生产技术的进展

    我国水电设备技术经过几十年来的研究开发，再加上改革开放以来，吸收国外的先进技术，使水电设备产品在研究、设计和制造上取得了长足的进步。

     1、科研设计

     (1)水力设计和试验

     随着计算技术的迅速发展，应用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助测试(CAT)技术为水轮机的水力设计和转换设计研究提供了先进的方法。在转轮水力设计方面，开发应用了混流式二元、准三元CAD系统，轴流式奇点分布法CAD系统。在流动分析和性能预估方面，开发应用了导水机构双列叶栅势流和粘性流动分析、混流式转轮势流准三元流动分析、轴流式转轮边界无法流动分析，导叶压力分布和水力矩的预估，转轮及过流体损失分析及能量特性预测；蜗壳与固定导叶水力损失优化设计，转轮压力脉动特性预测，进行转轮空化特性预测程序的开发和粘性流动计算方法等的研究。CAD技术的开发和应用提高了转轮设计的质量，通过计算进行初步筛选，缩短了开发周期，加快了新转轮的开发。

     经过多年试验研究，已经有一批水力性能优良的转轮成功地应用于国内一些大型水电站的水电机组和一些出口的国外机组上(见表7)。

     八十年代建立的高精度水力试验台，通过出口迪斯林转桨式机组和卡伦Ⅰ混流式水轮机已经经历了国际见证的模型验收试验，试验精度和结果得到了认可；使国内水力试验台的知名度得以提高。

     随着机组尺寸增大、比转速提高，水力稳定性问题越来越显得格外重要。针对国外大古力、古里和国内岩滩、五强溪等机组出现的水力不稳定问题，开展了尾水管压力脉动引起的水力稳定性预测研究，混流式水轮机部分负荷下水力稳定性试验研究以及高水头大负荷转轮前中频压力脉动等测试和消除方法研究获得良好的效果。

     (2)机组部件刚强度研究

     a)结构优化技术。应用最速下降法和复合形法等优化技术，编制了水轮机主要部件刚强度专用优化计算程序。其中对转轮这样的复杂构件，还采用了经改造的复合形法以加快收敛程序。这些计算已在设计制造的大型机组中得到应用，并取得显著经济效益。与此同时，还开发了I—DEAS大型通用结构分折程序。利用该程序的优化功能对水轮机主要部件从结构拓扑因素、形状因素，尺寸因素三个方面进行优化计算，从而可找出上述部件的最佳结构形式。

     b)主要部件刚强度分析计算技术。近年来利用ANSYS等先进软件对混流式、轴流式主要部件进行刚强度分析计算，开发了适用于贯流式机组的计算程序，对受力复杂的贯流式水轮机的座环、灯光头等进行刚强度计算。应用I—DEAS程序中的接触单位等特殊单元的功能进行了组合部件的刚强度计算。由于可以模拟滑动，过盈等配合，可较准确地计算出组合部件及接触表面的应力分布，从而使计算结果较以往单件计算更为精确。

     c)水导轴承支持刚度的优化。应用Nas—tran程序计算了大型机组水导轴承整个支持 系统的静、动态刚度，对支持系统中的各环节进行优化。

     d)机组整机动力特性的分析。为更好地解决大型机组轴系在重量偏心力、电磁不平衡及水力不平衡力等作用下的动力响应问题，开展了轴系动摆度计算。

表7 我国研制的部分优秀转轮主要参数

    2、新材料、新技术、新结构

     (1)新材料

     通过合作生产鲁布革水轮机，引进了0CrN16Ni5Mo不锈钢。该钢的机械性能和工艺性能都优于0Cr13Ni5Mo不锈钢，可焊性更好。目前，该钢种已完全国产化并已广泛用于抗蚀耐磨要求较高的大型高水头水轮机组焊转轮上。

