简介

        院士口述故事是通过院士口述、组织访谈、史料编纂等方式,以挖掘整理广大院士在科研生涯中亲身经历的中国科技界的重要事件、所承担的重大创新成果以及为国家科技事业作出的贡献为重点,以“小故事”的呈现方式,通过多媒体相结合的传播形式,面向公众传播,弘扬科学精神,展示科学家风范,扩大中国科学院和学部的社会影响。

汪耕:我参与双水内冷汽轮发电机研制的经历


2005年3月,秦山核电站换料期间,汪耕赴现场指导310兆瓦双水内冷汽轮发电机组的维修工作

(图片来源:中国科学院院士文库)

1955年,我担任汽轮发电机主任设计师。当时,全球汽轮发电机绕组的内冷技术正处于快速发展阶段,发电机单机容量从原来的10万~15万千瓦提升至20万~30万千瓦,并持续向更大容量发展,有力推动了各国发电能力的快速增长。这一发展趋势引起了我的浓厚兴趣。英国茂伟公司于1956年试制成功定子水冷发电机,并在相关文章中提及转子采用水内冷的设想,但也指出其中存在较大困难。

19582月,我随同一机部系列电机考察团赴苏联考察访问,团长为时任上海电机厂厂长的肖卡同志。在列宁格勒“电力”工厂访问期间,我们通过在该厂实习的中国学生了解到,该厂刚刚完成一套6000千瓦定、转子均采用水内冷的汽轮发电机设计图纸(后改为3000千瓦)。苏方未向我们透露该发电机的具体设计细节,仅表示“试制转子水内冷需克服诸多难题”。由于外事纪律限制,我们未再深入询问。

1958年,全国提出“钢铁产量翻一番的口号。炼钢需要电力,而钢铁产出后制造机械设备同样离不开电力。我们了解到,主要工业国家每生产一万吨钢,约需配套一万千瓦的发电装机容量。若我国钢铁产量翻番,发电机装机容量也需相应增长。然而,当时我国转子、护环等关键锻件均依赖进口,厂房条件也十分有限,困难重重。厂部因此要求我们设法利用现有材料实现容量翻番。同年5月,我从苏联考察归来后得知,浙江大学一位老师曾于4月来厂建议试制汽轮发电机水内冷转子。起初,该建议仅局限于对水内冷转子进行研究,并非直接研制整机,因担心损坏宝贵转子而引起较大争议。我在厂内撰写考察报告期间,浙江大学再次提出相关建议。此时肖卡已任上海市委候补委员,将此事提交市委讨论。19587月初,市委批准我厂采纳浙江大学建议,利用一根6000千瓦发电机转子锻件,着手设计试制1.2万千瓦水内冷发电机转子。随后进一步决定试制整台1.2万千瓦定、转子绕组均采用水内冷的汽轮发电机,即后来所称的“双水内冷汽轮发电机”。首台双水内冷汽轮发电机便是在国内工农业对电力迫切需求以及浙江大学老师推动的背景下启动研制的。

19587月初,我正在中小型电机研究室工作,突然接到厂部通知,调我回设计科,在总工程师孟庆元博士的指导下,担任新成立的水内冷转子发电机设计科研试验小组组长。设计小组仅三人,包括我、陈同济和张清烈。浙江大学老师与我们讨论转子水路示意图后便返校了。

国家科委副主任刘西尧从北京获悉我们试制水内冷转子发电机的计划后,专程到上海,在锦江饭店召集孟庆元总工程师、浙江大学电机系郑光华老师和我,希望上海电机厂能在一个月内完成1.2万千瓦汽轮发电机内冷转子的设计与试制。他言辞恳切,但这一要求给我们带来巨大压力。当晚,孟庆元总工程师即召集相关领导干部、技术人员和工人,全面启动设计试制“三结合”会战。车间主任周明辉也发挥了重要作用,我们协同组织多个攻关小组,分解任务。另有6名浙江大学和10名西安交通大学在厂实习生参与此项工作。

