三峡工程为世界水利水电技术和有关科技的发展作出有益的贡献
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三峡工程为世界水利水电技术和有关科技的发展作出有益的贡献




  三峡工程是中国,也是世界上最大的水利枢纽工程,是治理和开发长江的关键性骨干工程。它具有防洪、发电、航运等综合效益。2009年8月29日,三峡三期枢纽工程最后一次验收通过,正常蓄水达到175米水位。由此标志着三峡枢纽工程建设任务已按先期计划全部完成(除升船机续建项目外),三峡工程由初期运行期转入正常运行阶段,全面发挥防洪、发电和通航等综合作用。三峡工程在工程规模、科学技术和综合利用效益等许多方面都堪为世界级工程的前列,不仅将为我国带来巨大的经济效益,还将为世界水利水电技术和有关科技的发展作出有益的贡献。

  围绕三峡工程的整个建设周期,机械科学研究总院(以下简称“机械总院”)充分发挥了多专业技术和服务优势,在重要工程承包、关键设备与材料研发、工程可靠性与质量评估等多方面持续发挥了重要作用,主要提供了以下技术与服务:

  一、在重要工程承包服务方面,机械总院为三峡工程提供了大坝泄洪闸门和电站闸门启闭机电气控制系统设计与制造工程。机械总院北京机械工业自动化研究所凭借数十年工业自动化技术与应用研究开发经验和实力,结合水利、电力、环保等工程的特点和技术要求,将先进的工业自动化控制与监控技术应用于该工程。

  大坝泄洪闸门是三峡工程防洪的关键设备,整个47座泄洪闸门全部采用液压启闭机驱动。针对液压启闭机电气控制系统开展了功能完备的网络控制系统包括泄洪闸门手动控制、就地控制、远程控制和集中监控的研制。从1999年12月至2003年5月,在3年多的时间里,技术人员在项目设计、制造、检验验收、现场安装调试、技术培训、售后服务的各个阶段,严格按照产品开发和生产要求,注重各个环节的质量控制,随时与三峡工程及协作方沟通,并接受监造人员的监督,从而保证了每批产品的一次交付成功。2003年5月最后一道深孔闸门完成调试并通过验收,至此整个泄洪坝段47台套的电控设备顺利交付三峡工程电厂管理。实现了设备的连锁保护、声光报警、故障自诊断,确保了大坝泄洪闸门和电站闸门运行可靠,万无一失。

  该工程自交付使用以来,在大坝内经历了夏季的高温潮湿、工程建设阶段的大量粉尘等恶劣环境考验,体现出了良好的质量品质,全部装置运行可靠无故障,顺利保障了长江大江截流以及库区安全蓄水,得到了三峡工程领导高度认可,并被三峡建设委员会认定为精品装备。

  二、在关键设备与材料研发服务方面,机械总院为三峡工程提供了“大型水轮机电渣熔铸导叶关键技术研究及产品开发”、“三峡水轮机转轮、导叶焊接制造工艺研究及焊接材料开发”及“三峡工程重要结构、关键设备表面防护技术研究及材料开发”技术与服务,分别介绍如下。

  1.“大型水轮机电渣熔铸导叶关键技术研究及产品开发”

  三峡电站700MW水轮发电机组是当时世界上单机容量最大的机组之一。活动导叶是水轮发电机组导水机构的重要过流部件,它起着导向、调节、及关闭机器的重要作用。三峡水轮机活动导叶粗加工重量近12t,长度尺寸近6m,对铸件的质量要求很高,按照欧共体CCH70-3或美国ASTMA609Ⅱ-Ⅲ级无损检测超声探伤标准来检验铸件的内在冶金质量。若采用传统砂型铸造工艺来生产,由于砂型铸造工艺本身的局限性,使得导叶铸件的内部质量不稳定,极易于产生疏松、缩孔、夹杂等铸造缺陷,难于满足各项性能指标的要求。因此,三峡电站水轮机活动导叶制造成为水轮机组制造过程中的一大难题。

