“要將40%以上的長(cháng)江水資源調動(dòng)起來(lái)，使其源源不斷地輸出清潔電力，金沙江畔迫切需要一顆強大的‘心臟’。而組建這顆‘心臟’的關(guān)鍵，就是研制可靠、穩定、高效的水輪發(fā)電機組。”張天鵬說(shuō)，建造這100萬(wàn)千瓦發(fā)電機是場(chǎng)鏖戰，不過(guò)他慶幸自己能參與其中。
為發(fā)熱的水輪發(fā)電機降溫
百萬(wàn)千瓦，不僅意味著(zhù)大容量、大尺寸，也意味著(zhù)發(fā)電機會(huì )產(chǎn)生更多的熱量。
張天鵬表示，白鶴灘水電站的空氣冷卻式機組，如果無(wú)法將過(guò)剩的熱量快速排出，就會(huì )影響機組安全穩定高效運行。因此，研制團隊面臨的最大難題，便是如何給發(fā)電機組降溫。
或許有人說(shuō)，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)電機效率呈反比，風(fēng)量過(guò)大就會(huì )影響發(fā)電效率。要想解決發(fā)電機的散熱問(wèn)題，還得從冷卻技術(shù)入手。張天鵬和團隊經(jīng)過(guò)分析論證后發(fā)現，即使不惜成本對傳統的定轉子冷卻結構進(jìn)行改造，也很難達到要求。
隨后，張天鵬和團隊決定改變思路，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(guò)若干輪次的仿真計算、試驗驗證等，成功研發(fā)出磁極繞組空內冷技術(shù)，并將其成功應用在白鶴灘項目上。
張天鵬介紹，團隊在磁極銅排上開(kāi)設內通風(fēng)孔，并新增內部冷卻區，在大幅增加磁極繞組的散熱面積、縮短傳熱路徑的同時(shí)，提高了冷卻空氣的利用率，大幅降低了發(fā)電機冷卻需求風(fēng)量。
帶隊研發(fā)新型轉子支架
發(fā)電機轉子是發(fā)電機的轉動(dòng)部分，也是發(fā)電機最核心的部件，主要由轉子支架、磁軛和磁極等部分組成，而轉子支架是連接主軸和磁軛的重要部件。
從2014年開(kāi)始，張天鵬帶領(lǐng)團隊提交了上百個(gè)設計方案、計算了海量的數據……最終在2017年3月，他和團隊成功研制出了“平衡受力”的新型轉子支架，經(jīng)過(guò)對新型轉子支架多輪計算優(yōu)化設計后，最終確定了結構靜強度等指標最優(yōu)的轉子支架方案，順帶斬獲了相關(guān)國家發(fā)明專(zhuān)利。
“與當前70到80萬(wàn)千瓦等級巨型水電機組采用的轉子支架相比，新型轉子支架在性能上全面優(yōu)于傳統結構，各種工況應力水平降低了10%以上，具有更低的自身通風(fēng)損耗特性，還大幅降低負壓抽吸作用、機組油霧污染防治難度。”張天鵬說(shuō)。
就當團隊上下以為可以松一口氣了，又一道難題迎面“走”來(lái)。針對白鶴灘發(fā)電機設計方案的分析報告給了張天鵬團隊一個(gè)警告：如果轉子圓度控制不好，機組可能會(huì )出現低頻振動(dòng)這一“天生缺陷”，會(huì )極大降低發(fā)電機機組的運行質(zhì)量。而轉子圓度控制的關(guān)鍵，就是磁軛沖片疊裝。
據介紹，白鶴灘發(fā)電機磁軛高3.6米、直徑超過(guò)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?xún)取?/p>
“不要小看這個(gè)尺寸，即使是0.01毫米的偏差，若控制不當，放大900倍后也是非常嚴重的偏差。”張天鵬說(shuō)，項目指標要求需將磁軛圓柱偏差控制在1毫米內，偏心值不大于0.2毫米，遠優(yōu)于精品標準要求。
為了保證達到規定值，東方電機現場(chǎng)服務(wù)團隊通過(guò)動(dòng)態(tài)監測、反復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。在監測結果出來(lái)前，張天鵬內心十分忐忑。最終，一組喜人的數據被公布出來(lái)：磁軛圓柱度偏差為0.36毫米、偏心值0.02毫米。張天鵬懸著(zhù)的心，終于可以放下。
“從2006年開(kāi)始，我們團隊就開(kāi)始了白鶴灘百萬(wàn)千瓦電機機組的研究工作，在機組總體設計、水力、電磁、冷卻、絕緣等9個(gè)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了專(zhuān)項科研攻關(guān)，形成了一系列具有自主知識產(chǎn)權的核心技術(shù)?？梢哉f(shuō)，水電裝備的核心技術(shù)已牢牢掌握在我們自己手中。”張天鵬說(shuō)。
