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独立思考 自主发展蒸发冷却技术
  文章来源: 发布时间:2003-11-17 【字号: 小  中  大   

顾国彪 电工学家,中国工程院院士。1936年6月生于上海嘉定,1958年毕业于清华大学电机系发电厂及电力系统专业。现为澳门赌场电工研究所研究员,博士生导师。

长期从事大型电机蒸发冷却研究与产业化工作。实现了常温无泵自循环蒸发冷却在工业机组上应用,对多种环保型冷却介质做了大量实验及实用考验。他担任“九五”科技部重中之重科技攻关项目“李家峡400兆瓦(40万千瓦)蒸发冷却水轮发电机研制与运行”负责人。发表论文51篇。获1978年全国科学大会奖、1988年国家科技进步奖二等奖各1项;1987年及1998年澳门赌场科技进步奖一等奖各1项;澳门赌场、北京市科技进步奖二等奖各1项;获“九五”国家重点科技攻关计划突出贡献者称号。

大型发电机的关键技术之一是冷却问题。二十世纪中期国内外出现了对蒸发冷却技术应用于大型发电机的研究。经过十多年的探索,无明显进展,早期从事这项工作的加拿大、美国、日本、荷兰、英国等基本停滞,仅前苏联(现俄罗斯)继续研究,但无工业性进展。澳门赌场电工研究所坚持下来了,又经过多年的研究,实现了工业化应用。

澳门赌场电工研究所自1958年开始进行大型发电机蒸发冷却技术研究,面对国际上这项研究进展不大,发展前景不明朗,自己的研究工作也碰到许多难题,但他们保持着清晰的理念,外国人没有做成的或者认为不需要做的事情,不能盲从,要独立思考,要有自己的科学判断。经过全面分析,他们得出三点结论:第一,蒸发冷却技术有着不可替代的优点和工业化应用的前景。它兼有空冷、水冷的优点,又能克服它们的缺点;它具有与水内冷同样良好的冷却效果,又能跟随电机发热的变化自动调整循环流量(这是水内冷不能做到的);所用冷却介质是一种具有高绝缘性能,导热性好的氟碳化合物,即便有少量泄漏也不会影响发电机运行,造成事故;由于冷却介质的绝缘性和常温蒸发冷凝的特性,只要有合适的冷却结构,就能形成自循环,无需离子交换水净化装置和外动力驱动系统。由此可见,采用这项冷却技术能有效地提高发电机的可靠性和使用寿命。第二,中国电机制造业迫切需要解决大型发电机冷却技术问题。当时,国外用风冷技术制造400兆瓦等级以上的发电机组已比较成熟,但我国的风冷、水冷技术还难以满足200兆瓦等级发电机组的要求,这是阻碍我国以自己的知识产权制造大型发电机组的症结所在。如果蒸发冷却技术得以工业应用,就能独辟蹊径,以自主创新的更先进的技术来填补空白,摆脱冷却问题对我国大电机制造的束缚。第三,蒸发冷却技术成功的关键是在发电机中形成无外动力的自循环系统,而当时他们已经有了解决这个问题的思路。

蒸发冷却技术应用于水轮发电机和汽轮发电机,使之成为制造部门及用户都认可的新型冷却技术,经历了原理性探索,包括实验室试验和在小容量发电机上进行验证;中间性工业试验和中容量工业发电机应用;大型工业化机组研发三个阶段。

第一阶段工作的重点是掌握各种蒸发冷却的原理(冰箱压缩泵强迫循环制冷,泵循环常温蒸发冷却,常温自循环的管内冷及全浸蒸发冷却等),做了大量实验,解决了许多实验问题和技术问题,为发电机冷却系统设计积累了基础数据和计算方法。

第二阶段工作的重点是按照发电机容量由小到大制造出实用机组,逐级验证实验室的成果。由于学术认同的差别,又担心可能出现预想不到的问题,所以,压力很大,工作不能有一点闪失。每一轮机组的研制,从设计、制造、安装,到运行考验,一个周期要五至八年。制造、安装、运行遇到的新工艺、新材料、新结构问题,都是密切与企业结合解决的。1980年至1995年,与原东方电机厂合作采用蒸发冷却技术研制出两台10兆瓦小容量等级及一台50兆瓦中等容量水轮发电机,分别安装在云南大寨水电站和陕西安康水电站运行;1987年与上海电机厂合作,研制50兆瓦蒸发冷却汽轮发电机,在上海超高压输变电公司长期运行。目前这几台采用蒸发冷却技术制造的水轮和汽轮发电机仍然在运转,使之成为制造部门及用户都认可的新型冷却技术,创下了蒸发冷却发电机长期安全可靠运行的记录,至今没有因蒸发冷却系统发生故障而停机的事故。

