一剑十年磨,休说绮罗人——我所经历的中国汽轮机技术进步

发布时间: 2020-10-12 点击数量: 作者:李银凤 来源:

现在回过头来,看看当年年轻的共和国工业布局大调整,气度恢弘而谋虑深远。作为一个有幸参与的晚辈和小兵,回眸之间,不禁感慨万千。

东方汽轮机有限公司(东汽)作为中华人民共和国重大装备制造业三大基地之一,几十年来一直担负着祖国和人民太多太多的寄望和期待。它白手起家,设计、制造着大中型电站汽轮机,产品涵盖着我国核电、煤电和气电等领域,引领着这些行业的崛起和升腾,为一个国家的强大,为一个民族的兴盛,一直在奋斗、努力和默默的奉献!

东方汽轮机有限公司,是在一个特殊的年代1966年创建于四川绵竹汉旺的。它是我国三线建设时期全国工业战略布局中深思熟虑之后放下的重重一子。40多年来,东汽注重先进技术引领企业发展,技术水平一直处于国内前列。

当我还是一个懵懵懂懂的大学毕业生的时候,怀揣着青春的梦想,接受祖国的安排,来到了这个大山中的神秘工厂。

23年来,我一直是东汽一个始终站在一线的技术工作者,从事着汽轮机核心部件的设计。“人生倏忽兮,如白驹之过隙”,在这似乎短暂而又漫长的时日中,我亲身经历了企业的三次技术的巨大进步和提升。写成文字可以简略地概括为:二维CAD技术、三维CAD/CAE/CFD技术和精益设计技术。 而这其间的滋味与感受,真正是“流光容易把人抛”,但“一剑十年磨,休说绮罗人。”我无怨而无悔。

CAD维技术

1991年大学毕业我来到了东汽,先在叶片分厂见习,一年后分配到设计处。当时,正赶上我国改革开放后,经济高速发展、电力需求强盛时机,汽轮机技术得以不断进步。我们每天加班加点的工作着,生怕慢了、落后了,仿佛有好多好多期盼的眼睛盯着你。

设计处是东汽技术核心,负责开发汽轮机,在那个年代,产品图最初都在图板上手工绘画的。80年代中后期,开始逐步地用计算机取代图板了。到了92年,大家已经开始在使用AUTOCAD、ME10等软件,先把产品图在电脑上画好,再打印机一打印,出来的图纸比手绘图漂亮多了!原来手绘一个月,现在只需一星期。那种工作的愉悦与满足时时充盈着我们的心。

当时电脑昂贵,不能人手一台,大家都是抢着上机。深夜,如果看见办公室里仍然灯火通明,那一定不是忘记了关灯,而是白天没摸电脑的人加班呢!性能较好的电脑还有专用的机房,需要审批才能使用。如果急于上机又没有报审,怎么办?当年就有一个电脑迷,着实想上机了,就趁着黑夜去爬窗户。不想,还没跨入机房就从5楼坠落了,成为我们东汽人永远挥不去的记忆和感慨。

我进设计处时,二维CAD技术深入了一步,正探索着设计自动化。当年,蒋鸿钧老师做ME10二次开发,用于叶片设计。张良翊老师做AUTOCAD二次开发,用于油系统设计。我师从蒋老师,开始做叶片自动设计程序的开发。到1994年底,叶片设计终于实现了自动出图和一键计算。原来设计用一天,现在一瞬间。同时油系统也实现了自动设计。

“残霭迎春,一夜花开。”二维CAD技术,极大地提升了设计效率。那种欢欣与成就,让我们设计处的每一个同志仿佛都回到了快乐的童年……

三维CAD/CAE/CFD技术

东汽起步三维CAD/CAE技术,源于一次国际援助。1986年,联合国开发技术署(UNDP)援助中国实施减排,工程实施于四川白马电厂,由东汽承担电厂20万汽轮机改造。1991年电厂投产,经UNDP验收合格后,东汽刘万琨老师就向UNDP申请了技术援助。历时3年在1994年10月,UNDP援助的一批高性能计算机运抵东汽。东汽又自筹资金购置了PRO/E、ANSYS等大型工程软件,从此三维CAD/CAE技术起步了。