  为解决这个难题,机械总院沈阳铸造研究所采用电渣熔铸技术,投入了大量的人力、物力及财力,对电渣熔铸导叶的设备制造、工艺、工装等关键技术进行了重点攻关,把电渣重熔精炼与铸件凝固成型两道工序结合,攻克了电渣熔铸大型水轮机导叶的材料、工艺工装及设备等方面的关键技术。

  2000年8月,电渣熔铸三峡水轮机导叶试制成功,并经检测各项性能指标完全达到了定货要求。从2000年10月至今,机械总院沈阳铸造研究所先后为东方电机股份有限公司、哈尔滨电机股份有限公司、阿尔斯通水电股份有限公司生产15台份活动导叶及2台份活动导叶组焊部件,三峡电站活动导叶生产情况如下表所示。

  三峡电站活动导叶生产情况

  序号部件名称材质机组台份订货单位备注

  1活动导叶ZG0Cr13Ni4Mo1东方电机股份有限公司左岸机组

  2 活动导叶3哈尔滨电机有限责任公司

  3活动导叶组焊部件(410/411)2天津阿尔斯通水电设备有限公司

  4活动导叶ZG06Cr13Ni5Mo2东方电机股份有限公司右岸机组

  5活动导叶ZG0Cr13Ni4Mo4哈尔滨电机有限责任公司

  6活动导叶ZG0Cr13Ni4Mo2天津阿尔斯通水电设备有限公司地下机组

  7 活动导叶1东方电机股份有限公司

  8 活动导叶2法国阿尔斯通水电设备有限公司

  机械总院沈阳铸造研究所采用电渣熔铸技术生产的大型水轮机导叶铸件属国际首创,并达到了国际领先水平,同时其产品造价降低30%,寿命提高了30%,改变了我国此类高端部件依赖进口的局面。该项技术荣获2006年中国机械工业科学技术一等奖,2007年获得国家科学技术进步二等奖。

  2.三峡水轮机转轮、导叶焊接制造工艺研究及焊接材料开发

  水轮机组主要由引水管、座环、蜗壳、导水机构、转轮、主轴、下机架、顶盖、转子支架、定子铁芯、定子线圈、尾水管等部件组成。其单台机组重约7000吨,为世界之最。转轮是水轮发电机组的心脏,由上冠、下环、叶片、泄水锥等部分组成;其质量、性能直接影响到发电机组的安全、稳定和效率。三峡水轮机导水机构由底环、顶盖、24片导叶、控制环及导叶操作机构等大小千余个零件组成,总重近千吨。其中24片导叶每片长约3米,重达11吨。三峡马氏体不锈钢拼焊转轮及导叶无论是重量、直径、截面厚度、焊缝长度都是世界之最,其焊接材料要求之高,焊接质量控制之严,焊接制造难度之大都是空前的。

  自“九五”以来,机械总院哈尔滨焊接研究所围绕水轮发电机组关键技术开展了大量基础研究和新工艺、新材料开发。先后承担了““超厚截马氏体不锈钢焊接行为和焊接材料匹配规律研究”、“三峡水轮机焊接材料及工艺研究”,针对三峡水轮机焊接制造技术进行了大量、系统的试验研究工作,开发出焊条、气体保护焊丝、埋弧焊丝、焊剂等焊接材以及配套的焊接工艺和热处理工艺,焊接材料的焊接工艺性良好,性能指标达到国外同类产品水平,为三峡水轮机焊接制造奠定了良好技术基础。其中“水轮机转轮制造工艺模拟及质量控制研究”项目获国家科技进步二等奖。

  进入21世纪,三峡机组制造进入实施阶段。机械总院哈尔滨焊接研究所为促进科研成果转化,保证国家重大工程和重要产品所需焊接材料的质量,建设了实心焊丝生产基地。该基地拥有冶炼、电渣重熔、锻造、轧钢、拉丝、热处理等成套实心焊丝生产设备,为生产三峡转轮、导叶所需焊接材料创造了条件。

