大型抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化研制（哈電） - 圖文-

1、 型蓄國產(chǎn)研制大型抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化研制 內(nèi)容一、抽水蓄能機(jī)組技術(shù)引進(jìn)與消化抽水蓄能機(jī)組技術(shù)引進(jìn)與消化國產(chǎn)化的響水澗抽水蓄能機(jī)組響水澗抽水蓄能機(jī)組二、國產(chǎn)化的二、二國產(chǎn)化的三、下步國產(chǎn)化研制的走向三下一步國產(chǎn)化研制的走向 抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化大致分為三個(gè)階段:根據(jù)國家發(fā)改委統(tǒng)一戰(zhàn)略部署。第一階段,從2003年4月開始,以寶泉、惠州和白蓮河抽水蓄能電站為依托工程,外方主包、中方(指哈電和東電分包、外方向中方進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓。行技術(shù)轉(zhuǎn)讓第二階段,從2005年5月開始,以蒲石河、呼和浩特和黒糜峰抽水蓄能電站為后續(xù)依托項(xiàng)目中方主包外方分包外方提供技術(shù)支持電站為后續(xù)依托項(xiàng)目,中方主包、外方分包、外方提供技術(shù)支

2、持。第三階段,從2007年開始,以安徽響水澗、廣東清遠(yuǎn)和福建仙游抽水蓄能電站為試點(diǎn)項(xiàng)目,總結(jié)并實(shí)踐已經(jīng)引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù),自主設(shè)計(jì)、能電站為試點(diǎn)項(xiàng)目總結(jié)并實(shí)踐已經(jīng)引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)自主設(shè)計(jì)自主制造,實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站機(jī)組設(shè)備制造的國產(chǎn)化。 一、抽水蓄能機(jī)組技術(shù)引進(jìn)與消化技術(shù)引進(jìn)寶泉、惠州、白蓮河16臺(tái)300MW抽水蓄能機(jī)組項(xiàng)目的技術(shù)轉(zhuǎn)讓工作從2005年2月正式開始執(zhí)行。月正式開始執(zhí)行水泵水輪機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)讓的內(nèi)容共8大項(xiàng),40個(gè)子項(xiàng) 發(fā)電電動(dòng)機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)讓的內(nèi)容共7大項(xiàng),39個(gè)子項(xiàng)大項(xiàng) 聯(lián)合設(shè)計(jì)與分包制造培訓(xùn)內(nèi)容水泵水輪機(jī)15項(xiàng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)13項(xiàng)。內(nèi)容涵蓋了機(jī)組機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝、質(zhì)量控項(xiàng)內(nèi)容涵蓋了機(jī)組機(jī)械設(shè)計(jì)制造

3、藝質(zhì)量控制和現(xiàn)場安裝調(diào)試。 技術(shù)引進(jìn)的消化與吸收在技術(shù)轉(zhuǎn)讓的基礎(chǔ)上通過寶泉電站水輪機(jī)數(shù)值分析和試驗(yàn)驗(yàn)水 在技術(shù)轉(zhuǎn)讓的基礎(chǔ)上,通過寶泉電站水輪機(jī)數(shù)值分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,充分掌握流體分析計(jì)算軟件和關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與幾何參數(shù)的選擇與優(yōu)化方法。寶泉電站水泵水輪機(jī)通流部件數(shù)值分析水泵水輪機(jī)通流部件數(shù)值分析主要是計(jì)算蝸殼、雙列葉柵、轉(zhuǎn)輪、尾水管內(nèi)部的水流流動(dòng)情況,通過計(jì)算出的壓力場、速度場、流場等結(jié)果對通流部件的水力性能做出評判。通過對個(gè)電站的實(shí)設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)人得經(jīng)驗(yàn)通過對三個(gè)電站的實(shí)際設(shè)計(jì)與分析,設(shè)計(jì)人員取得了經(jīng)驗(yàn)。 惠州發(fā)電電動(dòng)機(jī)全空冷模型試驗(yàn)研究 惠州發(fā)電電動(dòng)機(jī)單機(jī)額定容量 為334MVA,每極容量為27

