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發(fā)明中國自己的電機冷卻技術
(時間:2016-8-31 10:07:32)

  上圖 顧國彪(中)在青海李家峽電廠調研。

  下圖 顧國彪在三峽地下電站700MW蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機定子前。

  “我要做成一兩件外國沒有的,或者外國人做不到的事!边@是電機學專家、中國工程院院士顧國彪從清華大學畢業(yè)一年后,鄭重立下的志愿。
  生命不息,奮斗不止,58年來,他將一腔熱血傾注到蒸發(fā)冷卻事業(yè)中,最終讓夢想照進現實。
  他研發(fā)的常溫無泵自循環(huán)蒸發(fā)冷卻技術(簡稱蒸發(fā)冷卻技術)世界領先,已成功應用于三峽電站的全球最大功率水輪發(fā)電機中。運行實踐證明,其性能穩(wěn)定、經濟高效,大大延長了電機的使用壽命,是其它冷卻方式無法比擬的。
  如今,80歲的顧國彪仍帶領團隊奮斗在蒸發(fā)冷卻技術的研發(fā)事業(yè)上,那份專注,一如當年那個剛剛走出校園的青年。
  發(fā)明新型冷卻發(fā)電機
  2011年12月15日對顧國彪來說是個特殊的日子:三峽電站首臺70萬千瓦蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機成功運行。這是世界單機容量最大的蒸發(fā)冷卻發(fā)電機組,采用了我國具有完全自主知識產權的“定子繞組自循環(huán)常溫蒸發(fā)冷卻技術”,并由我國自行設計生產。這一天,距離我國蒸發(fā)冷卻團隊的成立已經過去了53年。
  將蒸發(fā)冷卻技術應用在三峽工程中,是顧國彪最大的夢想。為此,1994年,他曾向三峽工程技術委員會委員提出使用蒸發(fā)冷卻技術的建議。
  對方半開玩笑地說,“你們的技術我了解過,才搞了一個50兆瓦的發(fā)電機,但我們這是700兆瓦的。如果你能在四五年內完成400到500兆瓦的電機,并且兩年之內不出故障,我就一定用”。
  顧國彪的斗志被激起。恰巧,青海李家峽水電站有個400兆瓦的發(fā)電機組要上馬。由于此前蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機獲得了良好聲譽,顧國彪爭取到了這個項目,成為“九五”國家科技攻關計劃中的一項。
  經過顧國彪及其團隊的努力,1999年,李家峽水電站的蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機正式投入運行。顧國彪回憶李家峽電站啟動電機時的緊張心情時說:“腿都發(fā)軟了。”
  50兆瓦及400兆瓦蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機的研制與運行,獲得國家科技進步獎二等獎。2006年,三峽總公司將兩臺機組交給電工所蒸發(fā)冷卻技術研發(fā)中心進行冷卻系統(tǒng)優(yōu)化。
  目前,在三峽水電站安裝的32臺發(fā)電機組中,有2臺采用了顧國彪等人研發(fā)的蒸發(fā)冷卻技術。顧國彪介紹說,大型發(fā)電機運行時會產生大量熱量,需要進行冷卻。目前,國際上主要有空冷、水冷兩種冷卻方式,而蒸發(fā)冷卻技術則是利用低沸點的液體通過相變換熱來傳遞熱量,實現對發(fā)電設備的冷卻。這種經濟高效的新型冷卻技術,是我們提出并實現的原創(chuàng)技術。
  在蒸發(fā)冷卻技術工業(yè)應用前,我國大型水利工程電力設備領域采用的都是國外技術。無論從裝備容量還是技術指標上,這2臺70萬千瓦蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機都達到了國際領先水平!笆聦嵶C明,我們的技術全面超越了他們。未來,我們的設備完全能在國際市場上和他們競爭!鳖檱肟隙ǖ卣f。
  “從1千瓦到70萬千瓦,走完每一個臺階,我們都花了大約10年的時間!鳖檱牖貞浾f,項目組先后因故被解散了3次,但他一直沒有放棄。第四次重組后,這個團隊更有朝氣、更努力,并取得了現在的成就。
  顧國彪表示,“如果水輪發(fā)電機的功率提高到百萬千瓦以上,水冷技術因高水壓,安全性難以保證,而我們的蒸發(fā)冷卻技術完全沒有問題”。此外,作為一種通用冷卻技術,蒸發(fā)冷卻技術已在超級計算機、服務器上成功應用,還將在新能源配電、抽水蓄能等凡要解決發(fā)熱、節(jié)能、安全可靠問題等方面有用武之地。
  歷經坎坷的創(chuàng)新路
