双水内冷汽轮发电机

巨型汽轮发电机

双水内冷汽轮发电机，是巨型汽轮发电机的一种，因定子绕组和转子绕组都用空心铜线并通以水冷却而得名。因水的比热大，且可直接带走热量，故可提高发电机的效率。与其他冷却方式的电机相比，用相同的材料，可制造功率更大的电机。

研制背景

1958年，第二个五年计划开始时，电力供应不足的矛盾突出。为此，国家要求上海电机厂制造更多的汽轮发电机支援工农业生产。但是，制造汽轮发电机需要转轴和护环，这两个重要部件当时国内生产尚未过关，须从国外进口。人家给几根转轴、几套护环，就只能生产几台汽轮发电机。在这种情况下，满足国家对电站设备的需要，只有在冷却介质和冷却方式上想办法。因为冷却介质和方式直接影响发电机的发电能力。空气冷却效能最低，氢气冷却比空气冷却高3～4倍，水冷比空冷高40～50倍。冷却方式上还有内冷和外冷之分，内冷效果又比外冷为好。但是，在制造技术上，水冷比氢冷困难，内冷比外冷困难，特别是转子绕组水内冷，世界上还没有先例。

上海电机厂学会制造汽轮发电机才4年历史，最大的单机容量只造到1.2万千瓦，但为了满足国家的需要，他们打破世界各国发展汽轮发电机生产的老路，决心采用水内冷，试制定子和转子双水内冷汽轮发电机。年初，该厂总工程师孟庆元组织交通大学和浙江大学部分教授、讲师及本厂的王作民、金传琪等探讨试制的可行性。与会同志所看到一些国外资料，对双水内冷问题都没有定论。特别对转子在每分钟3000转高速旋转的情况下，由于离心力的作用，水流能否顺利通过？即使水流能够通过高速旋转的转子，会不会由于水路中产生气泡破坏转子的动平衡都是外国专家所担心的问题。所以，讨论中有同志认为：我国工业基础薄弱，如带头试制双水内冷汽轮发电机必然会遇到许多困难。最后，决定先试制一台定子水内冷、转子氢内冷的汽轮发电机。制造这种发电机，已有国外的成功经验可以借鉴，容易成功。于是，上海电机厂从定子水内冷着手，于1958年5月间开始设计试制，并预定于1962年试制出来。后来经过反浪费反保守的“双反”运动，又把制成目标定在1960年。

与此同时，浙江大学电机教研组确定以“电机的冷却”为科研方向，由教研组主任郑光华负责领导这项研究工作。郑光华查阅了美国、英国、匈牙利的大量有关转子水内冷的研究资料。这些资料认为转子水内冷有很好的冷却效果，但很难实现。郑光华针对“很难实现”的难点进行了深入研究。终于提出了转子绕组水内冷的试验方案。1958年6月26日，模型试验证明小型转子在高速旋转的情况下，水流是可以顺利通过的，也不会因通水造成转子的振动。

结构方案

为了使研究成果迅速得到应用，郑光华等于次日便从杭州赶到上海，希望上海电机厂能试制一台双水内冷的、隐极式汽轮发电机。次日，孟庆元主持召开了高级技术人员会议，听取郑光华介绍转子绕组导体水内冷的结构方案和试验结果。

7月初，中共上海市委向上海电机厂发出指示，为了确保汽轮发电机总容量达到350万千瓦，要上海电机厂积极进行双水内冷汽轮发电机的试制工作。上海电机厂根据这一指示，7月7日成立了以汪耕为组长，有陈同济、张清烈等人参加的双水内冷汽轮发电机设计试验小组。浙江大学有两名教师参加了初期工作，后又有6名应届毕业生和西安交大10名应届毕业生参加小组工作。

1958年7月14日，国家科委副主任刘西尧召见上海电机厂孟庆元、汪耕及浙江大学教师。希望上海电机厂在一两个月内将12000千瓦汽轮发电机水内冷转子设计试制出来。当晚，孟庆元回厂召集有关领导干部、技术人员和工人，全面开始了设计试制“三结合”会战。