  截止目前,采用机械总院哈尔滨焊接研究所提供的焊接材料,焊接了三峡左岸、右岸、以及地下转轮共9台,导叶21台套。共用马氏体不锈钢焊接材料600余吨(包括气体保护实心焊丝、埋弧焊丝、配套焊剂),代替了大量进口焊接材料。在三峡转轮、导叶焊接制造中,机械总院哈尔滨焊接研究所是唯一提供国产焊接材料的供货单位。国产焊接材料能够在三峡转轮焊接生产中成功应用,标志着我国水轮机转轮焊接制造已达到国际先进水平,也实现了三峡转轮制造的全面国产化奠定了基础。

  3.三峡工程重要结构、关键设备表面防护技术研究及材料开发

  机械总院武汉材料保护研究所作为国内最早从事表面保护、腐蚀科学和摩擦学技术研究与开发而面向全国的综合性研究所,在三峡工程建设中充分发挥了多年来在电沉积、化学沉积、转化膜、涂料涂装、封存防锈、热喷涂(焊)、化学热处理、激光表面合金化、气相沉积、表面处理工艺设备、腐蚀与防护工程、环境腐蚀及表面工程摩擦学等众多学科领域的基础研究技术积累、新工艺新材料开发和工程施工经验,围绕三峡百年工程建设需要,在三峡工程重要结构、关键设备等多方面开展了表面防护新技术研究、新材料开发及工艺施工等服务。主要包括:

  (1)围绕三峡工程二期20多万吨金属钢结构,进行了其防护技术、防护材料、防护工艺的开发设计,并为防护施工中质量监控提供了大量数据,在三峡工程建设中确保金属结构可靠性及长寿命发挥了积极作用。

  (2)针对大坝永久船闸6万根钢筋形成的锚缆、锚杆防护进行了大量的实验室模拟试验基础研究及钢筋保护层体系开发、服役寿命预测评估系列服务,使三峡永久船闸的运行得到保障。

  (3)针对三峡电厂排砂孔钢衬管和工作门槽的严重腐蚀现象,及时进行了机理分析研究,并基于新型功能材料及焊接工艺提出了完整可靠的修复方案。

  (4)针对三峡大坝坝面保护工程,进行了系列保护材料、保护工艺及性能研究,并根据试验所得结果,进行了分析与评估,为三峡大坝混凝土表面的长效防护,提供了数据支撑和对材料的正确评价方法,在坝面防护工程的招标中具备了对材料要求的科学依据。

  三、在工程可靠性与质量评估方面,机械总院为三峡工程提供了三峡升船机寿命与可靠性综合设计分析技术研究。机械总院是原机械部可靠性归口单位,负责机械产品的可靠性考核和管理工作,在制定机械安全标准和配合国家开展的机械产品安全认证方面作了大量工作,拥有一批多年从事可靠性研究的中高级人才队伍,为我国机械行业,尤其是重型机械装备行业安全性、可靠性研究作出了突出贡献。机械总院针对齿轮齿条爬升式升船机主体结构的驱动机构和安全保障系统,包括:驱动系统、同步系统、安全机构、对接锁定机构、横纵导向、液压系统等的故障分析、材料选择、强度校核等方面开展了系统的安全与可靠性研究,为目前世界上规模最大、技术难度最高的三峡升船机所采用总体方案的可靠性、运行的适用性进行了可靠性与质量评估。

  总之,机械总院在三峡工程的整个建设周期,发挥了多专业技术和服务的优势,为三峡工程建设作出了积极贡献。

  历经几代人的不懈努力,机械总院已经形成了“机械装备技术研究与服务”和“相关设备制造”两大主业。在22个方向取得科研成果及专利7000多项。其成果已广泛应用于机械制造、航空航天、能源交通、信息产业、环境保护等多个领域。结合标准化、质量检测、质量认证和管理咨询等技术服务工作,机械总院愿意并且能够为客户提供从技术到管理的全面解决方案。伴随着中国制造大国向制造强国的转变,机械总院将打造成为引领中国装备制造技术的科技企业集团。来源机械科学研究总院)

(来源:证券时报

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