  目前,蒸發(fā)冷卻技術一直居于世界領先地位,但當初做大型電機項目時,顧國彪不但要承受科研攻關的壓力,還要面對來自各方面的質疑和指責:行業(yè)里的人不了解他在做什么。但他咬緊牙關堅持了下來,并通過多年努力換來了人們的認可。
  回顧往昔,顧國彪的圓夢之旅充滿坎坷曲折。對于這位熱愛體育運動的老院士而言,他的創(chuàng)新之路堪稱一場“人生馬拉松”。
  1936年,顧國彪出生在上海一個知識分子家庭,接受了良好的教育。1953年,他考入清華大學動力類電機系;貞浨迦A時光,他說,“最大的收獲,是培養(yǎng)出了敢闖敢干的性格以及解決實際問題的能力”。
  1958年從清華畢業(yè)后,顧國彪被分配到剛籌建起來的中科院電工研究所工作。當年正是各界熱議三峽工程之時,電工所接到了為三峽工程研制新型冷卻系統(tǒng)的任務。工作沒幾天,顧國彪就受命進入該課題組。課題組通過后續(xù)研究分析,用模型試驗證明了常溫下自循環(huán)蒸發(fā)冷卻方案的可行性。
  期間,相關蒸發(fā)冷卻電機項目上馬失敗。當初因對此提出異議而被迫離開的顧國彪被重新安排到蒸發(fā)冷卻研究組工作,開始建立發(fā)電機內兩相流的模擬試驗裝置,進行設計理論研究及有關參數與數據的獲取。1963年,他們與其他團隊一起,成功研制了天津發(fā)電設備廠的650千瓦水輪發(fā)電機。經過半年的成功運行,證明了自循環(huán)蒸發(fā)冷卻技術在水輪發(fā)電機上應用的可行性。
  為全面研究分析自循環(huán)蒸發(fā)冷卻技術,團隊成員們改行搞起了熱力學、兩相流體力學以及電介質化學等研究。顧國彪事后總結道,蒸發(fā)冷卻技術研究實際上是電工學、電機學和熱力學等的交叉學科,只有交叉學科才能形成新的學科方向,成長出創(chuàng)新技術。
  然而好景不長,課題組被迫解散。
  顧國彪心有不甘,四處奔走尋找合作廠家及電站用戶。直到上世紀80年代初,顧國彪團隊與四川東方電機廠合作,研制了兩臺10兆瓦自循環(huán)蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機組,安裝在云南大寨水電站。經云南方面的密切配合、改進完善,發(fā)電機組一直運行至今,成為自循環(huán)蒸發(fā)冷卻技術的歷史性轉折點。
  憑借大寨水電站安全運行的基礎,顧國彪又爭取到陜西安康的50兆瓦水輪發(fā)電機和上海電機廠上海輸變電公司合作的50兆瓦汽輪發(fā)電機項目,實現了長期安全運行。每每談到這些,顧國彪都笑著說,“每到關鍵時刻,就有人幫我,你看我的運氣好吧”。
  健康工作50年
  記者采訪當天,正好是顧國彪80歲生日。采訪持續(xù)了近3個小時,他思維敏捷、談吐清晰,一點不像上了年紀的人。
  顧國彪常說,“身體是革命的本錢”。他有積極鍛煉身體的習慣,這也得益于他的清華歲月,當時的清華非常重視學生的全面發(fā)展,曾提出“每天鍛煉一小時,為祖國健康工作50年”的口號。
  年輕時,他喜歡打籃球、跑步……雨雪風霜都不曾間斷。他說,“太陽越大我們打球越來勁,一打就是兩三個小時”。
  體育鍛煉伴隨顧國彪的科研生活,給了他良好的體力、毅力和持久力。他也鼓勵實驗室的學生要堅持體育鍛煉,注意手腦并用,強調動手能力。他認為,工程科學非常注重手腦并用,來解決實際問題。
  顧國彪還記得,在陜西安康建設50兆瓦發(fā)電機時,他對每個環(huán)節(jié)都不敢疏忽,在工地上一干就是12個小時不停歇。吃飯沒有地方坐,顧國彪和同事就靠在墻上吃。他說,“如果沒有好的身體,根本不可能堅持高強度的工作”。
  “重大電氣裝備的研制,一般需經歷基礎研究、原理樣機、中試樣機、擴大中試、工業(yè)樣機經濟分析、市場產品共六大步驟。從開始研究到推向市場,要用二三十年甚至更長時間!鳖檱胩寡裕坝捎陧椖拷M解散了三次,現在的團隊是第四組,成員普遍比較年輕。我想用親身經歷啟發(fā)年輕的工程科技工作者,應當如何做出創(chuàng)新性的工作”。他給研究生開講座,寄希望于他們能夠振興電氣工程學科和制造業(yè)。
  顧國彪直言,當前的中國企業(yè)患上了“仿制病”,他憂慮于“何時走出山寨”的問題。通過科技創(chuàng)新走上強國富民之路,是青年科技人員應當承擔的歷史使命。他用蒸發(fā)冷卻技術的創(chuàng)新為例,現身說法,指出青年科技人員培養(yǎng)創(chuàng)新精神需要豐富的知識、實際的訓練和健全的身心,還要有精誠合作的優(yōu)秀團隊。
  “志不堅者智不達”,顧國彪一直用這句話來激勵自己。在他看來,要實現理想和抱負,就要有不懈的堅持,這和堅持體育鍛煉是一樣的道理。他還說,智者的成功,除了堅持,還要制定切實可行的計劃,一步一步往前走。

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