能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是人類生產(chǎn)和生活必需的基本物質(zhì)保障。我國是一能源生產(chǎn)大國，也是一個(gè)能源消費(fèi)大國。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)能源的需求越來越高。“十五”以來，我國電力工業(yè)得到飛快發(fā)展。

　　截止2007年底，中國裝機(jī)容量累計(jì)約達(dá)到6.8億kW ，發(fā)電量約3萬億kWh。電力裝機(jī)容量排名世界第二，但還是不能完全滿足發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平對(duì)能源需求，人均裝機(jī)容量僅約0.45kW。

　　長期以來，我國電力供應(yīng)主要依賴火力發(fā)電?！笆濉逼陂g，我國提出了調(diào)整能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略，積極推進(jìn)核電、風(fēng)電等清潔能源多元化能源供應(yīng)，改變過渡依賴煤炭能源的局面。根據(jù)我國“十一五”期間電力工業(yè)“優(yōu)化發(fā)展火電、有序發(fā)展水電、積極發(fā)展核電、加快發(fā)展氣電、大力發(fā)展風(fēng)電”的發(fā)展方針，規(guī)劃到2010年在運(yùn)行的核電裝機(jī)容量超過1200萬kW，到2020年在運(yùn)行裝機(jī)容量4000萬kW；2015年風(fēng)電裝機(jī)容量1500萬kW，2020年裝機(jī)容量要達(dá)到4000~6000萬kW。

　　1 我國核電和風(fēng)電的現(xiàn)狀和需求

　　1.1 核電

　　我國的核電工業(yè)起步較晚，核電設(shè)備的制造能力有限。迄今為止，我國已建了4個(gè)核電站，共11個(gè)核電機(jī)組，總裝機(jī)容量870萬kW，在國家電能源中的比重很小。目前，我國正處于電力需求高速增長期，高效、清潔的核電列為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象，并提出我國核電發(fā)展戰(zhàn)略。核電發(fā)展基本思路是以市場需求為導(dǎo)向，以安全供應(yīng)為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟(jì)效益為中心，加快建設(shè)，滾動(dòng)發(fā)展；自主開發(fā)與技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合，以成熟的壓水堆起步，發(fā)展國際先進(jìn)堆型；加強(qiáng)管理，降低成本，增強(qiáng)競爭力，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的有機(jī)結(jié)合。從長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源需求來看，中國將成為世界最大的核電市場。

　　我國核電裝備制造業(yè)主要集中在華東、西南、東北三地，形成三國爭雄之勢。這三個(gè)地區(qū)不僅是我國核電裝備制造基地，也是火電和水電裝備的制造基地。上海電氣核電設(shè)備有限公司投巨資在臨港建造的核電裝備制造基地，已經(jīng)初具規(guī)模，將達(dá)到成套生產(chǎn)核電站核島中主要部件的能力。東北地區(qū)則以哈電為核心，輔以一重的大型鑄鍛件的優(yōu)勢，形成核電裝備生產(chǎn)能力。西南的東方集團(tuán)也具有一定生產(chǎn)核電裝備的能力。

　　按照《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》確定的我國核電發(fā)展目標(biāo)，到2010年在運(yùn)行核電裝機(jī)容量1200萬千瓦，到2020年新建31座核電站，在運(yùn)行裝機(jī)容量4000萬kW，在建核電裝機(jī)容量1800萬kW。我國今后每年至少要新開工建設(shè)2個(gè)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組，總共需要投資數(shù)千億元。按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，核電裝備投資占到核電站總投資的55%左右，裝備投資中約40%用于購買各種機(jī)床設(shè)備。

