西門子全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)醫(yī)治上汽“心病”

西門子的全新理念--全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，順勢而生，引領(lǐng)時(shí)代變革，可顯著提高生產(chǎn)率，推進(jìn)節(jié)能降耗的步伐。上海汽輪機(jī)廠沿用40年的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試車系統(tǒng)漸顯“廉頗老矣”，上汽下定決心對(duì)其進(jìn)行徹底改造。通過采用西門子全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不僅在規(guī)定時(shí)間內(nèi)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)醫(yī)治上汽“心病”

西門子全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這一全球首個(gè)真正針對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈提供的“一站式”解決方案，2011年5月，上海汽輪機(jī)廠超速動(dòng)平衡試驗(yàn)室驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)改造成功，便實(shí)現(xiàn)了93%的節(jié)能效果，幫助工廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排任務(wù)。西門子全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)助上汽動(dòng)平衡裝備動(dòng)力能耗成本降低93%

上海汽輪機(jī)廠被譽(yù)為“中國汽輪機(jī)搖籃”，成立于1953年，是中國第一家設(shè)計(jì)與制造汽輪機(jī)的企業(yè)，以設(shè)計(jì)、制造火電汽輪機(jī)、核電汽輪機(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)為主。在上個(gè)世紀(jì)80年代后，開始快速發(fā)展，現(xiàn)在汽輪機(jī)產(chǎn)量世界第一，年產(chǎn)量超過36000萬千瓦，銷售額100億人民幣。超速動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)每年需要試車200根左右的轉(zhuǎn)子，支持600 MW、1000 MW、1200 MW轉(zhuǎn)子試車，可試車超超臨界機(jī)組，轉(zhuǎn)子最大重量200噸。

改造前上海汽輪機(jī)廠的試驗(yàn)平臺(tái)是國內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的第一套高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置，迄今有近40年歷史。40年來超速動(dòng)平衡試車系統(tǒng)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(dān)大型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試車的專用裝備，幾十年來為汽輪機(jī)廠也為國家裝備制造業(yè)做出過重大的貢獻(xiàn)。它由測量系統(tǒng)，真空系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分組成;其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用8MW凝汽式汽輪機(jī)，由三臺(tái)20噸/小時(shí)的蒸汽鍋爐提供蒸汽來驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)。每根轉(zhuǎn)子的試車的驅(qū)動(dòng)能源成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于行業(yè)的平均水平。由于系統(tǒng)龐大，成本高企，污染嚴(yán)重，漸漸成為拖累企業(yè)發(fā)展的一樁“心病”。

高速動(dòng)平衡試驗(yàn)是汽輪機(jī)質(zhì)量的保證，是每個(gè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子必須經(jīng)過的生產(chǎn)過程。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是平衡試驗(yàn)臺(tái)的核心，為試驗(yàn)臺(tái)提供動(dòng)力。其穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)鍵。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造是一個(gè)復(fù)雜的工程，不僅涉及到供電系統(tǒng)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，電機(jī)，高速齒輪箱等系統(tǒng)，還包括基礎(chǔ)設(shè)施的改造;未知因素多。由于技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)極高，如果沒有十分把握，不敢貿(mào)然行動(dòng)，因而長期拖延。

加之每年只有3月至5月這個(gè)期間，上海汽輪機(jī)廠的大部分轉(zhuǎn)子在加工途中，測試任務(wù)少，能否在這個(gè)期間內(nèi)完成動(dòng)力系統(tǒng)的升級(jí)改造，是上汽動(dòng)平衡選擇方案的關(guān)鍵因素。

企業(yè)當(dāng)時(shí)面臨兩難選擇：改造超速動(dòng)平衡試驗(yàn)室的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，一旦驅(qū)動(dòng)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(chǎn)任務(wù)，影響經(jīng)濟(jì)效益。不改造，能源成本過高，同時(shí)影響企業(yè)十二五的節(jié)能減排指標(biāo)的完成。蒸汽鍋爐還存在污染嚴(yán)重，噪音擾民等嚴(yán)重影響企業(yè)社會(huì)聲譽(yù)的問題。

