“要將40%以上的長江水資源調動起來，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’的關鍵，就是研制可靠、穩(wěn)定、高效的水輪發(fā)電機組。”張?zhí)禊i說，建造這100萬千瓦發(fā)電機是場鏖戰(zhàn)，不過他慶幸自己能參與其中。

為發(fā)熱的水輪發(fā)電機降溫

百萬千瓦，不僅意味著大容量、大尺寸，也意味著發(fā)電機會產生更多的熱量。

張?zhí)禊i表示，白鶴灘水電站的空氣冷卻式機組，如果無法將過剩的熱量快速排出，就會影響機組安全穩(wěn)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，降溫有什么難的，增加風量不就可以了?難就難在，冷卻風量在很大程度上，與發(fā)電機效率呈反比，風量過大就會影響發(fā)電效率。要想解決發(fā)電機的散熱問題，還得從冷卻技術入手。張?zhí)禊i和團隊經過分析論證后發(fā)現，即使不惜成本對傳統(tǒng)的定轉子冷卻結構進行改造，也很難達到要求。

隨后，張?zhí)禊i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，他們經過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，并將其成功應用在白鶴灘項目上。

張?zhí)禊i介紹，團隊在磁極銅排上開設內通風孔，并新增內部冷卻區(qū)，在大幅增加磁極繞組的散熱面積、縮短傳熱路徑的同時，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年開始，張?zhí)禊i帶領團隊提交了上百個設計方案、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，經過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，順帶斬獲了相關國家發(fā)明專利。

“與當前70到80萬千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(tǒng)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?zhí)禊i說。

就當團隊上下以為可以松一口氣了，又一道難題迎面“走”來。針對白鶴灘發(fā)電機設計方案的分析報告給了張?zhí)禊i團隊一個警告：如果轉子圓度控制不好，機組可能會出現低頻振動這一“天生缺陷”，會極大降低發(fā)電機機組的運行質量。而轉子圓度控制的關鍵，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毫米以內。

“不要小看這個尺寸，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?zhí)禊i說，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(guī)定值，東方電機現場服務團隊通過動態(tài)監(jiān)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(jiān)測結果出來前，張?zhí)禊i內心十分忐忑。最終，一組喜人的數據被公布出來：磁軛圓柱度偏差為0.36毫米、偏心值0.02毫米。張?zhí)禊i懸著的心，終于可以放下。

“從2006年開始，我們團隊就開始了白鶴灘百萬千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個技術領域進行了專項科研攻關，形成了一系列具有自主知識產權的核心技術。可以說，水電裝備的核心技術已牢牢掌握在我們自己手中。”張?zhí)禊i說。