　　1.2 風(fēng)電

　　自2005年我國通過《可再生能源法》后，國內(nèi)風(fēng)電發(fā)展很快。2005年我國風(fēng)電裝機(jī)容量為127萬kW，2006年新增100萬kW，發(fā)展速度非常快，到2008年我國風(fēng)電裝機(jī)容量將在世界上排名第2位。目前，我國風(fēng)電設(shè)備的生產(chǎn)制造，從由國外提供成套設(shè)備或引進(jìn)技術(shù)和部件在國內(nèi)組裝，逐漸向自主研制開發(fā)轉(zhuǎn)變，國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，制造廠家不斷增加，已經(jīng)形成相當(dāng)大的制造能力，而且不少地方都在擴(kuò)建和新建風(fēng)電設(shè)備制造能力。目前，國內(nèi)風(fēng)電整機(jī)設(shè)備制造企業(yè)主要有金風(fēng)科技、維德風(fēng)電、大連重工、四川東汽等，變速箱（升速箱）的主要生產(chǎn)廠則有南高齒。但是，我國風(fēng)電設(shè)備制造生產(chǎn)正處在初級(jí)階段，成套能力嚴(yán)重不足，無法滿足國內(nèi)對(duì)風(fēng)電設(shè)備迅速發(fā)展的需要，國產(chǎn)風(fēng)機(jī)設(shè)備的市場占有率很低，大部分依靠進(jìn)口。

　　我國可開發(fā)利用的風(fēng)能資源豐富，主要分布在西北、華北、東北以及東部沿海和島嶼等地帶。但目前利用率低，風(fēng)力發(fā)電前景廣闊。由于風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電成本不斷降低以及減少環(huán)境污染的成本，使風(fēng)電站的單位發(fā)電量（kW）造價(jià)與火電和水電相已相差不大?！犊稍偕茉捶ā穼L(fēng)電作為鼓勵(lì)發(fā)展的重點(diǎn)，因此國內(nèi)很多省份都在大力增加對(duì)風(fēng)電的投資。到2015年風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到1500萬kW，2020年裝機(jī)容量規(guī)劃將達(dá)到4000~6000萬kW。很多省、自治區(qū)都做了大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的規(guī)劃。

　　2  核電和風(fēng)電裝備特點(diǎn)及需求

　　2.1 核電裝備特點(diǎn)及需求

　　核電站的裝備主要包括三部分：核島（一回路）、常規(guī)島（二回路）、輔助裝備等。其工作原理是：一回路和二回路經(jīng)過蒸汽發(fā)生器進(jìn)行熱交換：一回路的水將核裂變產(chǎn)生的熱量帶至蒸汽發(fā)生器，將二回路的水變成蒸汽，經(jīng)過穩(wěn)壓器，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，蒸汽經(jīng)過三回路冷凝成水，再回到蒸汽發(fā)生器再加熱變成蒸汽，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。人們通常將一回路稱為核島部分，將二回路為常規(guī)島部分。

　　（1）核島部分

　　核島部分主要由反應(yīng)堆堆芯、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器和主泵組成，其中反應(yīng)堆堆芯包括壓力容器、核燃料棒束、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件。常規(guī)島由水泵、汽水分離器、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、蒸汽凝結(jié)器等組成。此外有支持系統(tǒng)正常運(yùn)行和保證反應(yīng)堆安全的輔助設(shè)備。這些是核電站設(shè)備的主要組成部分。完成這些設(shè)備的主要部件的制造可分為以下幾種類型，需要不同機(jī)床設(shè)備進(jìn)行加工。

　　壓力容器殼體、蒸汽發(fā)生器殼體、穩(wěn)壓器殼體等大型圓桶類部件，基本上屬于兩端帶有封頭的圓桶型部件，但直徑和高度有所不同。壓力容器和蒸汽發(fā)生器的直徑取決于核電站發(fā)電機(jī)組的大小。目前，主要生產(chǎn)百萬千瓦級(jí)核電設(shè)備，壓力容器的直徑在φ5m~8m或更大，長度約20m,分為4~5節(jié)，焊接而成，材料為特種鋼。毛坯為圓柱型鍛件，需要萬噸壓力機(jī)鍛壓成型。后續(xù)切削加工需要超重型數(shù)控立式車床、超重型數(shù)控臥式車床、大鏜桿多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控鏜銑床、數(shù)控龍門鏜銑床、五軸聯(lián)動(dòng)車銑中心等。這些設(shè)備規(guī)格大，對(duì)于加工精度、主軸轉(zhuǎn)速和快速移動(dòng)等參數(shù)并沒有特別要求，但是由于這些工件的價(jià)格昂貴，而且沒有備件，要求成品率必須100%，因此對(duì)機(jī)床的可靠性和穩(wěn)定性有很高的要求。