4、.83MVA, 槽電流為7142A,在世界上屬高速大 容量抽水蓄能電機(jī)。為深入研究電 機(jī)采用全空氣 徑、軸向冷卻方式。 根據(jù)惠州發(fā)電電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的需要， 根據(jù)惠州發(fā)電電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的需要 ALSTOM公司委托哈電進(jìn)行惠州通 風(fēng)模型的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)工作。哈電根 據(jù)開發(fā)大型空冷水輪發(fā)電機(jī)掌握的 技術(shù)和取得的經(jīng)驗(yàn)，開創(chuàng)性地完成 了此項(xiàng)研究工作。獲得了寶貴的設(shè) 了此項(xiàng)研究工作 獲得了寶貴的設(shè) 計(jì)參數(shù)。 惠州發(fā)電電動(dòng)機(jī)模型 大容量高轉(zhuǎn)速雙向推力軸承模型試驗(yàn)研究 為了掌握發(fā)電電動(dòng)機(jī)關(guān)鍵核心部件雙向旋轉(zhuǎn)推力軸承的設(shè) 計(jì)分析技術(shù)，哈電按目前已運(yùn)行和即將投產(chǎn)的機(jī)組推力軸承綜 合技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)制造了一套雙向推力軸承，在30

5、00噸推力軸 承試驗(yàn)臺(tái)上，對其性能進(jìn)行測試，驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的合理性。 3000噸推力軸承試驗(yàn)臺(tái) 大部件剛強(qiáng)度技術(shù)進(jìn)步 在大部件剛強(qiáng)度方面，除積極吸收國外的先進(jìn)技術(shù)之外，還在國 外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和更新，進(jìn)行了轉(zhuǎn)讓技術(shù)的二次開發(fā) ，并開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。開展了“水泵/水輪機(jī)大 并開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù) 開展了“水泵/水輪機(jī)大 水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪壓力分布 蝸殼和導(dǎo)葉壓力分布 水泵水輪機(jī)尾水管計(jì)算 雙列葉柵壓力分布 絕緣技術(shù)的轉(zhuǎn)化、應(yīng)用 絕緣技術(shù)實(shí)際轉(zhuǎn)讓的有關(guān)圖紙52張，主要的相關(guān)絕緣 材料標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法、應(yīng)用工藝和零件表共70余份， 包含了絕緣技術(shù)七個(gè)方面內(nèi)容，絕緣技術(shù)轉(zhuǎn)讓于 2

6、006年11月完成。 根據(jù)外方提供的技術(shù)資料，哈電在寶泉項(xiàng)目上制定了 符合哈電實(shí)際條件的多膠模壓絕緣體系的技術(shù)文件， 制定了相應(yīng)的絕緣規(guī)范、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施工藝，制造 的相關(guān)部件完全達(dá)到了國外廠家同等質(zhì)量要求。 分包制造完成情況 哈電承擔(dān)的分包項(xiàng)目的完成情況： 寶泉抽水蓄能電站：4#水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)已于2008 年12月完工。 白蓮河抽水蓄能電站：4#水泵水輪機(jī)已于2009年3月完工。 寶泉水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪 白蓮河水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪 中方為主的蒲石河抽水蓄能機(jī)組研究開發(fā)與ALSTOM公司合作,對蒲石河抽水蓄能機(jī)組,哈電除開展了機(jī)組的設(shè)計(jì)與制造工藝研究外,還利用引哈電除展了機(jī)組的設(shè)計(jì)與制造藝研究外

7、還利用引進(jìn)軟件對以下技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證及計(jì)算。 蒲石河轉(zhuǎn)輪葉片 發(fā)電電動(dòng)機(jī)起動(dòng)及工況轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用在蒲石河項(xiàng)目研發(fā)中,利用SIMSEN仿真軟件對機(jī)端三相、在蒲石河項(xiàng)目研發(fā)中利用三相兩相及單相對地突然短路進(jìn)行了仿真計(jì)算,得到了滿意的結(jié)果。發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)及計(jì)算 哈電與ALSTOM公司合作,分別對蒲石河發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析計(jì)算。該機(jī)組的通風(fēng)方式為無風(fēng)扇雙路徑向通風(fēng)統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析計(jì)算該機(jī)組的通風(fēng)方式為無風(fēng)扇雙路徑向通風(fēng)方式。被冷卻器冷卻的空氣從上、下風(fēng)路經(jīng)定子線圈端部后,在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的壓頭驅(qū)送下,冷卻空氣流入轉(zhuǎn)子支架、磁軛風(fēng)道、磁極、氣隙后,大部分冷卻氣體進(jìn)入定子鐵心通風(fēng)道,小部分流經(jīng)定子線圈

