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專題聚焦

十萬空分——澎湃民族芯 共筑中國夢

——我國首套國產10萬Nm3/h空分裝置壓縮機組紀實

2016/09/24

 

 

 

開篇

由沈鼓集團自主研發的我國首套國產10萬Nm³/h空分裝置壓縮機組在沈鼓營口試驗基地圓滿完成全負荷性能試驗。機組振幅值均小于25微米,整機效率超過89%,各項機械性能及氣動性能指標均達到國際先進水平。

 

第一章:鼎力沈鼓 鑄就重器

我國是一個“缺油、少氣、富煤”的國家,發展煤炭深加工是我國減少對進口石油和天然氣的依賴和調整能源結構的重要選擇。

壓縮機組是為整個煤化工工藝流程提供動力的“心臟設備”。目前,國家在建和待核準的煤化工項目中,需要大量10萬等級空分壓縮機組,然而,其核心技術長期被少數外國公司所壟斷。我國大型空分裝置壓縮機組全部依賴進口,因此,該機組的國產化不僅可以為國家和用戶節省大量投資,更關系到國民經濟安全,實現此類機組的國產化迫在眉睫!

2011年10月28日,國家能源局組織了關于神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目關鍵設備國產化工作會議。會議決定10萬空分裝置及其配套的壓縮機機組作為國產化重點。國家的重托給沈鼓集團提供了難得的歷史機遇。

10萬空分裝置用大型空氣壓縮機組設計制造難度很大,為確保首臺套機組研制萬無一失,產品出廠前必須做全速全壓全負荷性能試驗。該機組功率超過6萬千瓦,當時國內沒有任何一家企業具備試驗能力,而GE、愛利奧特、西門子等歐美著名透平壓縮機制造廠家都具有9-13萬千瓦試驗能力。2012年,國家能源局批準沈鼓集團承擔國家《大型透平壓縮機組研發(實驗)中心建設項目》,投入7億元資金在營口基地建設國內唯一、世界領先的10萬千瓦試車臺位。該試驗臺可以按照用戶現場實際運行參數要求,將包括空壓機和增壓機的壓縮機組主機、汽輪機、輔機、控制系統等全部設備聯動進行試驗。這既是對用戶的莊嚴承諾,也是提升國內壓縮機組試驗能力和國際競爭力的需要。

沈鼓集團以雄厚的設計制造和試驗技術優勢、可靠的技術方案,贏得了用戶和國家的信任,承擔了研制10萬空分機組這一艱巨而光榮的任務。沈鼓集團與杭氧集團、杭汽輪集團合作,組成了聯合攻關團隊,將攜手實現超大型空分裝置“中國芯”的跳動。

 

第二章:研發之路 勇往直前

為了滿足裝置大流量、大壓比、高效率的要求,空壓機采用全新的“軸流+離心”共軸結構,增壓機采用多軸多級齒輪組裝式,無論是機組的空氣動力設計、強度和穩定性分析、整體設計優化,還是關鍵零部件加工制造工藝,空壓機、增壓機全負荷方案等,都凝結著沈鼓人和聯合研發團隊的智慧、心血和不懈的努力。

沈鼓集團早在十幾年前就致力于大型空分裝置壓縮機的開發,先后開發了3.5萬空分裝置空壓機、5萬空分裝置多軸多級齒輪組裝式增壓機樣機,解決了高效葉輪模型級、轉子穩定性、核心部件材料及強度分析等技術難題。先后向用戶成功提供了4萬、5.2萬空分裝置用壓縮機組,為研制10萬空分空氣壓縮機組做了充分的技術儲備。

大型空氣壓縮機組研制過程,充分體現了沈鼓人的創新精神和嚴謹的科學態度,設立了 50多項研究課題,開展了300多個風險點評估及消除技術研究,先后攻克了大輪轂比混流式和小輪轂比高馬赫數的高效葉輪設計、多種復雜流動的協同耦合、特型結構轉子動力學分析、轉子和定子的復雜聯接結構、機組裝置成套設計、復雜工況控制及調節等一系列技術難題。

