“要將40%以上的長江水資源調(diào)動起來，使其源源不斷地輸出清潔電力，金沙江畔迫切需要一顆強(qiáng)大的‘心臟’。而組建這顆‘心臟’的關(guān)鍵，就是研制可靠、穩(wěn)定、高效的水輪發(fā)電機(jī)組。”張?zhí)禊i說，建造這100萬千瓦發(fā)電機(jī)是場鏖戰(zhàn)，不過他慶幸自己能參與其中。
為發(fā)熱的水輪發(fā)電機(jī)降溫
百萬千瓦，不僅意味著大容量、大尺寸，也意味著發(fā)電機(jī)會產(chǎn)生更多的熱量。
張?zhí)禊i表示，白鶴灘水電站的空氣冷卻式機(jī)組，如果無法將過剩的熱量快速排出，就會影響機(jī)組安全穩(wěn)定高效運行。因此，研制團(tuán)隊面臨的最大難題，便是如何給發(fā)電機(jī)組降溫。
或許有人說，降溫有什么難的，增加風(fēng)量不就可以了?難就難在，冷卻風(fēng)量在很大程度上，與發(fā)電機(jī)效率呈反比，風(fēng)量過大就會影響發(fā)電效率。要想解決發(fā)電機(jī)的散熱問題，還得從冷卻技術(shù)入手。張?zhí)禊i和團(tuán)隊經(jīng)過分析論證后發(fā)現(xiàn)，即使不惜成本對傳統(tǒng)的定轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，也很難達(dá)到要求。
隨后，張?zhí)禊i和團(tuán)隊決定改變思路，在熱源本體——磁極銅排直接冷卻上“做文章”。2013年起，他們經(jīng)過若干輪次的仿真計算、試驗驗證等，成功研發(fā)出磁極繞組空內(nèi)冷技術(shù)，并將其成功應(yīng)用在白鶴灘項目上。
張?zhí)禊i介紹，團(tuán)隊在磁極銅排上開設(shè)內(nèi)通風(fēng)孔，并新增內(nèi)部冷卻區(qū)，在大幅增加磁極繞組的散熱面積、縮短傳熱路徑的同時，提高了冷卻空氣的利用率，大幅降低了發(fā)電機(jī)冷卻需求風(fēng)量。
帶隊研發(fā)新型轉(zhuǎn)子支架
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，也是發(fā)電機(jī)最核心的部件，主要由轉(zhuǎn)子支架、磁軛和磁極等部分組成，而轉(zhuǎn)子支架是連接主軸和磁軛的重要部件。
從2014年開始，張?zhí)禊i帶領(lǐng)團(tuán)隊提交了上百個設(shè)計方案、計算了海量的數(shù)據(jù)……最終在2017年3月，他和團(tuán)隊成功研制出了“平衡受力”的新型轉(zhuǎn)子支架，經(jīng)過對新型轉(zhuǎn)子支架多輪計算優(yōu)化設(shè)計后，最終確定了結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度等指標(biāo)最優(yōu)的轉(zhuǎn)子支架方案，順帶斬獲了相關(guān)國家發(fā)明專利。
“與當(dāng)前70到80萬千瓦等級巨型水電機(jī)組采用的轉(zhuǎn)子支架相比，新型轉(zhuǎn)子支架在性能上全面優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各種工況應(yīng)力水平降低了10%以上，具有更低的自身通風(fēng)損耗特性，還大幅降低負(fù)壓抽吸作用、機(jī)組油霧污染防治難度。”張?zhí)禊i說。
就當(dāng)團(tuán)隊上下以為可以松一口氣了，又一道難題迎面“走”來。針對白鶴灘發(fā)電機(jī)設(shè)計方案的分析報告給了張?zhí)禊i團(tuán)隊一個警告：如果轉(zhuǎn)子圓度控制不好，機(jī)組可能會出現(xiàn)低頻振動這一“天生缺陷”，會極大降低發(fā)電機(jī)機(jī)組的運行質(zhì)量。而轉(zhuǎn)子圓度控制的關(guān)鍵，就是磁軛沖片疊裝。
據(jù)介紹，白鶴灘發(fā)電機(jī)磁軛高3.6米、直徑超過15米，由16000余張60公斤重的磁軛沖片分900層逐層疊裝而成，沖片的厚度公差在0.16毫米以內(nèi)。
“不要小看這個尺寸，即使是0.01毫米的偏差，若控制不當(dāng)，放大900倍后也是非常嚴(yán)重的偏差。”張?zhí)禊i說，項目指標(biāo)要求需將磁軛圓柱偏差控制在1毫米內(nèi)，偏心值不大于0.2毫米，遠(yuǎn)優(yōu)于精品標(biāo)準(zhǔn)要求。
為了保證達(dá)到規(guī)定值，東方電機(jī)現(xiàn)場服務(wù)團(tuán)隊通過動態(tài)監(jiān)測、反復(fù)計算等一系列手段保證磁軛疊裝全程受控，力求將偏差控制在最小范圍。在監(jiān)測結(jié)果出來前，張?zhí)禊i內(nèi)心十分忐忑。最終，一組喜人的數(shù)據(jù)被公布出來：磁軛圓柱度偏差為0.36毫米、偏心值0.02毫米。張?zhí)禊i懸著的心，終于可以放下。
“從2006年開始，我們團(tuán)隊就開始了白鶴灘百萬千瓦電機(jī)機(jī)組的研究工作，在機(jī)組總體設(shè)計、水力、電磁、冷卻、絕緣等9個技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了專項科研攻關(guān)，形成了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)?？梢哉f，水電裝備的核心技術(shù)已牢牢掌握在我們自己手中。”張?zhí)禊i說。
