《科技创新与品牌》杂志社创新成果

让三峡作证

三峡叶片热处理三峡叶片热处理


        1994年12月14日,世界上最大的水利枢纽工程——三峡水电站宣告正式开工,时至今日,已到了建设工程的第三期。这一浩大的工程需要大量先进技术的支撑,而世界一流的先进技术,大多来自国外。可在这里,一个中国厂家的名字——哈尔滨电机厂被永远镌刻在三峡建设的丰碑上。


        从“中国制造”到“中国创造”

        三峡水电站的建设,一共需要安装32台70万千瓦的水轮发电机组,其中左岸14台,右岸12台,地下6台,另外还有2台5万千瓦的电源机组,总装机容量达2250万千瓦,远远超过位居世界第二的巴西伊泰普水电站。机组设备主要由德国伏伊特(VOITH)公司、美国通用电气(GE)公司、德国西门子(SIEMENS)公司组成的VGS联营体和法国阿尔斯通(ALSTOM)公司、瑞士ABB公司组成的阿尔斯通(ALSTOM)联营体提供。这些国外的大公司承诺,将相关技术无偿转让给中国国内的电机制造企业。哈尔滨电机厂正是抓住了这个机会,把国外的先进技术吸收为己用,并加以改进与创新。
        在三峡左岸的机组招标中,哈电获得了8台承制合同中30%的份额,面对这来之不易的机会,哈电备感珍惜,丝毫不敢松懈。三峡座环是制约三峡工地土建直线工程的重要部件,哈电承制的4台三峡座环,按合同一台比一台交货早;转轮是水轮机的“心脏”,哈电承制的转轮数量由2台增至4台;发电机的上机架、下机架和定子机座是机组中的大尺寸部件,8台的制造合同全部由哈电承制。而在2004年的三峡右岸机组招投标中,哈尔滨电机厂中标4台70万千瓦水轮发电机组,在与国外大企业的竞争中占得了上风。最终,哈电完成了从三峡左岸到右岸,从“中国制造”到“中国创造”的过程。

三峡叶片毛坯测量三峡叶片毛坯测量

三峡1#叶片加工后进行PT检查

三峡1#叶片加工后进行PT检查


        三峡右岸水轮机转轮叶片铸造成功

        三峡水轮发电机组单机容量为70万千瓦,大部分为国内设计、国内制造,其中大型不锈钢铸焊结构转轮的直径为10.44m,是当今世界尺寸最大的混流式转轮。叶片最大轮廓尺寸为4537×4951×2300(mm),净重17.49吨,要求用VOD精炼钢水,探伤要求为CCH70-3,转轮不锈钢铸件大部分由国外提供,由于供应商不能按期供货,使哈电无法按合同向三峡提供成品转轮。鉴于哈电已成功研制并批量生产了转轮直径为8.3m的景洪水轮机叶片,哈电公司在征求用户同意下,决定自行研制,保证叶片质量相当于或优于国外进口叶片,减少叶片受制于人的情况发生,保证成品转轮合同期,为巨型转轮材料全部国产化奠定基础。
        在三峡右岸水轮机转轮叶片的铸造上,哈电采用了电弧炉、LF精炼炉、VOD真空炉、热处理炉、1#精炼包、2#精炼包、五轴龙门铣七种设备。对三峡叶片的目标上,要求内外部质量满足CCH70-3标准,铸件无大于64cm2的缺陷,铸件的单边余量控制在38mm以内,最小加工量大于5mm。为了达到这一目标,哈电人开始努力。
        在叶片的铸造工艺方面,哈电根据经验和理论计算确定合理的反变形量、缩尺、加工量,采用开放、底返、缓冲式浇注系统,浇注温度1550±10℃,并利用计算机模拟软件,通过对流场、温度场、变形的仿真模拟,验证已经确定的工艺。在铸件试生产过程中,采用国内独创的叶片模型制造技术,实样模型外包玻璃钢,施加反变形量,然后采用哈电已获专利的巨型叶片铸造工艺方法:背面实型、正面组芯、立造型、垂直浇注。在VOD过程控制上,“真空碳脱氧”真空度保证在40~67Pa,进入VOD的钢水含硫量小于0.002%。按“双洁净”(钢水洁净、铸型洁净)严格执行工艺。在热处理上,叶片立放装炉,放置本体热电偶,精确控制叶片温度和放置角度,减少变形。
        在三峡叶片的研制过程中,哈电将生产与科研相结合,和清华大学机械工程系共同进行了叶片的温度场和变形测试,研究叶片的变形规律,探索叶片近净形生产的工艺方法。研究结果证明,清华大学研究的叶片变形规律与哈电掌握的变形规律相一致。
        经过这一过程,哈电成功地浇铸了三片三峡水轮机不锈钢叶片。
  
        世界最大的三峡右岸水轮机转轮叶片通过鉴定

        2007年8月15日,哈电制造的世界最大的三峡右岸水轮机转轮叶片迎来了由清华大学、中国科学院金属研究所、哈尔滨电站集团公司、中国长江三峡开发总公司、国务院三峡工程建设委员会等11名专家组成的鉴定委员会,其中中国工程院院士柳百成担任主任,中国工程院院士李依依担任副主任。他们来到哈电,将见证哈电的又一次成功。
        经过鉴定,专家们认为,哈电研制的三峡水轮机转轮叶片的化学成分、力学性能、内外质量及尺寸精度均达到了同类产品的国际先进水平,叶片铸造工艺方法具有创新性,叶片型线准确,加工余量分布均匀,用计算机模拟技术深入地研究了叶片的变形规律,对今后生产和进一步提高叶片质量具有指导意义,并建议哈电扩大叶片制造能力,如增加叶片粗加工设备等,尽快实现稳定、高效、批量生产。
        三峡右岸叶片通过鉴定,标志着三峡右岸转轮叶片铸造实现了国产化,标志着我国具备了批量生产三峡叶片的技术和能力,扩大了大容量水电机组的国产化份额,增强了民族工业在国际上的竞争力,打破了国外大型水电铸造部件的垄断局面,为巨型水轮机转轮叶片铸造全部实现国产化奠定了坚实的基础。同时,迫使国外厂家的同类产品订货价格降低,其社会效益、经济效益显著。
        在国家的规划中,优先开发中国西南部金沙江、雅砻江、大渡河流域的大型水电基地,实施流域梯级滚动开发,计划新装机的150多台机组共需约2000多个叶片,如果这些大型机组的叶片能全部国产化,将为国家节约数十亿元人民币。哈电人也会在“争国内第一,创世界一流”的目标下,继续为我国的电机生产事业努力奋斗!为我国社会主义现代化建设,贡献自己的一份力量!