1995年到2013年,东汽的三维技术走过了设计实践、试验验证和设计规范化三个阶段。在我们设计处共事的同志们生命中,那也是一段值得记忆和扼首加庆的岁月。

按照公司部署,1994年底成立了三维技术组,负责叶片和汽缸的设计实践,蒋鸿钧老师任组长。我是组员之一,侧重叶片设计实践。

我的第一次实践是开发带小冠导叶片。之前导叶不带冠,需要焊接工艺。焊接不良就会影响汽轮机经济性。于是,工程师余宏才构思了带小冠导叶片,整体装配无需焊接。其设计难点是,无法精确判断能不能顺利地进行装配。于是他找到我,让我试试用三维技术判断一下。经过反复摸索,我在计算机上仿真了导叶片的装配过程,算出了装配间隙,做出了详细结构。生产上,导叶片获得试制、装配一次性成功,同时也节约了数十万试验成本。

从这次导叶片的设计中,大家既看到了效益,也提高了认识:三维CAD/CAE新技术不但是先进的,而且也是可以掌握的。之后大家开始热情地学习PRO/E、ANSYS等软件,并在各自专业领域积极地进行探索和运用。我们深深的感觉到了,高技术在我们手里潜在意义和价值。

到了2000年左右,中国电力严重短缺的状况彻底扭转,电力工业加速实施“上大压小”节能减排,大容量、高参数60万100万汽轮机成为了市场新宠。

由此东汽引进了日本60万100万等级超超临界汽轮机技术。在消化技术的过程中,推动了汽轮机三维CAD/CAE/CFD技术的又一次深入实践(东汽于99年起步CFD技术)。我们,又面临着一场新的考核和考验!

喉宽是汽轮机设计的关键要素,直接关系机组经济性,设计偏差有严格限制。工程师漆小兵在校核日立喉宽时,发现与东汽计算值有偏差,有的甚至超差2%,这是绝对不允许的。“偏差的原因在哪里呢?”他一直思索着。这个问题成为了一座山,它险峻、高大,阻拦了我们所有通道。我们必须翻越!

有一天,他找到了我,说:“你看看,能不能用三维技术设计两级,我跟日立值对比一下。”喉宽变了,汽轮机的蒸汽流道就变了,那么机组的效率、推力也就变了,变化太大,不但影响经济性,还可能危及机组安全运行。我的岗位就是汽轮机通流(含静叶片和动叶片)设计和动叶片设计,对静叶片设计一直关注,所以就一口答应了。很快,我分析发现,二维近似设计与三维精确设计存在偏差,叶片扭曲越大、高度越长、偏差越大。分析还发现,喉宽值在一定偏差内时,叶片各部位应力安全,流道流动特性稳定。由此看来,长叶片开发必须采用三维CAD/CAE/CFD技术,进行详细的流动特性和强度振动特性计算,才能更好地保障汽轮机的经济性、安全性。

一条华山险境被我们征服了。我们看到了险境前面的风光。

2006年,伴随着我国核电发展,东汽引进了法国ALSTOM先进核电技术。空心叶片是核电汽轮机独有的设计。由于蒸汽湿度大、流量大,核电叶片腐蚀严重,空心是为除湿、保障安全。但是空心叶片体积大、耗材多、加工难。当时马少林科长想降低材料和制造成本,找我做钣金设计。我不懂钣金专业,勉强答应了试一下。“皇天不负有心人”,那次真是很幸运,我用三维技术做出了叶片,算出了最少用量。这算是一次降本设计,也表明三维钣金设计可行,建议钣金专业学习三维技术。