工程师

“三结合”总揽全局的总工程师孟庆元，在学生时代就对电学有浓厚的兴趣。1942年到英国利物浦大学攻读电机，1946年获博士学位，1947年又到英国电气公司和美国西屋公司实习，不断收集有关资料。但到解放后，他才获得施展抱负的机会。作为组长的汪耕，1949年毕业于交通大学电机系的电机专家，他带领会战组同志，从最薄弱的基础出发向着科学的峰颠攀登，熬过了一个又一个不眠之夜。他们根据抽象的设想从事设计，往往无从下笔，绘不出蓝图。有一个叫“拐脚”的零件，形状曲折奇特，设计人员说得出，绘不出。最后，只好跑到车间里去向工人师傅请教。工人根据设计人员的设想，边摸索，边制作，终于制成了符合设计人员设想的零件。设计人员有了实物做样子，很快就把图纸绘制出来了。

试验成功实例

浙江大学也在积极进行小型试验，并得到中共浙江省委的大力支持。1958年6月28日，省委第一书记江华接见了浙江大学参加双水内冷研究的同志。还指定萧山电机厂正要投产的一台750千瓦凸极汽轮发电机改制为3000千瓦的新型冷却电机，并指示杭州市有关部门协助浙江大学和萧山电机厂解决材料供应问题。浙江大学为了尽快通过实践证实转子绕组导体水内冷是否可行，在校本部也开辟了一个试验工场，把校内一台12.5千瓦的旧电机改制成60千瓦的新型冷却发电机进行试验，并证明水流可以通过旋转的转子，电机也不会产生振动。可是漏水的问题没有解决。当时，上海电机厂的试制工作正面临着漏水的难题。如何使静止的水进入高速旋转的转子而不泄漏，成为必须攻克的难关。当上海电机厂的工人和技术人员想尽办法还解决不了堵漏问题时，厂领导向他们提出，可到一切有水系统的机械制造部门去学习。他们了解到水泵上有转和不转的水管连接点，就到水泵厂去学习。他们了解到汽车和飞机上的油管有软和硬的连接点，就到汽车软管厂和航空部门求教。他们了解到机床液压传动是硬和硬的连接，就到机床厂去取经。他们通过取经学习，累计试了17种结构，做了90多次试验，终于解决了漏水问题，并达到预想的目的。

历史里程碑

1958年10月27日，世界上第一台1.2万千瓦3000转/分双水内冷汽轮发电机在上海电机厂诞生了。

同年12月，苏联在列宁格勒“电力”工厂召开大型汽轮发电机冷却会议。这次会议，除有苏联各大电机制造厂和研究单位参加外，还有波兰、匈牙利及中国哈尔滨电机厂副总工程师吴天霖和上海电机厂汪耕参加。吴天霖根据领导指示，在大会上宣布了中国已制成12000千瓦3000转/分双水内冷汽轮发电机的消息，引起到会代表的震惊。苏联电气工程学会会长、苏联科学通讯院士阿列克赛夫向中国代表祝贺，并把中国率先用6000千瓦转轴试制成12000千瓦3000转/分双水内冷汽轮发电机一事收集到会议论文集和会议纪要之中。这是国外对中国首先试制成双水内冷汽轮发电机的第一次报道。

运行发电

世界上第一台双水内冷汽轮发电机在上海南市电厂运行发电。但是，故障屡有发生。第一机械部和水电部有人提出不要再造双水内冷汽轮发电机，甚至主张拆除已安装试运行的机组。南市电厂为了双水内冷汽轮发电机在运行实验中不断改进而得到完善，与上海电机厂进行了密切合作。针对线圈漏水、拐脚断裂、铁质金属锈蚀、腐蚀物阻塞空心导线等问题，上海电机厂成立了12个攻关小组，到1963年上述存在的问题基本解决。

当双水内冷汽轮发电机在运行中暴露出大量问题，正处于夭折边缘的时候，上海电机厂不断得到中央领导同志的关怀。从1958年10月～1961年5月，先后有毛泽东、刘少奇、朱德、陈云、邓小平、宋庆龄、胡耀邦、彭真、贺龙、罗荣桓、聂荣臻、李富春等党和国家领导人到上海电机厂视察，给试制人员以巨大鼓舞。1963年，双水内冷汽轮发电机在电厂运行的可靠性达到空冷发电机的运行水平。

成立研究室

国家科委批准上海电机厂成立水内冷电机研究室。1963年底，水电部承认了双水内冷汽轮发电机为可用产品。

1964年4月4日，中华人民共和国科学技术委员会发出发明记录。确定发明单位为上海电机厂、浙江大学、萧山电机厂、第一机械工业部大电机研究所、上海南市电厂。

1965年2月10日，国家科委又向上海电机厂、浙江大学和南市电厂颁发了发明证书。但是，由于中国当时被西方国家全盘封锁，未能向有关国际组织申请专利。

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