事长、总经理邱希亮用这句话概括了电机公司能够保持着旺盛自主创新能力的原因。14年间，电机公司完成了从300MW到800MW巨型水电机组自主制造的一个个跨越，跻身世界一流水电品牌，其中技术创新和管理革命是重要的撬动支点。
　　大手笔带来大创新。2008年至2011年，电机公司年均投入研发费用近2亿元。
依托我国唯一的国家级水电设备工程技术研究中心（俗称大电机研究所），电机公司开发新产品、新技术40余项，依靠强劲的自主创新能力，在竞争激烈的国际水电制造市场上稳居第一阵营。
　　2011年，电机公司完成总投资1.4亿的新水力试验台安装调试工作；远程发电设备状态检测与故障诊断系统实现了远距离机组的实时监控，为用户提供产品全寿命周期服务；完成“百万水电工程”重点科技攻关项目，1000MW水电机组推力轴承额定载荷达到5400吨，创造了推力轴承瓦单瓦面积最大等多项世界第一，通风模型试验成功，填补了世界技术空白；完成火电1000MW超超临界汽轮发电机国产化关键技术研究；以溧阳抽水蓄能和葛洲坝改造项目为契机，水泵水轮机、轴流式水轮机关键水力技术取得重大突破。此外，“三峡全空冷巨型水轮发电机组研制”获国家科技进步二等奖。全年申报专利46项，专利授权25项，其中发明专利13项。
　　登顶之后是又一次开始。2011年，电机公司在职代会上通过了《公司“十二五”发展规划》，提出“一体两翼超越百亿”的宏伟目标：即哈尔滨电机厂（昆明）有限责任公司增添了中小水电生产能力；与GE公司合资，成立哈电通用风能（江苏）有限公司，合作开发国内潮间带、离岸大功率直驱风力发电机组。
　　目前，电机公司在风电、潮汐发电、核电发电机组设计制造领域，已经取得积极进展。AP1400的核主泵的技术储备；开展直驱式永磁风力发电机技术的研究，开发3兆瓦、5兆瓦直驱式永磁风力发电机；开展潮流发电机关键技术的攻关，以10千瓦潮流发电机设计、制造为契机，掌握潮流发电机的关键技术，并应用于600千瓦海底式潮流发电整机制造项目的设计制造中。
在大型抽水蓄能机组研究方面，电机公司自主设计制造的响水涧机组于2011年12月26日正式投运。机组摆度、振动、温升情况良好，得到了用户高度赞扬，标志着我国抽水蓄能机组国产化取得圆满成功，中国在发电设备制造领域又取得了突破性进展。
目前，电机公司不仅是三峡工程中最大的赢家，而且成为全国水电机组市场的最大赢家。电机公司制造的大型水电机组，约占国内生产的大型装机容量的2/3，汽轮发电机约占国内生产的总装机容量的1/3。产品遍布包括台湾在内的所有省份，并出口到加拿大、美国、巴基斯坦、日本等近50个国家和地区。

(中国电力报 2012年03月27日）