8、端部這些冷卻氣體匯集至定子鐵心背部攜帶電機(jī)的熱量重新回到冷,這些冷卻氣體匯集至定子鐵心背部,攜帶電機(jī)的熱量重新回到冷卻器入口進(jìn)行熱交換,形成自循環(huán)通風(fēng)方式。 軸承軟件的應(yīng)用 利用打捆招標(biāo)引進(jìn)的BearDes軟件,進(jìn)行蒲石河的推力軸承、導(dǎo)軸承、導(dǎo)瓦泵的設(shè)計(jì)研究。電站機(jī)組主要部件剛強(qiáng)度計(jì)算 利用引進(jìn)技術(shù)對水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)和進(jìn)水球閥的結(jié)構(gòu)部件剛強(qiáng)度以及軸系穩(wěn)定性進(jìn)行了分析計(jì)算。在這基礎(chǔ)上,還進(jìn)行了以下工作:發(fā)電-電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)氣隙計(jì)算; 利用拓?fù)鋬?yōu)化理論對結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行了分析; 對結(jié)構(gòu)主要部件進(jìn)行疲勞壽命評估; 在計(jì)算中考慮了混凝土剛度的影響。 的響水澗抽水蓄能機(jī)組二、國產(chǎn)化的響水澗抽水蓄

9、能機(jī)組二、國產(chǎn)化響水澗抽水蓄能電站位于安徽省蕪湖市三山區(qū)峨橋鎮(zhèn),電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量為250MW的可逆式發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。水輪機(jī)額定水頭為水輪機(jī)額定水頭為190m,電站運(yùn)行最大毛水頭220.05m。 水泵水輪機(jī)開發(fā) 哈電完全自主研發(fā)了響水澗水泵水輪機(jī),由于揚(yáng)程變幅比哈電完全自主研發(fā)了響水澗水泵水輪機(jī)由于揚(yáng)程變幅比白蓮河大得多,水泵水輪機(jī)水力性能開發(fā)的難度大于引進(jìn)的白蓮河項(xiàng)目,經(jīng)過哈電的模型驗(yàn)收試驗(yàn)和國外中立臺(tái)的復(fù)核試驗(yàn)水泵水輪機(jī)水力性能參數(shù)水平滿足合同要求,并達(dá)到世界先進(jìn)水平。2008年10月中旬完成了預(yù)試驗(yàn)和國內(nèi)模型預(yù)驗(yàn)收試驗(yàn);國外最終驗(yàn)收試驗(yàn)也已于2009年6月末在瑞士洛桑圓滿完成。最終驗(yàn)收試

10、驗(yàn)項(xiàng)目包括:能量、空化、壓力脈動(dòng)、飛逸、四象限特性等全部驗(yàn)收項(xiàng)目的復(fù)核試驗(yàn)。最終模型驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果,水輪機(jī)工況模型最優(yōu)效率92.20%,換算至原型94.60%;水泵工況模型最優(yōu)效率91.61%,對應(yīng)原型93.71%。9161%9371% 轉(zhuǎn)輪進(jìn)行空化觀測 響水澗模型同時(shí)具有優(yōu)秀的空化和壓力脈動(dòng)性能動(dòng)性能。轉(zhuǎn)輪在洛桑試驗(yàn)臺(tái)安裝 發(fā)電電動(dòng)機(jī)起動(dòng)及工況轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用 在響水澗項(xiàng)目的研發(fā)中,利用SIMSEN仿真軟件,開發(fā)了機(jī)組承受150%過轉(zhuǎn)矩的仿真模型。由于抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)承受過轉(zhuǎn)矩能力的計(jì)算一直是一個(gè)難題,以前采用傳統(tǒng)的解析公式進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果精確度不高,且不能描述電機(jī)的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程和持續(xù)時(shí)間。因此