　　主泵設(shè)備。一座核電站需要10多種200多臺(tái)各種類型的泵。這些泵都屬于離心泵系列。其中主泵（1級(jí)泵）是位于核島心臟部位的關(guān)鍵部件，是核電運(yùn)轉(zhuǎn)控制水循環(huán)的關(guān)鍵，屬于核電站的一級(jí)設(shè)備，每個(gè)蒸汽發(fā)生器有一個(gè)主泵。核島中主泵的結(jié)構(gòu)并不比其它泵復(fù)雜，但是要求極高，要求具有絕對(duì)的可靠性，是核反應(yīng)堆中唯一國內(nèi)目前做不了的設(shè)備，完全依賴整機(jī)進(jìn)口。主要是因?yàn)橹鞅靡筮B續(xù)運(yùn)行至少30年不準(zhǔn)出現(xiàn)任何問題。主泵直徑約φ2m，高5m~6m，其主要部件分為兩類：承壓部件（包括泵體、泵蓋、主螺栓、主螺母等）和功能部件（包括葉輪、葉軸、密封件等）。目前，沈鼓正在與美國西屋公司進(jìn)行聯(lián)合研制，總體新設(shè)計(jì)還沒有完成。除了1級(jí)主泵外，還有多種2級(jí)、3級(jí)泵，各種泵的名稱和功能不一樣，但是原理基本一樣。如安全殼噴淋泵，該泵平時(shí)不用，只有發(fā)生故障時(shí)使用，要求在6s內(nèi)啟動(dòng)，起到降溫的作用。這些泵的加工基本上包括了車、銑、鏜，鉆、攻絲等工序。

　　承壓部件（包括泵體、泵蓋、主螺栓、主螺母等）。泵體和泵蓋加工需要的設(shè)備主要有大型數(shù)控立式車床、數(shù)控落地銑鏜床、龍門加工中心等設(shè)備。

　　主螺栓、主螺母等加工比一般螺栓和螺母要求高，但是主要是材料和刀具選擇問題。

　　功能部件（包括葉輪、葉輪軸、密封件等）。葉輪和葉輪軸加工需要的設(shè)備主要有五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、數(shù)空車床，大型數(shù)控臥式車床等。

　　（2）常規(guī)島部分

　　常規(guī)島部分主要由蒸汽輪機(jī)組、發(fā)電機(jī)組、水泵、汽水分離器等組成。

　　蒸汽輪機(jī)。核電蒸汽輪機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)都與火電（燃煤）蒸汽輪機(jī)相同，不同之處在于同等發(fā)電容量的蒸汽輪機(jī)組，核電蒸汽輪的直徑比火電蒸汽輪機(jī)要大一些，使用的材料也有部分不同，制造要求更高。主要加工零件有葉片、定子、轉(zhuǎn)子等。主要加工機(jī)床有用于加工葉片的不同型號(hào)（最大葉片長度超過1600mm）4~5軸聯(lián)動(dòng)加工中心，用于加工轉(zhuǎn)子的數(shù)控重型臥式車床、數(shù)控葉根槽銑床，用于加工定子的數(shù)控大型落地銑鏜床、數(shù)控龍門鏜銑床、大型定子專用機(jī)床等，如加工一個(gè)重達(dá)200多t的60萬kW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，需要回轉(zhuǎn)直徑φ3.5m~5.0m、長15m~20m的重型臥車，加工渦輪葉片需要五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，加工中壓缸、高壓缸需要龍門寬7.5m~8m，長22m的數(shù)控龍門鏜銑床和重型數(shù)控立式車床以及鏜桿直徑φ200m~260mm的數(shù)控落地銑鏜床等。對(duì)這些機(jī)床并沒有特殊的要求，一般情況下，具有能滿足火電蒸汽輪機(jī)加工需要的機(jī)床，基本上也能滿足核電蒸汽輪機(jī)加工的要求。在這些機(jī)床設(shè)備中，大部分中小型葉片加工用4~5軸聯(lián)動(dòng)加工中心和轉(zhuǎn)子主軸加工用數(shù)控臥式車床等，國內(nèi)基本可以滿足要求。但是大型葉片加工用加工中心和數(shù)控葉根槽銑床等數(shù)控機(jī)床主要依靠進(jìn)口。