实际上,水内冷转子关键结构的设计方案不仅依靠设计人员,更得益于众多技术人员和工人日夜不停地思索,提出多种方案,经讨论筛选后,由设计人员绘图,再制造实物模型进行试验。大家每日讨论,分部件制定方案,安排绘图。最初试验通水模型时,发现水难以通入——水从静止部分流向旋转部分时,若密封过紧易发热,过松则水会泄漏。一位负责转子下线的老师傅(工段长)坦言:“说中国人不比外国人笨是对的,但外国人也不比中国人笨呀!外国工业基础那么好,尚未试制成功转子水内冷汽轮发电机,必定存在难以克服的困难。”的确,此前二十年国际上尝试水冷转子的努力,多因水量不足而失败。但我们认为,天地广阔,前人未必穷尽所有可能,且技术总是不断向前发展的。上海电机厂党委书记胡沛然来自江南造船厂,他建议我们前往水泵厂、造船厂学习。我组织大家前去参观,结合自身失败经验,很快有所领悟:不必将关键部位完全密封,允许少量水滴渗出,问题便得以解决。这一突破对整个试制小组乃至全厂士气鼓舞极大,原本看似无解的局面豁然开朗,增强了我们攻克后续难题的信心。

当时还面临诸多挑战,如水接头密封问题。转子高速旋转时,连接部位易发生位移导致漏水。水流经多个环节,每个连接点都必须确保不漏。此外,我们担心实际机组与浙江大学模型存在差异,因模型规模小,而汽轮发电机运行阻力大,能否达到所需水量存疑。一次开机试车中,转速达1500分时出现漏水。当时厂内《电机工人报》在未通知我们的情况下,抢先报道水内冷转子初步旋转成功的消息。有同志看到报道后批评我们吹牛,因机组仍在漏水。我们未作争辩,漏水当然不算成功,但我心中有数:漏水问题可逐步解决,最大顾虑是水量不足,若水无法通入,则前功尽弃。19587月初,在广大技术人员、工人和干部的共同努力下,世界上首台1.2万千瓦3000分双水内冷汽轮发电机启动科研设计,同年10月试制完成,在厂内总装试验取得初步成功,仅用时一百天。当时许多人嗓子沙哑,但无人感到疲惫或气馁。时隔半个世纪,这段经历依然令人难忘。

汪耕(中)与同事讨论600兆瓦汽轮发电机科研用有机玻璃模型(比例1:10)问题

(图片来源:中国科学院院士文库)

我们的成果问世后,国家科委高度重视,专门为双水内冷发电机召开全国性会议进行讨论。许多单位也鼎力相助,如首台机组定子使用的聚乙烯管不耐高温,后在杭州会议上确定由上海塑料研究所研制聚四氟乙烯管,其寿命极大延长。电力部门等多个单位也开展了大量配套研究工作。因此,双水内冷汽轮发电机的成功研制不能仅归功于上海电机厂,更不是我汪耕一人之功。

首台1.2万千瓦双水内冷汽轮发电机于195812月在上海南市电厂投运,持续正常运行34年,直至19938月因机组容量小、煤耗高而退役。据悉,机组拆除后被浙江某企业购回继续发电,具体去向我一直未及查证。

谈及双水内冷汽轮发电机的创新点,说实话当时我们缺乏充分理论指导,主要依靠水路设计的突破。我们采用自水泵结构,利用转子自身旋转泵水,而非依赖外部高压水泵,若从外部加压,将面临更大技术困难。195812月,苏联“电力”工厂召开大型汽轮发电机和水轮发电机冷却会议,专题讨论大电机冷却技术。因我们已取得成果,苏方获悉后邀请我方参会。机电部派我和哈尔滨的吴天霖副总工程师出席会议。吴天霖工程师在大会上宣布,我国已利用6000千瓦转轴成功试制出1.2万千瓦3000分双水内冷汽轮发电机,并在厂内总装试验中取得初步成功。这一宣布引起与会代表极大惊讶与兴趣,甚至有人怀疑翻译有误(因俄语“水”和“氢”发音相近)。首次访苏时,苏方未与我们交流;此次我们带着成果参会,在“电力”工厂实习的中国学生倍感自豪。苏联电气工程学会会长、科学院通讯院士阿列克赛特向我们表示祝贺,并邀请吴天霖与我参观其学院。苏方将我国成功试制双水内冷汽轮发电机一事列入会议文集和纪要,这是国外首次记载我国率先实现此项技术突破。

节选自上海党史与党建.2009,(09):27-28

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