 

第三章:攻克難關 制造精品

沈鼓集團擁有國內最先進的加工裝備和工藝技術,保證了所有關鍵零部件的加工精度和質量。

該產品所有葉輪均采用世界最前沿的整體銑制、電火花加工、端齒加工等先進技術;為減少轉子重量,空壓機主軸采用空心軸、分段式結構,軸段配合間隙僅有頭發絲直徑的1/10;直徑達1.5米的超大葉輪、近8米長的主軸、重達29噸的轉子,給轉子的加工和裝配都提出了極高的要求;成功開發了端齒加工技術和葉輪雙懸型轉子的高速動平衡技術;大型機殼焊接及加工有效避免了鑄造缺陷,保證了產品整體質量。

全新的設計結構,超大型的機組制造和裝配,特型部件的穩固吊裝,一系列高難度的制造和裝配過程,代表著中國透平壓縮機制造業的最高水平。大型龍門銑、五坐標加工中心、焊接機器人等200余臺套大型高、精、稀設備,五坐標測量儀、超聲波探傷儀等400余臺套先進檢測設備,為產品的加工制造提供了堅實保障。

 

第四章:反復試驗“芯”潮澎湃

建設10萬千瓦透平壓縮機試驗臺,不僅是研制10萬空分壓縮機的需要,也是開發15萬空分、大型天然氣液化裝置等更大型壓縮機的需要,是國家裝備研制能力的體現。國家的需要就是沈鼓的行動。

試驗臺建設和機組試驗技術難度高,工作量巨大,為了完成壓縮機組的各項試驗,沈鼓人攻克了所有試驗設備及管路裝配、蒸汽供給系統打靶、雙控制系統組態、水電氣及蒸汽等全系統運行操作等難關,具備全面試驗能力的試車臺為機組的試驗提供了可靠保障。

10萬空分機組出廠試驗過程極其復雜,在8個月時間里,分別進行了汽輪機、空壓機、增壓機單機的機械運轉試驗和性能試驗,以及壓縮機組聯動的機械運轉試驗和全負荷性能試驗等共9類試驗。

自2015年7月23日到8月3日,由沈鼓集團、杭汽輪集團、杭氧集團研發團隊自主研發的10萬空分機組先后三次成功進行了全負荷性能試驗,各項性能指標均滿足設計要求并優于國際標準,達到了國際先進水平。

通過以上試驗,包括鍋爐及其蒸汽供給系統、循環水系統、控制和監測系統等9大系統在內的沈鼓營口大型產品制造試驗基地經受住了全面考驗。這標志著沈鼓集團已經完全具備15萬等級空分裝置壓縮機組的設計、制造、試驗能力,也為超大型乙烯、LNG、管道輸送等裝置用壓縮機的研制和試驗打下堅實基礎。

 

尾聲

由沈鼓集團、杭汽輪集團和杭氧集團研發團隊研發的10萬空分機組全負荷試驗成功,可以鄭重宣告10萬空分裝置第一次用上了“中國芯”,圓了中國制造業長久以來的“中國夢”。夢圓之旅得到了國家能源局等國家有關部門、各級地方政府、中國機械工業聯合會的高度重視和組織協調,得到了神華寧煤用戶的大力支持和配合,是“政、產、學、研、用”共同推進重大裝備國產化的典范。

此前,沈鼓集團曾先后為國家提供了百萬噸乙烯、千萬噸煉油、天然氣管線輸送、大型LNG等裝置用壓縮機組,一百五十噸大推力往復式壓縮機組、一千兆瓦三代核電站用泵等數百套國產化首臺套設備。

沈鼓集團和聯合研發團隊承載著國家和民族的期望,為“中國裝備、裝備中國、裝備世界”,實現中華民族的偉大復興、工業現代化和小康社會的“中國夢”而矢志不渝,樹立起屬于中國人的一座再一座新的豐碑!

 
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