     大水轮发电机方面，研制出磁极压板用强度较高的20Mn5材料。其低温韧度和断裂韧度较好，天生桥、水口和岩滩机组的发电机上都采用了这种材料。

     我国从1987年开始弹性金属塑料瓦的研制与试验工作。由于其具有抗磨能力强，摩擦系数小，可在超低速下运行，并满足冷态、热态启动要求，安装检修不利瓦，承载能力高、安全可靠运行等优点，已在新安江、丹江口、大化和岩滩等水电站机组上使用。现在，国产弹性金属塑料瓦完全可以替代进口产品。

     (2)新技术

     a)无风扇通风系统结构。哈电公司和东电公司在目前运行的大型中、低速水轮发电机上都采用过无风扇、固定挡风板、端部回风的径向双路密闭循环系统。该风路系统具有两端空隙漏风量小，风量分配更趋均匀、所需风量更接近实际需要及通风损耗小等特点、以满足更高效率的要求。

     b)定子线圈空换位技术。大型发电机定子线圈采用最佳的空换位和不完全换位，以降低端部漏磁引起的股线环流，从而可降低最高殷线温升。近年投运的岩滩、水口、漫湾和隔河岩等水电站的机组均采用了这种新技术，运行效果良好，属国内首创。

     c)氟里昂冷却技术。东方厂与中国科学院电工所共同研究氟里昂冷却技术，并在两台10MW水轮发电机上采用了氟里昂自然循环蒸发冷却方式。该方式冷却效率高，温度均匀，使电机有较高的过载力。安康50MW机组也采用了这一技术，现在正在李家峡400MW机组的4#机上采用这一技术。目前国外也都在进行研究，在这方面我国居领先地位。

     (3)新结构

     a)座环结构。由于平行式和带圆弧导流环的箱式座环强度好，工艺简单，因而近年来设计制造的大型混流式机组大都采用这种结构，如岩滩、天生桥、隔河岩、李家峡、大朝山等。所有座环的平行板按强度要求均采用坑撕裂厚钢板制造。

     在五强溪水轮机设计中采用了座环在工地割出与顶盖、底环设置密封圈的直径，高度方向则靠在顶盖、底环处在工地配置适当尺寸的垫片进行调整。

     近年已在一些中、高水头的大型分辨座环上广泛使用分瓣面在工地用临时法兰把合，随后用受力焊缝焊成整体，使座环的可靠性得以提高。

     b)导叶摩擦装置。为防止导水机构剪断销剪断时导叶的摆动，近年在机组设计中在导叶与转臂间采用了摩擦装置。在隔河岩、五强溪、李家峡、响洪甸等机组中均采用了借助连接板的夹紧力在摩擦套和导叶臂处产生的摩擦力矩。在鲁布革、天生桥Ⅱ级和水口机组中则采用了设置于导叶轴头与连接板之间的专用摩擦传动装置。

    c)筒形阀。在漫湾机组的设计中，东电公司采用从加拿大CGE公司引进的技术，设计了外径7450mm的筒形阀。该阀设在固定导叶和活动导叶之间，结构紧凑、重量轻，可进行动水关闭，作事故阀门用。关闭筒阀，可使导水机构漏水大大减少，圆筒阀重量只有蝴蝶的1／2—1／3，可省去阀室，减少厂房宽度，降低电站工程造价。

    d)圆盘式转于支架。岩滩、铜街子、漫湾、李家峡、大朝山等机组发电机采用了圆盘式转子支架。圆盘式转子支架具有结构紧凑，刚度大和通风良好的优点。圆盘式转子支架的制造已达到国际当代水平，为制造三峡机组大型圆盘式转子支架积累了经验。