1995年-2005年,东汽已经做了大量三维技术产品设计,积累了一些设计经验。为了验证设计可靠以及提升自主创新水平,2006年到2010年,东汽陆续建成了大轴承、油系统、高速动平衡和多级透平实验等等各类试验平台,主要针对新型60万~100万等级汽轮机,对各关键零部件做了大量试验研究。经过设计-试验-再设计,设计方法更加完善、产品结构不断优化、技术水平明显提高。加之我国电力需求的强力推动和东汽实施“多电并举”,那几年东汽的订单滚滚而来,发电设备产量2010年跃升到了世界第一。

这期间2008年发生的一件我永远也不会忘记的事,让我认识到:创新技术重要,加速培养人才同样重要!2008年汶川5.12特大地震,东汽三百同胞遇难、千余职工受伤、三名专家致残,惨痛的经历,成为东汽永远的痛!也成为共和国永远的痛!三名专家精通叶片制造,我是搞叶片设计的。就在2006年金秋我们还一起在法国欢乐地学习叶片技术,不料现在一场大地震却生生地夺去了他们的双腿!他们永远地离开了他们热爱和奉献的岗位!

震后,因为他们的离岗而又无人顶替,一时间叶片生产告急!后续部门也必将因此停顿!

为此公司组织设计、制造联合攻关,我做负责人。说实在的,在受命的当初,我想退缩,我再次感到了老师们不在身边的彷徨和无助、无力。但抬头看看老厂区的方向,“山围故国周遭在,潮打空城寂寞回。”我深深地期待着他们给我力量和鼓舞。我清楚地意识到,我应有的责任和担当,我必须接上,不能退却!

课题的难点是复杂曲面技术,涉及空间造型、流体特性、强度振动等设计技术,以及数控加工和转子装配技术。任务重、时间紧、心还痛,我已不记得怎样地熬过了那段时日。只记得,我写下过这样一句话:“如果没有规范的设计流程,那么产品质量就不容易稳定,也会延缓对人才的培养。”最终,我们及时地完成了生产,获得重大攻关成果奖。

这次攻关经历,我深刻地认识了规范化设计的重要性和紧迫性。同时也多次建议公司加快制定东汽设计规范。

2010年—到2013年,我们花大力气做了设计规范化建设。四年时间,我们逐步地优化叶片设计的各个流程,固化成为标准流程,并编写了一系列设计规范。因此,才有了《蒸汽轮机通流气动特性设计规范》、《半转速核电汽轮机通流叶片设计规范》、《蒸汽轮机动叶片强度振动设计规范》,以及《汽轮机整缸流场特性计算流程》、《动叶片成圈振动计算流程》、《动叶片叶根及轮缘接触力计算流程》等等。工程师按照设计规范的指导,并使用标准流程计算,那么设计质量稳定且设计效率倍增。过去,年青工程师独立设计需要5年。现在,有了设计规范和标准流程,其承担设计就缩短到了2年。

精益设计技术

时代在巨变,人们的观念在不断更新。世界随着互联网的普及已经将我们技术人推到了只要稍一松懈,就将因迟疑而淘汰、落伍的境地之中。

近两年,中国电力需求有限且更加注重环保,国际装备巨头挤占国内市场,国内企业是竞争激烈、盈利普遍明显下降。东汽被逼上了精益技术之路!

以往,设计主要围绕产品性能,追求性能最优化。精益设计是时刻围绕企业效益,追求整体效益最大化。这已经不是单一技术的竞争,而是人的理念与系统的竞争!它不仅仅考验着我们的技术品质、不断创新的不竭动力的获取方式,还在精神层面给我们提出了服务的意识和品质,主人翁的社会角色扮演和成功与否,我们的团队精神和展现的效率与智慧。

在精益设计中,工程师必须对产品的效用和成本进行平衡,做到效用可靠而成本最低、生产周期最短且能够快速适应市场需求变化。我们需要成为主动构建着东汽文化和精神境界的设计者和践行者!

我们正走在精益设计的路上。实现电力装备技术创新、实施中国电力装备“走出去”战略,是我们应该担当的历史责任。

“五月榴花照眼明,枝间时见子初成。”23年了,东汽的技术之路在不断延展和提升,我也由一个小女孩渐渐霜染两鬓…...但我无怨无悔……