8月24日,由東方電氣集團東方電機有限公司制造的目前世界最大單機容量發電機——臺山1號1750兆瓦核能發電機完成制造并順利發運。
臺山1號核能發電機是半轉速汽輪發電機型,采用高效的水氫氫冷卻方式,其轉子直徑為2040mm,接近常規火電1000兆瓦級汽輪發電機的2倍,定子和轉子的總重達800多噸,是東方電機迄今為止制造的技術難度最高、結構最復雜、制造最精密、體積最大、重量最重的汽輪發電機,是目前世界最大單機容量的發電機。
該發電機的成功制造標志著東方電機自此形成了從1000~1800兆瓦等級全系列核電發電機的制造能力,在大容量、高參數發電機制造領域再次刷新紀錄。
專項團隊攻克了一個個難題
臺山核電站是我國首座、世界第三座采用EPR三代核電技術建設的大型商用核電站,是中法兩國迄今為止在核能領域的最大合作項目。2008年2月,東方電氣集團與阿爾斯通公司合作獲得了采用法國EPR型第三代核反應堆的廣東臺山核電站常規島設備合同。東方電機為臺山核電站提供首期全部兩臺核能發電機。
回望臺山核電發電機的制造歷程,從定子機座轉入發電機分廠開始裝配制造到第一次試運行,充滿挑戰,歷經艱辛,臺山核電的制造是一條布滿荊棘之路。
從2010年11月22日機座上裝壓工位,定子裝壓工序開始,東方電機選拔包括設計和工藝工程師、項目生產管理以及車間操作工人的精兵強將成立臺山核電裝配專項團隊,多次召開技術研討會,結合其他機組鐵芯裝壓經驗,精心編制工藝技術方案。經過多次工藝樣件試驗,最終確定了該機組的“定子預留熱壓縮量”及“齒軛部松緊控制量”兩項重要的工藝參數,由此完善了鐵芯裝壓工藝流程,順利完成鐵芯裝壓工作;通過在模擬定子上進行近十次槽楔裝打烘焙試驗,獲取打槽楔最理想工藝數據,順利開展定子嵌線工序工作;通過自主設計可靠工裝,選定可靠的保護氣體,精心修配焊縫間隙,最終攻克了定子環形引線裝配的配裝等裝配瓶頸。
尤其令人難忘的是在最為關鍵的核電轉子嵌線裝配工作中,由于轉子的主絕緣———槽襯異?!皨蓺狻?,其對環境的溫度、濕度要求極高。為此專項團隊仔細分析相關技術要求和工藝規程,開動腦筋創新制造方法。為解決了線圈很難放進槽內的技術難題,攻關隊員自主設計出一件專用工裝———嵌線引導塊,在攻克難關的同時還提高了工作效率,該措施得到了外方技術專家的一致好評。為進一步加強對轉子下線凈化間環境的溫度、濕度的控制,增加了轉子裝配凈化間的空調和大型除濕機,增加溫濕度檢測儀,同時操作者每隔一小時記錄一次周圍環境的濕度及溫度,嚴密監控、及時調整,保證了凈化間環境達到工藝要求。
腦子一直想試驗根本睡不著
臺山核電是目前世界上單機容量最大的核能發電機,也是東方電機生產任務的重中之重。為此,東方電機研試中心和產品開發部門挑選技術過硬、經驗豐富的技術人員加入專項團隊針對臺山核電項目做了長達三年的技術準備,在生產制造臺山核能發電機的過程中針對臺山核電定子和轉子在生產制造過程中出現的問題,每天聚在一起進行討論、研究,節假日也都會如期進行。為了解決一個難題,團隊往往提出好幾種方案,然后一個方案一個方案的反復計算分析并且進行實驗,一個實驗往往都要反復驗證試驗與改進,最終選擇一個最佳方案。
2008年加入絕緣研究室的劉偉對反復試驗的那段時間記憶猶新:“一個20幾歲的年輕人,本來應該是12小時睡不醒的,那段時間我一天才睡5、6個小時,腦子一直在想試驗,根本睡不著!”