11、,開發(fā)時(shí)域仿真模型,模擬電機(jī)突然過轉(zhuǎn)矩后的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程,從而解決模型模擬電機(jī)突然過轉(zhuǎn)矩后的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程從解決了這一難題。 徑向無風(fēng)扇端部回風(fēng)結(jié)構(gòu) 發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)組為全空冷冷卻響水澗發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)采用雙路徑向、無風(fēng)扇、端部回風(fēng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)通風(fēng)路徑如圖所示通風(fēng)方式:雙路通風(fēng)方式:雙路、徑向、端部回風(fēng)、密閉系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡便風(fēng)路流暢端部冷卻效果好目前已經(jīng)完成了響水澗電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算。 斜元件的應(yīng)用 定子機(jī)座與上機(jī)架: 機(jī)座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-鋼 板組焊結(jié)構(gòu)。環(huán)板間的垂直支撐成一斜角布置布置,改善鐵心熱脹 的受力狀況,可減小或消除鐵心翹曲,制造工藝復(fù)雜。 上機(jī)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-鋼板組

12、焊結(jié)構(gòu)。改善基礎(chǔ)受力。 斜支撐圓盤式轉(zhuǎn)子支架 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-鋼板組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鋼板組 焊結(jié)構(gòu),由中心體和斜支臂焊成一體。 優(yōu)點(diǎn)-整體性好;軸向、徑向、切向剛度大;通風(fēng)損耗小;具有 保證轉(zhuǎn)子支架的環(huán)形穩(wěn)定性和向心穩(wěn)定性的能力;改善中體的受力力;改善中心體的受力。 推力軸承及導(dǎo)軸承 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):適應(yīng)雙向運(yùn)行負(fù)荷傳感器可精確調(diào)整推力瓦受力,降低各軸瓦力降低各軸瓦溫差。自泵導(dǎo)軸承瓦提供潤滑油循環(huán)動(dòng)力,提高機(jī)組運(yùn)行可靠性。有限元精確計(jì)算,確保機(jī)組安全運(yùn)行。 機(jī)組主要部件剛強(qiáng)度分析計(jì)算 計(jì)方案的安全,應(yīng)用有限元法和解析法對響水澗水泵水輪機(jī)的過流部件壓力、轉(zhuǎn)輪、蝸殼座環(huán)、頂蓋、導(dǎo)葉、底環(huán)、球閥、打壓工具等10個(gè)大部件

13、進(jìn)行了結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度分析,并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。提交的12份技術(shù)計(jì)算報(bào)告也已得到了業(yè)主的審批。保障了設(shè)提交的份技術(shù)計(jì)算報(bào)告也已得到了業(yè)主的審批保障了設(shè)計(jì)方案的安全可靠。 響水澗主要部件的應(yīng)力和變形分析 響水澗轉(zhuǎn)輪的應(yīng)力分析 響水澗球閥設(shè)計(jì) 目前響水澗機(jī)組的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)接近尾聲,正在全力投入部件生產(chǎn)和過程質(zhì)量控制在全力投入部件生產(chǎn)和過程質(zhì)量控制。 三、下一步國產(chǎn)化研制的走向從寶泉、惠州、白蓮河技術(shù)引進(jìn),到蒲石河以我為主,直至響水澗項(xiàng)目的完全自主設(shè)計(jì)制造,我們將引進(jìn)主直至響水澗項(xiàng)目的完全自主設(shè)計(jì)制造我們將引進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)組的開發(fā)設(shè)計(jì)中,并對技術(shù)引進(jìn)的大部分內(nèi)容進(jìn)行了完善和二次開發(fā),在高起點(diǎn)上進(jìn)行再創(chuàng)新,迅

