西門子的全新理念--全集成驅動系統,順勢而生,引領時代變革,可顯著提高生產率,推進節(jié)能降耗的步伐。上海汽輪機廠沿用40年的轉子動平衡試車系統漸顯“廉頗老矣”,上汽下定決心對其進行徹底改造。通過采用西門子全集成驅動系統,不僅在規(guī)定時間內完成了改造,還大幅降低了能耗,節(jié)能率超過90%。
西門子全集成驅動系統醫(yī)治上汽“心病”
西門子全集成驅動系統,這一全球首個真正針對整個驅動鏈提供的“一站式”解決方案,2011年5月,上海汽輪機廠超速動平衡試驗室驅動系統技術改造成功,便實現了93%的節(jié)能效果,幫助工廠實現節(jié)能減排任務。西門子全集成驅動系統助上汽動平衡裝備動力能耗成本降低93%
上海汽輪機廠被譽為“中國汽輪機搖籃”,成立于1953年,是中國第一家設計與制造汽輪機的企業(yè),以設計、制造火電汽輪機、核電汽輪機和重型燃氣輪機為主。在上個世紀80年代后,開始快速發(fā)展,現在汽輪機產量世界第一,年產量超過36000萬千瓦,銷售額100億人民幣。超速動平衡試驗臺每年需要試車200根左右的轉子,支持600 MW、1000 MW、1200 MW轉子試車,可試車超超臨界機組,轉子最大重量200噸。
改造前上海汽輪機廠的試驗平臺是國內自主研發(fā)設計的第一套高速動平衡試驗裝置,迄今有近40年歷史。40年來超速動平衡試車系統一直是上汽廠引以為豪的核心裝備,一度是華東地區(qū)唯一能承擔大型轉子動平衡試車的專用裝備,幾十年來為汽輪機廠也為國家裝備制造業(yè)做出過重大的貢獻。它由測量系統,真空系統和驅動系統三部分組成;其中驅動系統用8MW凝汽式汽輪機,由三臺20噸/小時的蒸汽鍋爐提供蒸汽來驅動汽輪機。每根轉子的試車的驅動能源成本遠遠高于行業(yè)的平均水平。由于系統龐大,成本高企,污染嚴重,漸漸成為拖累企業(yè)發(fā)展的一樁“心病”。
高速動平衡試驗是汽輪機質量的保證,是每個汽輪機轉子必須經過的生產過程。驅動系統是平衡試驗臺的核心,為試驗臺提供動力。其穩(wěn)定運行是關鍵。驅動系統改造是一個復雜的工程,不僅涉及到供電系統,冷卻水循環(huán)系統,電機,高速齒輪箱等系統,還包括基礎設施的改造;未知因素多。由于技術風險極高,如果沒有十分把握,不敢貿然行動,因而長期拖延。
加之每年只有3月至5月這個期間,上海汽輪機廠的大部分轉子在加工途中,測試任務少,能否在這個期間內完成動力系統的升級改造,是上汽動平衡選擇方案的關鍵因素。
企業(yè)當時面臨兩難選擇:改造超速動平衡試驗室的動力驅動裝置,一旦驅動裝置不穩(wěn)定,或者工期拖延有可能影響企業(yè)的全年生產任務,影響經濟效益。不改造,能源成本過高,同時影響企業(yè)十二五的節(jié)能減排指標的完成。蒸汽鍋爐還存在污染嚴重,噪音擾民等嚴重影響企業(yè)社會聲譽的問題。
當西門子把《動平衡測試平臺驅動系統改造方案》提交到上海汽輪機廠領導面前,上汽廠終于下定了改造的決心。該解決方案中大型傳動系統選擇了2臺5MW SINAMICS GM150變頻調速裝置和2臺4MW H-Compact PLUS高壓電機。齒輪箱選擇了1臺9MW 1:2.5具有調節(jié)裝置的定制弗蘭德齒輪箱。還有3臺定制的高性能絕緣聯軸器,1臺定制的輔助齒輪箱。自動控制系統使用了SIMATIC S7-300 PLC和WinCC系統。整個方案全部采用西門子產品,使用通用的軟件,標準的服務,設計、運行在統一的環(huán)境,完美支持整個產品生命周期管理,特別是對設計和運行階段的完善支持。不必為不同系統的接口不匹配做額外的工作,從而簡化參數設置、調試和診斷操作,最終大大縮短組態(tài)時間,完全可以保障驅動升級在規(guī)定時間內完成。
因此上海汽輪機廠做出了現在看來非常正確,而當初意味著必須承受很大壓力的兩條決定,一是甘冒風險,采用當今最先進的高壓交流變頻調速技術;二是由于國內沒有可以參考的項目,所以改造技術整體解決方案只能依靠企業(yè)與西門子協作解決,這需要對西門子解決方案擁有十二分的信心。
在工程的實施過程,上汽動平衡更加體會到了西門子方案的優(yōu)越性,由于所有方案都是西門子一家提供的,在實施過程中,出現的所有技術問題,西門子挺身而出,毫不推托,解決問題效率高。避免了以前多家企業(yè)參與的方案中,各家企業(yè)推卸責任的問題,大大提高了安裝,調試的速度。page
橫向驅動總成,能效提高
超速動平衡試驗室要求驅動系統在低轉速下有較大的啟動扭矩,可快速啟動,制動。在通過轉子臨界轉速時具有高扭矩功能,能使轉子快速經過其臨界轉速。驅動與增速齒輪箱聯接,將轉速升速到轉子試驗要求轉速。
驅動系統中,電機是動力源,提供驅動力;通過增速齒輪箱提高轉速;增速齒輪箱的輸出與中間軸連接,中間軸裝置作為大氣環(huán)境與真空環(huán)境的過渡裝置,將扭矩傳遞給試驗轉子,并帶動轉子高速旋轉,起到軸向連接的作用;同時具有調節(jié)軸向位移的功能(可軸向±40mm移動),便于與試驗轉子的聯接,起到調節(jié)作用;配有盤車電機,具有盤車功能;配有軸向止推軸承,可承受試驗轉子的軸向推力;設有動密封裝置,減少由大氣側泄露到真空艙內的空氣量等。
該方案全部采用西門子的整體驅動系統,包括電機、齒輪箱、聯軸器等連接到驅動總線的所有產品。機械傳動部分,設計統一、接口通用、標準一致,因而功能集成簡單,機械標準一致,采用通用性產品,即可達到機械傳動效率最優(yōu),能源效率高,節(jié)能效果更好。
上汽動平衡動力系統改進后,每根轉子的平均驅動能源成本大幅下降,節(jié)約成本達93%。以每年試車180根轉子,每年為企業(yè)節(jié)約資金1000萬元。使用西門子驅動方案后,在節(jié)能技術方面,達到了國際領先水平。