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为新中国持续发电 !世界上第一台双水内冷发电机来自浙大

为新中国持续发电 !世界上第一台双水内冷发电机来自浙大

  编者按:习总书记曾指出,我国高等教育要立足中华民族伟大复兴战略全局和世界百年未有之大变局,心怀“国之大者”,把握大势,敢于担当,善于作为。知之愈明,则行之愈笃。在全校开展新发展阶段使命愿景大讨论之际,开辟服务“国之大者”专栏,深入挖掘我校主动担负时代使命,为国分忧、为国解难、为国尽责的故事,阐释事关国家富强、民族振兴、人民幸福的时与势、人与事、情与理皆是国之大者,进一步汲取坚定信念、鼓舞斗志、启迪智慧、砥砺品格的蓬勃动力。今天,一起走进世界上首台双水内冷发电机。

  1980年开年,浙江省的第一期《科技简报》上刊登了一篇题为《我省第一台500千瓦双水内冷发电机运行情况良好》的文章,文章中说,由浙江大学电机系和临海电机厂设计制造的我省第一台500千瓦双水内冷科研发电机运行四年来,正常运行五千八百四十小时,发电二百二十四万五千度,它出率高、运行稳、体积小、省成本的诸多优势,极大助力了“四化”建设。双水内冷发电机成为邮票主题

  此时距离浙江大学郑光华教授作为第一发明人发明了世界上首台双水内冷发电机,已过去22年。这也是中华人民共和国成立之后的第24项发明。而彼时的中国,正处在物资极其紧缺的困难时期,郑光华、汪槱生、陈永校等浙大科研工作者,以国家重大需求为己任,大胆创新、埋头苦干,自接受这项艰巨的任务到此项发明诞生后的60余年里,始终不断优化升级相关技术,提升了我国电力工业的实力,为国民经济发展做出了巨大贡献。“外国人没有的,我们更应该搞”

  1958年初,第二个五年计划开始后,中国国民经济快速发展,电力供应严重不足的问题越来越突出。最主要的矛盾之一,就是占电力行业七分之六的汽轮发电机仍然需要依靠国外,设备非常紧缺,自身的制造能力还远远落后于生产需要。

  当时,国际上利用氢气冷却和定子水内冷,能够将电网中常用的每分钟3000转的汽轮发电机单机容量做到20万千瓦。而我国的相关工作当时尚处于空气冷却阶段,单机容量仅为1.2万千瓦或2.5万千瓦,差距很大。

  双水内冷电机中的“双”,是指发电机中的定子和转子;“内冷”是指采用绕组内部冷却的方式。冷却的介质为水,因为水的比热容最大,使用水来对绕组直接冷却,可以大大缩小发电机的体积,节约制造、运输和安装等的成本。同时,水作为冷却介质,其制造成本低廉,无污染。但在当时,用水代替气体增强冷却效果的技术因为诸多难点未被攻克而被公认为世界级禁区。

  为了解决国家电力供需的矛盾,各相关企业和科研机构都在动脑筋想办法解决难题。上海电机厂邀请了浙江大学、上海交通大学的教师共同研讨,决定先试制定子水内冷、转子氢内冷的汽轮发电机。试制工作从1958年5月间开始,预定1960年完成目标。

  当时,浙江大学电机系教研组已经确定了“电机的冷却”的科研方向,电机系教研组组长是郑光华,党支部书记汪槱生、副书记陈永校。为了走出自己的科研途径,党支部一班人想法非常一致:既然是科学研究,外国人有的当然可以搞,外国人没有的,我们更应该搞。郑光华在科研工作中中国人有了自己的方式

  回到杭州之后,郑光华检索了大量有关转子水内冷的研究资料。这些资料一致认为转子水内冷具有很好的冷却效果,但很难实现。郑光华针对难点问题进行了深入研究,与陈永校一起讨论,根据流体力学理论计算出转子水内冷所需的水压后,提出了转子绕组水内冷的电路、水路布置方案。

  有了结构方案之后,陈永校对实验模型的结构提出了进一步的改进建议,马上动手开始制造实验装置。郑光华、陈永校、林章伟等,和有实际生产经验的俞金波师傅,大家都夜以继日忘我地工作在实验室,不少问题也在大家的集思广益中迎刃而解。他们只用一个星期就设计和制造出了一台简单的只通水不通电的转子水内冷模型机组。模型试验于1958年6月26日获得成功,并取得了必要的数据。试验证明,结构设计合理,可以使电机转子顺利通水,不会因为通水而引起振动。