14、速縮短了與國外公司的技術(shù)差距,實(shí)現(xiàn)了抽水蓄能機(jī)組的國產(chǎn)化目標(biāo)。具備了參與大型抽水蓄能機(jī)組市場競爭的能力爭的能力。 1.補(bǔ)上原創(chuàng)為保證抽水蓄能機(jī)組在正反向運(yùn)轉(zhuǎn)及頻繁啟動(dòng)情況下的穩(wěn)定性和可靠性,對水泵水輪機(jī)的水力性能、剛強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度、振動(dòng)分析及穩(wěn)定性、材料及密封結(jié)構(gòu),正反向高速重載軸承、振動(dòng)分析及穩(wěn)定性材料及密封結(jié)構(gòu)正反向高速重載軸承高性能絕緣繞組、通風(fēng)冷卻、機(jī)組工況轉(zhuǎn)換、過渡過程及啟動(dòng)性能等關(guān)鍵技術(shù)還要進(jìn)行大量的計(jì)算分析模型試驗(yàn)研究和真性能等關(guān)鍵技術(shù)還要進(jìn)行大量的計(jì)算分析、模型試驗(yàn)研究和真機(jī)測試工作。我們正在或已經(jīng)做了大量-補(bǔ)充試驗(yàn)、關(guān)聯(lián)試驗(yàn)。補(bǔ)充試驗(yàn)關(guān)聯(lián)試驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證-如何做行、如何做不行。

15、 2、安全、可靠由于水泵水輪機(jī)的水頭和轉(zhuǎn)速均較高,且水泵水輪機(jī)起動(dòng)和停機(jī)頻繁、過渡過程復(fù)雜、各種振動(dòng)因素引起的動(dòng)態(tài)應(yīng)力較大,水泵水輪機(jī)的各個(gè)部件都要經(jīng)受嚴(yán)重的交變應(yīng)力,故其疲勞破壞時(shí)有發(fā)生。因此必須把水泵水輪機(jī)的可靠性放在首位,開發(fā)出先進(jìn)合理的設(shè)計(jì)和制造技術(shù),把流態(tài)和應(yīng)力的計(jì)算機(jī)分析與試驗(yàn)緊密結(jié)合起來。技術(shù)可靠性:利用時(shí)間差,應(yīng)用最先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)、材料技術(shù)及各種關(guān)聯(lián)技術(shù),使機(jī)組“國產(chǎn)技術(shù)”綜合可靠性比引進(jìn)技術(shù)上一個(gè)新的臺(tái)階。“引進(jìn)技術(shù)”上一個(gè)新的臺(tái)階服務(wù)可靠性:地理、通訊、文化、理念、法規(guī)。 3.數(shù)據(jù)積累(我國抽水蓄能機(jī)組起步較晚國內(nèi)自主設(shè)(試驗(yàn)、制造、安裝、運(yùn)行我國抽水蓄能機(jī)組起步較晚,國內(nèi)

16、自主設(shè)計(jì)與制造積累的經(jīng)驗(yàn)少,在一段時(shí)間內(nèi)還缺乏機(jī)組模型試驗(yàn)、真機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)試、實(shí)測等數(shù)據(jù)積累需要通過不斷的工程實(shí)踐來驗(yàn)證等數(shù)據(jù)積累。需要通過不斷的工程實(shí)踐來驗(yàn)證設(shè)計(jì)、取得經(jīng)驗(yàn)。 4大”“高”4.“大”而“高” 我國已投運(yùn)的20座抽水蓄能電站機(jī)組 我國在建和將建的13座抽水蓄能電站機(jī)組 國產(chǎn)進(jìn)口待定 仙游、溧陽電站水泵水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)的自主研發(fā)福建仙游抽水蓄能電站的最大揚(yáng)程475米,單機(jī)額定容量是水澗后內(nèi)自開發(fā)第個(gè)抽水蓄能項(xiàng)目300MW,是繼響水澗之后國內(nèi)自主開發(fā)的第二個(gè)抽水蓄能項(xiàng)目。江蘇溧陽蓄能電站最大揚(yáng)程291米,單機(jī)額定容量250MW。仙游、溧陽蓄能電站水泵水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)已經(jīng)完成,其模型試驗(yàn)?zāi)壳罢诠姼咚^試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。試驗(yàn)?zāi)壳罢诠姼咚^試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行 仙游項(xiàng)目在哈電試驗(yàn)仙游模型試驗(yàn)裝置 5、“點(diǎn)”和“面”抽水蓄能機(jī)組正反向運(yùn)轉(zhuǎn),且頻繁啟停等運(yùn)行工況,要求機(jī)組具有高度的智能化和高可靠性,同時(shí)具有完要求機(jī)組具有高度的智能化和高可靠性同時(shí)具有完善的故障自診斷和保護(hù)功能,因此,