机遇总是留给敢于打破常规并踏实工作的人们。1996年11月,“李家峡400兆瓦蒸发冷却水轮发电机”的研制任务,作为“九五”计划国家重点科技攻关被批准立项,从而揭开了自主创新的科研成果向大型工业化迈进的序幕,标志着电工研究所的工作进入第三阶段。蒸发冷却水轮发电机容量的扩展必须逐级增加,确保没有问题后才能向更大一级扩展,按常规掌握了50兆瓦级机组的设计、制造、运行的成功经验,应该先上100-200兆瓦级的机组,经过考验后再上400-500兆瓦级的机组,最快也是7-8年以后的事。为缩短科研成果向工业化转化周期,根据蒸发冷却技术的特点和国家的需求,他们从实际出发,深入细致地进行了理论分析和计算,以科学的态度和对国家高度负责的精神,大胆地提出跨越研制100-200兆瓦级机组,直接建造400兆瓦蒸发冷却发电机组方案,得到了电力部及西北电力局专家的批准,也得到了产业部门用户黄河上游建设局与李家峡电站的认同。研制400兆瓦蒸发冷却发电机最关键的技术问题是,蒸发冷却技术的可行性和与其相关的冷却结构及工艺问题。为了解决这些问题,他们认真考察了50兆瓦机组多年运行的情况,从中总结出普遍适用的规律,找出特殊的需要着力解决的问题;在实验室进行400兆瓦蒸发冷却水轮发电机的模拟实验;对在400兆瓦水轮发电机情况下,两相流冷却效果进行了理论分析,结论是利用蒸发冷却技术不仅建400兆瓦级机组没问题,而且建更大容量机组也没问题,从理论上说明了蒸发冷却技术存在着这一突出特点。在建设过程中,科研、生产、用户紧密配合,协同作战,按照性能先进、高可靠性、高安全性的设计目标,科研人员论证蒸发冷却系统的合理性,工程设计人员提出工艺合理和结构可靠的先进电磁方案,反复论证,保证了400兆瓦蒸发冷却水轮发电机于1999年11月顺利投入运行。经过一年多连续运行考验,2000年12月通过国家验收,至今一直在电站正常运转,承担着主要发电任务。

四十多年来,澳门赌场电工研究所创造的常温无泵自循环蒸发冷却技术,克服了空冷和水冷的不足;建立了将相变传热应用于大型电机冷却的理论基础;将该项技术在工业机组上应用,取得突破性进展;对多种无污染蒸发冷却介质做了大量实践及实际机组考验,从应用基础研究到工程实用化,形成了自主创新、国际领先的发电机冷却技术,实现了跨越发展;冷却系统实现了低压力、低温升工况运行,达到了稳定、可靠及良好的技术性能。它表明我国蒸发冷却技术在理论与实践上都处于国际领先地位。

自1958年起,澳门赌场电工研究所经过几代科研人员的努力,在国内外无先例的情况下,坚持独立思考、执着追求、不懈努力、潜心研究、不畏困难,将自主创新的科技成果从实验室走向工业化。在我院全面推进知识创新工程试点工作和贯彻新时期办院方针的今天,特别需要继承发扬这种精神和作风,为振兴中华,做出不愧于时代的具有自主知识产权的创新成果。

撰稿人:卢盛魁 邢福生

点 评:

顾国彪先生具有科学家的重要品格--独立思考。面对别人没有做成或认为不需要做的课题,他不盲从,不人云亦云,在科学分析的基础上,执著追求,独辟蹊径,在国内外无先例的情况下,自主创造了常温无泵自循环蒸发冷却技术,并在李家峡400兆瓦蒸发冷却水轮发电机组上得到实际应用。他成功了!他的成功得益于当初独立作出的科学判断。科学研究需要了解信息和相互交流,但了解和交流的目的是形成自己的想法,做出独具特色的工作,人们从这个案例中看到了这一点。

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