  模型试验成功后,学校决定召回正在下放劳动的汪槱生,与郑光华、陈永校等几位教师一同承担起双水内冷发电机的实验工作。课题组随即决定去上海电机厂商谈厂校合作事宜并进行试制。郑光华和汪槱生顾不上印出方案及初步实验报告等资料,便带上手稿直奔上海电机厂。

  上海电机厂欣然接受了厂校合作试制转子水内冷隐极式汽轮发电机的建议。听了浙大对结构方案和草图、初步计算数据、模型试验结果的详细介绍后,大家十分感兴趣,认为这与国外的氢冷转子技术相比,无论是在工艺上或结构上都要方便简单得多,以后在生产大型汽轮发电机时可以不必采用国外的氢冷方式了。为国家自制大型发电机铺平道路

  那时恰是三年自然灾害时期,物资非常缺乏。面对艰苦的条件,浙江大学的科研工作者们依然保持严谨作风,联合电机厂完成了双水内冷的研发。制造过程中遇到的最大问题就是漏水。“双水内冷”对水的密封要求极高,大家齐心协力克服了生产精密部件的大难题。浙大与上海电机厂共同研制的双水内冷发电机

  1958年10月27日,世界上第一台双水内冷汽轮发电机诞生了。1958年这一年里,浙大课题组科研人员完全凭着自己的技术力量试制成功了中小型双水内冷凸极同步电机、大中型双水内冷凸极同步电机和大型隐极双水内冷同步电机,这三台双水内冷电机的创制成功大大地促进了我国电机制造业的进步。而此时,苏联专家的0.3万千瓦的双水内冷发电机还处于实验室试验阶段之后的一年多时间里,上海电机厂又相继试制完成了从1.2万千瓦到10万千瓦的双水内冷汽轮发电机系列,完成的总容量达到23万5000千瓦,接近于该厂1957年汽轮发电机总生产量的两倍。

  双水内冷发电机的成功研制,使中国不必采用当时国际上大型汽轮发电机唯一采用的氢气冷却方式,而可采用更经济,更高效的双水内冷技术,为国家自制大型发电机铺平了道路,加速缓解了国民经济与电力工业的供需矛盾,促进了国民经济的发展。

  后来,郑光华结合科研成果,系统地进行理论分析和实验验证,撰写了《双水内冷汽轮发电机减少通风摩擦的新途径--20万千瓦双水内冷汽轮发电机铁芯空气冷却论证》的论文,从而为推广自行研制双水内冷发电机技术扫清了障碍,也为发展双水内冷发电机建立了扎实的理论基础和技术平台。1958年11月,来到浙江大学双水内冷课题组。前右一为郑光华。

  1960年,一机部授予浙江大学双水内冷发电机课题奖金和银盾一枚。1964年国家科委授予双水内冷发电机国家发明证书。1985年3000转/分双水内冷发电机获得国家科技进步一等奖。

  半个多世纪来,双水内冷发电机技术为国家电力工业的发展做出了巨大贡献。我国自制发电机的单机容量由此迅速上升,到1981年制成了单机容量达30万千瓦的双水内冷汽轮发电机。同时,我国发电机总装机容量实现迅速增长。1987年一年,浙江省新增发电机总装机容量120万千瓦,其中一半是双水内冷的,包括秦山核电站的双水内冷发电机。至20世纪80年代末,双水内冷发电机在整个电网中占了很大比例,其中约占杭州市火电中的十分之九,发电量占浙江省所发电量的一半;在全国5万千瓦及以上容量的火电机组中,双水内冷已占总装机容量的52.34%。20世纪70年代开始,为了促进中小型电站的建设,郑光华还将双水内冷技术应用于中小型电机的研究和推广工作。

  近年来,浙大电气人始终瞄准国家重大需求和区域发展战略,探索新型校地、校企关系和产学互融的新模式。学校先后在台州、苏州、杭州、绍兴等地建设了“学科+研究中心+创新型企业孵化”平台,科研团队与上海电气持续合作推出亚洲最大容量11MW直驱海上风电机组,与中车共同努力实现全球首列350km/h时速永磁高速列车营运。

  今年,浙江大学电气工程学院面向“碳达峰碳中和”及以电能为核心的能源革命和交通电气化,启动科创生态发展战略,“3+X”的“新电气”学科发展布局正加速形成。

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