　　發(fā)電機(jī)。核電發(fā)電機(jī)與火電發(fā)電機(jī)基本相同，兩者的加工設(shè)備也沒有什么不同。在一般情況下，能滿足火電發(fā)電機(jī)加工需要的機(jī)床，基本上也能滿足核電發(fā)電機(jī)加工的要求。主要加工件有定子、轉(zhuǎn)子等。主要加工機(jī)床有用于加工轉(zhuǎn)子的數(shù)控重型臥式車床、數(shù)控轉(zhuǎn)子槽銑床，用于加工定子的數(shù)控大型落地銑鏜床、大型定子專用機(jī)床等。目前，在這些需要的高檔數(shù)控機(jī)床中 ，部分機(jī)床國內(nèi)可以滿足需要，但是部分機(jī)床設(shè)備如數(shù)控轉(zhuǎn)子槽銑床等仍然依靠進(jìn)口。

　　水泵。主要由專業(yè)水泵生產(chǎn)廠提供，加工設(shè)備沒有特殊要求。

　　汽水分離器。屬于容器類，主要是圓桶類零件加工，主要設(shè)備是卷板機(jī)、焊接設(shè)備等。

　　（3）輔助裝備部分

　　輔助裝備部分主要是指支持核反應(yīng)堆系統(tǒng)正常運(yùn)行和保證反應(yīng)堆安全的輔助設(shè)備。主要輔助裝備包括核反應(yīng)堆控制設(shè)備、各種儀器儀表、各種管道、閥門、冷卻裝置以及各種核輻射防護(hù)設(shè)備等。
這些輔助裝備的制造加工，其所需要的機(jī)床設(shè)備沒有特殊要求，國產(chǎn)機(jī)床基本可以滿足需要。

　　2.2 風(fēng)電裝備特點(diǎn)和需求

　　風(fēng)力發(fā)電站裝備主要包括以下幾部分：變速箱（升速箱）部分、發(fā)電機(jī)組、葉片部分、塔基和變電站等。目前，風(fēng)力發(fā)電逐漸向大功率機(jī)組發(fā)展，而且技術(shù)上要求很高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求可靠、壽命周期長，因此零部件的精度、功能要求高。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組的原理和結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，未來的風(fēng)電機(jī)組在向結(jié)構(gòu)簡單化，體積減小的方向發(fā)展。目前，我國正在開發(fā)無齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。如哈爾濱發(fā)電設(shè)備集團(tuán)的發(fā)電設(shè)備工程研究中心開發(fā)了無齒輪箱變速變漿永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，正在研制“變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”和“直驅(qū)型變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”等。代替帶齒輪箱傳動(dòng)的異步發(fā)電機(jī)組，具有制造成本降低，運(yùn)行可靠，維修簡便等優(yōu)點(diǎn)。并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

　　目前，正在生產(chǎn)最多的是有齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，完成其各種部件的制造，需要不同機(jī)床設(shè)備進(jìn)行加工。

　　（1）齒輪變速箱（升速箱）

　　風(fēng)機(jī)的變速箱主要由箱體、行星輪系和變速機(jī)構(gòu)等組成。

　　變速箱體加工。該箱體屬于大型箱體，根據(jù)發(fā)電量的不同，直徑在約φ2m~3m，大部分為分體結(jié)構(gòu)。加工需要鏜桿直徑約φ160mm~250 mm的數(shù)控落地銑鏜床，大型臥式加工中心、龍門加工中心等，要求精度保持性要好，加工精度要求較高。目前主要使用的是進(jìn)口設(shè)備。

　　齒輪加工。變速箱內(nèi)的齒輪加工量很大，需要對(duì)大型內(nèi)齒圈、圓柱直齒輪和斜齒輪等齒輪進(jìn)行成批生產(chǎn)。主要加工設(shè)備為大型數(shù)控立式滾齒機(jī)、數(shù)控插齒機(jī)、數(shù)控磨齒機(jī)等。這些齒輪加工機(jī)床中，大規(guī)格數(shù)控齒輪機(jī)床普遍要求高效、重載、重切、剛性好的特點(diǎn)，主要依靠進(jìn)口，中小型使用國產(chǎn)。其中大規(guī)格、大模數(shù)齒輪和齒圈采用數(shù)控成型銑齒機(jī)和數(shù)控成型磨齒機(jī)，數(shù)控成型銑齒機(jī)要求大切深、大進(jìn)給、滾速高。數(shù)控成型磨齒機(jī)要求精度達(dá)到5級(jí)以上，自動(dòng)化程度高、自動(dòng)調(diào)心、自動(dòng)測量、自動(dòng)修形、穩(wěn)定性高。目前，國內(nèi)制造風(fēng)電用變速箱的企業(yè)主要有南高齒。該廠生產(chǎn)任務(wù)非常忙，長期3班倒，還是不能完全滿足市場需求，因此要求加工設(shè)備穩(wěn)定、可靠，目前該廠使用的齒輪加工機(jī)床基本上是進(jìn)口設(shè)備。