     3、制造工艺

     (1)大型混流式转轮制造的新技术

     a)转轮叶片的热弯成型。哈电公司吸收合作生产鲁布革转轮热弯成型叶片经验的基础上，首次成功地在天生桥二级大型机组转轮上采用了热弯成型的叶片。叶片板块采用电渣溶铸技术制成，压模曲面采用五轴数控加工。东电公司在混流式转轮叶片加工中也采用了热弯模压成型技术。

     b)转轮叶片数控加工。1990年，哈电厂率先在国内水轮机制造上掌握了叶片数控加工新工艺，解决了对大型复杂曲面的五轴数控加工和精确测量问题。已在刘家峡2#转轮改造中，采用了由铸件直接进行数控加工的叶片。东电公司在高坝洲机组上采用立轴数控加工全部叶片。

     c)分瓣转轮工地加工。岩滩机组转轮是世界上最大的分瓣转轮，为解决大型分瓣转轮在工地上焊接后加工上、下止漏环问题，开发了大型转轮工地加工专用设备，加工效率和精度达到了同类设备的国际先进水平。

     d)大型转轮静平衡。随着转轮重量的增大，机械式平衡方法已很难达到平衡所需的精度，为此，开发了静压球轴承平衡装置，已成功地用于307t岩滩转轮和278t五强溪转轮的静平衡。

     e)异种钢转轮焊接技术。在国内中低水头混流式转轮中广泛采用由转轮上冠为低合金铸钢ZG20SiMn及下环和叶片为低碳马氏体不锈钢组合”的异种钢焊接转轮，前后焊接了龙羊峡、漫湾、岩滩和五强溪机组等大型异种钢转轮，异种钢转轮的焊接水平处于世界领先地位。

     (2)主轴装配新工艺

    哈电厂在制造岩滩机组时采用加热预紧联轴螺钉的新工艺，把水轮机转轮与主轴的连接由销子联轴螺钉把紧传递扭矩改为摩擦传递扭矩。对于大直径螺钉(M100以上)，解决了大型水轮机工地主轴装配新技术，是水轮机制造工艺的又一突破。

    (3)定子铁芯工地整圆装压新工艺。

     国内大机组多采用整圆装压定子铁芯工艺，国内的白山机组发电机、大化机组发电机也采用了这一方法，可提高铁心的钢度，从而降低了其产生的振动幅值，缓和由于铁心热膨胀引起的铁心瓢曲等。目前已在大型机组普遍推广应用。

     4、质量与质量管理

     我国市场经济体制的建立，把企业推向市场。在激烈的市场竞争中，企业领导和职工对质量的认识大大提高，真正认识到“质量就是企业的生命”。企业在质量管理上坚持全面质量管理，提高全员质量意识，使全体职工牢固树立“质量第一”的思想；企业质量管理工作建立以厂长为第一质量负责人的质量管理责任制，确立以“质量求生存，以品种求发展”、“以质量求信誉，以信誉创效益”的质量工作方针；健全和完善质量保证体系，严格生产现场质量检测，加强工艺纪律，在关键工序建立质量控制点；推行产品名脾战略，抓好产品实物质量，搞好售后服务工作，赢得了用户的信任。

     国家对产品质量十分重视，坚持开展产品质量监督抽查工作，根据国家技术监督局的安排，机械工业部中小水电设备产品质量监督检测中心于一九九四年分别对中小型水轮机调速器产品质量进行国家监督抽查；对中小型水轮发电机产品质量进行统检，一九九六年对中小型水轮机产品质量进行国家监督抽查，一九九七年对中小型水轮发电机励磁装置产品质量进行国家监督抽查。通过几年来多次的产品质量抽查，引起企业领导、各级管理职能部门和全体职工对产品质量的重视，促进了产品质量的不断提高。

     1997年中小型水轮发电机励磁装置产品抽样合格率达到93，3％，达到了较好的水平。1997年哈电公司，东电公司和重庆水轮广等我国发电设备行业47家企业，本着“对用户负责，为用户服务，让用户满意”的宗旨。在设备质量、交货、技术服务、价格和违约赔偿等五个方面向广大用户公开进行质量承诺。

     在企业推行全面质量管理的基础上，按照ISO9000质量管理和质量保证系列国际标准的要求，建立和完善企业质量保证体系。1994年起，水电设备行业已经有十几家企体系认证(见表8)，从而使产品质量进一步得到提高和保证，增强了企业产品在国内外的竞争力。

表8 水电设备行业通过GB／T19000一ISO9000质量体系认证的企业