多個工藝創新成就首臺發電機
在臺山核電機組制造工藝技術上,工藝技術人員借鑒外方經驗,結合公司的裝備狀況、技術及管理水平,對臺山1750兆瓦核能發電機制造技術進行了多項工藝試驗、工藝研究,開發了轉子線圈裝配新工藝、定子線棒制造新工藝、護環裝配新工藝、油密封系統裝配新工藝等一系列創新成果,攻克了裝配關系復雜、加工精度極高的困難,并成功應用于首臺發電機的試制中。
臺山核電機組在制造工藝技術上有許多難點,以臺山轉子裝抽工藝為例:臺山核電機組轉子長近16米,直徑達2.04米,重近280噸,定子長12米,在這種困難的條件下,要實現裝抽轉子的平穩、可靠且不能對定轉子造成任何的損壞,對工藝人員提出了很高的要求,以前的工藝方案和工藝裝備都不再適用,必須創新。為此工藝部成立了專門的工藝專項團隊,收集國內外定轉子裝抽較成功的工藝方法,經過對比,選用了較先進的氣墊式裝抽轉子工藝方法,即用高壓氣體將轉子懸浮起來,不與定子接觸,完成整個轉子插入定子的裝配工藝過程。這種方法雖好,但要實現用高壓氣體將280噸轉子在定子插裝過程中懸浮起來,避免對定子損傷的全新工藝方法,僅憑手中掌握的非常有限的資料,其難度相當大。
攻關成員們抱著華山一條路,必須成功信念,查閱大量資料、經過多次計算分析,多次結構設計評審及三維模擬仿真工藝驗證、工藝裝備試驗驗證,終于攻克一個個技術難題,圓滿完成定轉子裝抽工藝方案及工藝裝備的設計、制造,成功運用氣墊將轉子頂起,完成了臺山轉子的裝抽工作。
油密封系統裝配是另一技術難點。該套油密封裝配過程復雜、繁瑣,傳統交底方式無法形象描述裝配過程。為使操作者能盡快熟悉、掌握其裝配方法,工藝人員利用晚上加班的時間精心制作了臺山核電油密封裝配的三維動畫版給操作者進行演示,操作工人通過對三維動畫的觀摩學習,準確掌握了裝配方法,順利地完成了發電機的總裝。
“以前都是自己看圖紙進行裝配,不但慢,而且遇到精密、復雜裝配時就容易出錯,這次是第一次先通過觀摩三維動畫進行直觀的學習,再理解工藝規范的要求,很快我們就掌握了裝配工藝,順利完成了裝配任務?!币幻僮鞴と苏f。
貫徹四個“凡事”嚴把核電質量 “凡事有章可循,凡事有據可查,凡事有人負責,凡事有人監督?!迸_山核能發電機項目執行以來,東方電機有限公司認真貫徹四個“凡事”,要求按照項目管理的模式,進行過程質量管理,使每個質檢人員清晰的認識到,質量過程控制,是一個質量控制點層次分明、布局合理的過程。
在生產制造臺山和電機過程中,質檢專項團隊不停地嘗試各種方式來完善過程質量控制。例如,針對項目某些部件的特殊要求,采取多種形式,完善質量檢驗及試驗方法,最大限度地發揮質量控制環節的作用;裝配階段對轉子、定子、總裝等重要裝配工序,編制檢查記錄卡,由工藝部門會簽,發電機分廠執行,每序要求操作者或檢查員簽字確認,避免了漏序現象;對NCR單按部件分類管理,對經常出現的同一不符合現象,歸納分析,主動反饋信息,及時解決生產難點等等。
質檢員戴春鴻回憶說:“印象比較深的是臺山核電機型式試驗計劃的高效執行。質檢部大試站專門編制了多達30個型式試驗程序,所有試驗程序經多次評審。同時專門成立了臺山1750兆瓦總裝及型式試驗組織機構,對臺山1750兆瓦總裝及型式試驗分工落實到具體試驗人員,并且對每個試驗項目,都做出較為準確的時間安排,尤其是臺山機組額定氫壓高達0.6MPa6兆帕,在所有東方電機廠內型式試驗中最高,危險系數大,我們通過多次安全應急預演,確保緊急情況出現時每個參試人員能各司其職,最終確保型式試驗順利進行?!?
據了解,東方電機已經獲得國內核電市場近半壁江山,分別與中廣核、中核、中電投和國家核電簽訂了二代半、三代等6種機型的核電發電機供貨合同。目前東方電機已擁有二代半CPR1000壓水堆1150兆瓦核能汽輪發電機、第三代EPR壓水堆1750兆瓦核能發電機、AP1000壓水堆1250兆瓦核能發電機制造技術,并正在自主研制CAP1400、ACP1000、模塊式小堆ACP100壓水堆核能發電機技術,擁有齊全的二代半和三代核能發電機產品。特別是2012年11月簽訂的國家重大專項———國核壓水堆示范工程常規島TG包設備研制采購合同,意味著東方電機將擔負起為我國第一座具有獨立自主知識產權的第三代壓水堆示范電站裝備兩臺1400兆瓦級大型核能發電機設備的光榮使命。目前,東方電機已產出核能發電機14臺,總容量約為15790兆瓦,成為目前國內產出核能發電機臺數最多的電機制造企業。
臺山核電站一期工程兩臺機組建成后,年上網電量約260億千瓦時,每年可節約電煤消耗1050萬噸,減少溫室氣體排放約2275萬噸。

東方電機生產制造的臺山1750兆瓦核電定子基座在吊運轉序。 (許華 攝)
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