　?。?）發(fā)電機(jī)組

　　風(fēng)電用發(fā)電機(jī)組的原理和結(jié)構(gòu)與火電等其它發(fā)電機(jī)基本一樣。風(fēng)電大都使用千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)，比火電使用的萬千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)，屬于不同級(jí)別的機(jī)組，從制造角度上看沒有太大難度，能制造火電發(fā)電機(jī)組的企業(yè)，一般都能滿足制造風(fēng)電用發(fā)電機(jī)組的要求。但是，風(fēng)電發(fā)電機(jī)要求使用壽命達(dá)到20年以上，對(duì)其穩(wěn)定性和可靠性要求更高。另外，風(fēng)電采用變頻聯(lián)調(diào)和空—空冷卻等設(shè)備，也有一些特殊的要求。

　　（3）葉片

　　風(fēng)機(jī)的葉片大多采用環(huán)氧玻璃纖維或碳纖維等復(fù)合材料制作。葉片設(shè)計(jì)主要采用全三維氣動(dòng)仿真和結(jié)構(gòu)有限元仿真，使用真空灌注工藝進(jìn)行葉片生產(chǎn)。機(jī)械加工較少，部分需要沖切成型。

　　葉片的變槳機(jī)構(gòu)主要有變槳電機(jī)、減速器和變槳控制器等。對(duì)制造設(shè)備沒有特殊要求，國內(nèi)機(jī)床可以滿足需求。

　　偏航機(jī)構(gòu)主要部件是帶內(nèi)外齒的大型軸承和4個(gè)小齒論和變速裝置等。該種大型軸承目前國內(nèi)還不能制造，主要依靠進(jìn)口。國內(nèi)“天馬股份”將進(jìn)行偏航機(jī)構(gòu)用的大型軸承開發(fā)制造。其加工設(shè)備主要是一些要求較高的專用機(jī)床裝備，如CCMT2008展覽會(huì)上，齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司展出的三臺(tái)大型數(shù)控專用機(jī)床，就是為加工制造風(fēng)電大型齒輪的設(shè)備。

　　（4）塔桶

　　千瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電塔桶一般采用普通鋼板材料，輥壓卷曲焊接而成。其直徑約φ3m~5 m，高約80 m，內(nèi)部設(shè)有升降機(jī)構(gòu)。制造的設(shè)備主要需要大型卷板機(jī)和焊接設(shè)備，大型切割設(shè)備等。

　　3 小結(jié)

　　我國核電和風(fēng)電裝備制造業(yè)起步較晚，屬于新興制造業(yè)，原有基礎(chǔ)較差。但是，近幾年發(fā)展很快，進(jìn)入快速增長期，成為電力工業(yè)新的增長點(diǎn)，在電力行業(yè)中所占比重逐漸增加。國家重視核電和風(fēng)電的發(fā)展，主要是在能源短缺和環(huán)境惡化雙重壓力下，進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源政策戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移的結(jié)果。

　　核電和風(fēng)電是屬于新興產(chǎn)業(yè)，需要新材料、新工藝、新技術(shù)、新裝備。機(jī)床工具行業(yè)應(yīng)當(dāng)重視核電和風(fēng)電的這種需要，作為重點(diǎn)服務(wù)對(duì)象。

　　核電和風(fēng)電裝備制造需要的機(jī)床特點(diǎn)是大規(guī)格、大噸位、高剛度、高可靠性。但是，與核電工業(yè)和風(fēng)電工業(yè)的要求相比，國產(chǎn)機(jī)床的可靠性和穩(wěn)定性還有一定差距。雖然用戶對(duì)可靠性和穩(wěn)定性沒有提出定量指標(biāo)，但機(jī)床制造企業(yè)必須對(duì)這個(gè)問題予以足夠的重視。