我国汽轮机行业的发展与展望
张素心1,杨其国2,王为民3
(1.上海汽轮机有限公司,上海200240;2.哈尔滨汽轮机厂责任有限公司,哈尔滨150046;
3.东方汽轮机厂,四川德阳618201)
摘要:介绍了我国汽轮机制造业50年的发展历史以及世界汽轮机业产品和技术的发展状况,论述了我国汽轮机行业的发展方向和进入/WTO0后的对策。
关键词:汽轮机;产品发展;设计
中图分类号:TK261文献标识码:A文章编号:1671-0851(2003)01-0001-05 Development and Prospects of Steam Turbine in China
Z HANG Shu-xing,Y ANG Qi-guo,WANG Wei-ming
(1.Sh an gh ai Turb ine Co.Ltd.,Sh an ghai200240,Chin a;2.H arbin Turbine Co.Ltd.,Harb in150046,China;
3.Dongfang Steam Turb ine Works,Deyang S ichuan618201,Ch ina)
Abstract:This paper describes the development history of China.s turbine manufacture industry about50years and introduces the status and progress of the products and technology in the world.s turbine industry,and also states the developmen t orientation in the future and the countermeasure after entering/WTO0for China.s turbine industry.
Key words:turbine;p roduct development;design
0前言
电力工业是整个国民经济的基础和支柱产业。到2001年底为止,我国发电设备的总装机容量已达到3.366亿千瓦,总发电量为14780亿度,其中火电2.46亿千瓦,占总容量的74.5%。我国制造业为电力工业的发展做出了重大贡献,目前在火电设备中国产机组占80%左右。从1996年起我国的总装机及总发电量均已列居世界第二位,但人均装机及电量水平仍相当落后,仅为国际最低标准的75%,世界平均的40%,欧美发达国家的1/15。即使今后每年按至少5%的增长速度,预计到2010年,我国的总装机容量达到5亿千瓦后,也才达到国际人年均1500kW#h的最低标准。这种状况表明:我国电力工业还有巨大的市场需求,我国发电设备制造业将继续为电力工业的发展做出应有的贡献。
作为生产发电设备主机之一的汽轮机制造业,自1953年中国第一家汽轮机制造厂成立,1955年研制我国首台单机容量6MW的中压机组以来,经历了自力更生,改革开放,引进技术,国际合作的不同发展阶段,先后开发了较为完整的各种参数,各种功率等级的火电、核电、工业汽轮机产品系列。我国汽轮机产品的技术性能,成套能力,整体质量已达到和接近国际同类产品的先进水平。目前汽轮机产量占世界的1/4,年生产能力超过1500万千瓦,基本能满足国民经济和电力工业的需求。
随着国民经济的进一步高速增长及西部大开发、西电东送政策的实施给我国汽轮机制造业带来了巨大的市场和发展机遇,与此同时,中国入世,关税壁垒的解除,将使中国汽轮机制造业直接面临国际市场的挑战。我们在总结回顾过去的同时,要认清国内外本行业的现状和发展趋势,展望未来,找出差距,制定对策,为开创我国动力工业新的历史篇章做出更大的努力。
1我国汽轮机制造业的发展状况
1.1我国汽轮机制造业发展历史的回顾
作为一个与高新技术紧密相关的重大装备制造业,汽轮机行业的发展是国家技术进步和经济发展的写照,回顾我国汽轮机制造业的发展历程,可概括为几个不同特点的发展阶段:
(1)1953年至1980年的创业,自力更生发展阶段
这个阶段是我国汽轮机制造业创业发展的阶段:1953年在上海成立了我国第一家汽轮机制造厂后,作为50年代及60年代五年计划的国家重点项目,又分别建立了哈尔滨汽轮机厂,北京重型电机厂及东方汽轮机厂,与此同时还先后在
收稿日期:2002-08-20
作者简介:张素心(1964-),男,上海汽轮机有限公司总工程师,现担任总裁。杨其国,男,哈尔滨汽轮机厂责任有限公司总工程师。王为民,男,东方汽轮机厂总工程师,副厂长。
本文为第十二届汽轮机行业总工程师工作研讨会暨透平专委会交流论文。
南京、武汉、杭州、青岛等地建立了不同规模的8个汽轮机制造厂,在全国形成了较为完整的汽轮机制造体系。全行业广大职工发扬自力更生,奋发图强的精神为国民经济的发展提供了较为完整的产品系列,其主要有:
¹从1955年我国第一台中压6MW汽轮机开始到1960年迅速完成了3MW以下、3MW、6MW、12MW、25MW、50MW、100MW功率等级汽轮机的开发。60年代后期,又将参数提高到超高压及亚临界,先后自行开发了三种大功率的中间再热机型:
1969年第一台超高压中间再热125MW汽轮机正式投运,至今已生产超过200台。
1974年第一台亚临界中间再热300MW汽轮机正式投运,至1993年总计生产29台。
1975年第一台超高压中间再热200MW汽轮机出厂,至今已生产近200台。
这些机组填补了我国汽轮机产品的空白,长期以来是我国电力工业的主力机型。
º建立了较为齐全的,抽汽压力在0.118MPa~4.4MPa 范围内的单抽汽或双抽汽供热、背压、抽背式6MW~50MW 汽轮机产品系列,同时自行开发了6MW~12MW驱动水泵、风机的工业汽轮机,满足了冶金、化工、船舶工业的需求。
»各企业建立了相应的产品研究机构,如空动试验台、材料试验室、疲劳试验台、振动试验台、自控试验室等。原一机部又成立了全国汽轮机行业的研发中心:汽轮机锅炉研究所,形成了中国汽轮机技术研究发展的基本框架,奠定了我国开发自主汽轮机产品的技术基础。
(2)大功率亚临界参数汽轮机技术的引进发展阶段
随着改革开放以及国民经济的飞速发展,从1980年起就面向世界,采取各种方式引进了国外先进大功率、高性能产品的汽轮机制造技术。通过吸收国外先进技术使我们的研究、设计、工艺,质保体系的技术水平上了一个台阶。这个阶段的实践是我国改革开放以来,在大型工程设备制造和成套领域,建立自主的具有世界先进水平产品开发体系最为成功的实例。
¹从1981年起引进了美国西屋公司亚临界300MW及600MW机组的设计制造技术,在原机械、电力两部的组织领导下,上海、哈尔滨、东方三大主机厂,上海汽轮机锅炉研究所(现上海发电设备成套设计研究所)通过技术培训,咨询对引进技术消化吸收,并围绕首台考核机组试制进行了一系列重大的技术攻关。首台引进型300MW考核机组由上海汽轮机厂制造,于1987年7月12日在山东石横电厂正式投运;首台引进型600MW考核机组由哈尔滨汽轮机厂制造,于1989年11月14日在安徽平圩电厂正式投运。上述考核机组分别于1988年5月及1990年12月通过性能考核试验。1985开始上海汽轮机厂又与美国西屋公司合作设计制造我国第一台核电310MW机组,于1991年正式在秦山核电厂投运。
º1987年东方汽轮机厂首台300MW机组在山东黄台电厂投运,经过十多年的完善和优化相继开发出合缸、分缸、空冷、供热等品种齐全的300MW汽轮机系列。
»1986年北京重型电机厂与法国阿尔斯通公司(AL-STOM)签定了生产330MW汽轮机发电机的合作协议,首台机组于1990年在四川江油电厂投运。
¼1991年东方汽轮机厂与日本日立公司以合作生产的方式引进了亚临界600MW汽轮机的技术,1996年首台机组在山东邹县电厂投运。
½2002年哈尔滨汽轮机厂与西屋公司合作设计制造的我国首台650MW核电机组在秦山核电厂投运。
上述300MW机组的总量已超过200余台,600MW机组已超过40台,这些大容量亚临界参数火电设备是目前我国电力工业的主力机型。
(3)应用当代先进技术对引进机组性能进一步优化的阶段
在引进技术后,我们没有停顿在按样机,按图重复制造的水平上,而是瞄准世界技术的发展趋势,采用当代先进技术对机组不断进行全面的优化设计工作。
¹重大课题的技术攻关
在/七五0期间,在原机械部的组织下,上海发电设备成套设计研究所,国内三大主机厂及有关高等院校,研究院所联合开展了汽轮机气动设计方法,转子动力学,叶片自动设计系统,转子自动设计系统等一系列重点科技攻关。/八五0期间又联合完成了国家重点科技攻关项目/优化汽轮机研制0,该项目包括了调节级、高中压缸通流部分可控涡叶片级开发及试验研究、转子动力学、低压长叶片级的开发及试验研究、排汽蜗壳气动研究等一系列提高机组性能的技术攻关。正如原机械部、电力部在国家重大技术装备鉴定会的意见所述:这些优化技术/均为汽轮机行业的前沿课题,与国外的研究基本上是同步进行的,达到当代国际先进水平0。
º先进的产品优化设计及制造技术
各企业又根据自身的特点,在高新技术应用、设计创新、新材料、新工艺方面开展了大量产、学、研相结合的项目攻关,并在产品设计中应用。125MW、200MW、300MW及引进型300MW、600MW机组均全面实现了产品的更新换代而且派生出技术含量更高的各种热电联供、空冷机型。优化型机组的经济性提高3%,可靠性,自动化水平和运行灵活性也进一步提高,机组的总体性能已达到当代国际先进水平。典型的优化设计技术成果有:
全三元叶片级设计方法和试验研究开发了一系列低压弯扭静叶、高中压斜置静叶、高中压弯扭动静叶片,进一步提高叶片级的效率。
有限元方法为基础的计算机工程(CAE)技术进入产品结构设计领域。一系列低应力集中,具有优良抗高周及抗低周疲劳性能的新型结构在产品中应用,如自带围带动叶、无中心孔转子、高强度转子轮槽型线、整圈自锁阻尼型长叶片等大大提高了机组在调峰,二班制运行条件下的安全可靠性。
抗蠕变性能更好的高温材料,高强度,高抗腐蚀性材料的应用。