當(dāng)西門子把《動(dòng)平衡測試平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造方案》提交到上海汽輪機(jī)廠領(lǐng)導(dǎo)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(dòng)系統(tǒng)選擇了2臺(tái)5MW SINAMICS GM150變頻調(diào)速裝置和2臺(tái)4MW H-Compact PLUS高壓電機(jī)。齒輪箱選擇了1臺(tái)9MW 1:2.5具有調(diào)節(jié)裝置的定制弗蘭德齒輪箱。還有3臺(tái)定制的高性能絕緣聯(lián)軸器，1臺(tái)定制的輔助齒輪箱。自動(dòng)控制系統(tǒng)使用了SIMATIC S7-300 PLC和WinCC系統(tǒng)。整個(gè)方案全部采用西門子產(chǎn)品，使用通用的軟件，標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，設(shè)計(jì)、運(yùn)行在統(tǒng)一的環(huán)境，完美支持整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理，特別是對(duì)設(shè)計(jì)和運(yùn)行階段的完善支持。不必為不同系統(tǒng)的接口不匹配做額外的工作，從而簡化參數(shù)設(shè)置、調(diào)試和診斷操作，最終大大縮短組態(tài)時(shí)間，完全可以保障驅(qū)動(dòng)升級(jí)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。

因此上海汽輪機(jī)廠做出了現(xiàn)在看來非常正確，而當(dāng)初意味著必須承受很大壓力的兩條決定，一是甘冒風(fēng)險(xiǎn)，采用當(dāng)今最先進(jìn)的高壓交流變頻調(diào)速技術(shù);二是由于國內(nèi)沒有可以參考的項(xiàng)目，所以改造技術(shù)整體解決方案只能依靠企業(yè)與西門子協(xié)作解決，這需要對(duì)西門子解決方案擁有十二分的信心。

在工程的實(shí)施過程，上汽動(dòng)平衡更加體會(huì)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(shí)施過程中，出現(xiàn)的所有技術(shù)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(zé)任的問題，大大提高了安裝，調(diào)試的速度。page

橫向驅(qū)動(dòng)總成，能效提高

超速動(dòng)平衡試驗(yàn)室要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速下有較大的啟動(dòng)扭矩，可快速啟動(dòng)，制動(dòng)。在通過轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速時(shí)具有高扭矩功能，能使轉(zhuǎn)子快速經(jīng)過其臨界轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)與增速齒輪箱聯(lián)接，將轉(zhuǎn)速升速到轉(zhuǎn)子試驗(yàn)要求轉(zhuǎn)速。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)是動(dòng)力源，提供驅(qū)動(dòng)力;通過增速齒輪箱提高轉(zhuǎn)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(yàn)轉(zhuǎn)子，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，起到軸向連接的作用;同時(shí)具有調(diào)節(jié)軸向位移的功能(可軸向±40mm移動(dòng))，便于與試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的聯(lián)接，起到調(diào)節(jié)作用;配有盤車電機(jī)，具有盤車功能;配有軸向止推軸承，可承受試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的軸向推力;設(shè)有動(dòng)密封裝置，減少由大氣側(cè)泄露到真空艙內(nèi)的空氣量等。

該方案全部采用西門子的整體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電機(jī)、齒輪箱、聯(lián)軸器等連接到驅(qū)動(dòng)總線的所有產(chǎn)品。機(jī)械傳動(dòng)部分，設(shè)計(jì)統(tǒng)一、接口通用、標(biāo)準(zhǔn)一致，因而功能集成簡單，機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)一致，采用通用性產(chǎn)品，即可達(dá)到機(jī)械傳動(dòng)效率最優(yōu)，能源效率高，節(jié)能效果更好。

上汽動(dòng)平衡動(dòng)力系統(tǒng)改進(jìn)后，每根轉(zhuǎn)子的平均驅(qū)動(dòng)能源成本大幅下降，節(jié)約成本達(dá)93%。以每年試車180根轉(zhuǎn)子，每年為企業(yè)節(jié)約資金1000萬元。使用西門子驅(qū)動(dòng)方案后，在節(jié)能技術(shù)方面，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。