顾国彪:志不坚者智不达 

 来源:中国科学报 2012-05-14 郝俊 刘颖昳

  人物介绍: 

  顾国彪,中国工程院院士,中国科学院电工研究所研究员。1936年出生,上海市人。1958年毕业于清华大学电机系。

  长期从事大型电机蒸发冷却研究与产业化工作。对不同沸腾温度、循环原理、冷却结构的系统进行了实验及理论研究,实现了常温无泵自循环蒸发冷却,并在工业机组上应用;建立了相变传热应用于大电机冷却的理论基础,对多种环保型冷却介质做了大量实验及实用验证。从应用基础到工程实用化形成了我国领先的冷却技术,拓展了电机学科。

  “九五”科技部重中之重科技攻关项目“李家峡400兆瓦蒸发冷却水轮发电机研制与运行”负责人。获1978年全国科学大会奖,1988年及2002年国家科技进步奖二等奖各一项;1987年及1998年中科院科技进步奖一等奖各一项;中科院、北京市科技进步奖二等奖各一项。“九五”攻关获国家科技部突出贡献表彰;2005年获何梁何利科技进步奖,2009年被授予“中国机械工程学会成就奖。”

  “我的愿望,就是做成一两件外国没有的,或者外国人做不成功的事。”顾国彪年轻时,就在内心深处埋下了这样的宏大理想。 

  生命不息,奋斗不止。他做到了,顾国彪最终让梦想走进了现实。 

  然而回顾往昔,几十年的风吹雨打,顾国彪的圆梦之旅充满坎坷曲折。对于这位酷爱体育运动的老院士而言,他的创新之路堪称一场 “人生马拉松”。正如他自己所说,科技工作“贵在创新,难在坚持”。

磨砺:敢闯敢干

  抗日战争爆发前夕的1936年,顾国彪出生在上海市一个知识分子家庭,父亲是留学美国归来的上海交通大学副教授。在动荡不安的战乱年代成长,幸运的是,较为优越的家境能够保障他安心接受良好的学校教育。 

  在顾国彪初中三年级时,上海解放,他随后升入当时上海最为著名的高中——南洋中学。强调实践学习,是这所高中的办学特点。顾国彪回忆,当时南洋中学的老校长,将其一生的积蓄捐献出来,建立了上海最好的物理、化学、生物实验室。亲手解剖兔子、做肥皂……顾国彪在难得优良的教学环境中受益匪浅,锻炼出动手能力。 

  1953年,顾国彪参加高考,周围的同学都纷纷誓言“攀登最高峰”。凭着一股子争强好胜的劲头,他也一心要考入“录取分数最高的专业”,由此,选择了清华大学动力类电机系发电厂及电力系统专业。 

  当时的清华本科生,学制5年,教学目标是培养国家急需、一毕业就能进入现场担当重要工作的工程师。顾国彪介绍,工程类院系里除了分专业,每一个专业还细分到不同的“专门化”方向,他被安排去专修电力系统。 

  毕业前半年,提前完成了毕业设计,顾国彪和他的同学们领到一项勤工俭学任务,要求在清华园后门的一座废弃寺庙里,建立一个发电站。“我们自己装发电机、爬电线杆架空线、装开关、写工程建设材料……居然,几个大学生在老师的带领下,很快就做成了这件事。”每每谈及此,顾国彪都要感叹:“你看我们胆子够大的吧!”

   建电站的过程中,顾国彪和他的同学们还抽空写了一本名为《怎样架设农村输电线》的小册子,后来,还真给农村地区提供了很多实际指导和帮助。回忆清华时光,他说最大的收获,是培养出了“敢闯敢干”的性格以及解决实际问题的能力。

挑战:钻入“冷门”

  1958年从清华毕业后,顾国彪分配到刚刚筹建起来的中科院电工研究所工作。“高峡出平湖”,当年正是各界热议三峡工程之时,电工所的建立也是要为三峡发电厂的筹建作准备。 

  那个年代,我国科技基础还很薄弱,如果要在三峡运行近100万千瓦规模的大型电机,冷却问题如何解决?传统上,国内外采用空气或水为介质,对水轮发电机进行冷却。然而,电网容量大幅提升的要求,使得传统冷却方法面临电机效率低、绝缘寿命短、可靠性差、维护不便等挑战。 

  由此,电工所接到了为三峡工程研制新型冷却系统的任务。去电工所报到工作没几天,顾国彪就受命进入该课题组,用他的话说,是走进了自己的专业“冷门”。 

  不可否认,“向科学进军”的口号给了老一辈科学家极大的鼓舞。顾国彪回忆,为了解决冷却问题,有专家“狂想”般地提出,能否利用液体的汽化潜热来冷却电机,也就是所谓“蒸发冷却技术”。 

  “当时,大家也怀疑蒸发冷却技术不可能在电机内实现。”当时没有现成的国外经验可借鉴,但顾国彪认为这不足以成为否定其可行性的理由,因为“大家都没有去实践啊”。 

  课题组负责人廖少葆先生曾钻研过冷冻技术,他带领团队,设想利用冰箱的制冷原理实现冷却,同时提高电机容量和效率。他们买来冰箱压缩机,开始钻研冷冻机原理,并决定研制以空心铜线作为定转子绕组的新型冷却电机。 

  在全国大炼钢铁的时期,顾国彪和同事们没日没夜地工作。1958年底,他们以惊人的速度研制出一台15千瓦的蒸发冷却电机,证明了技术的可行性。 

  然而在后续研究和整理资料时,顾国彪发现,基于冰箱原理的低温强迫制冷技术应用于大型发电机,致使外部多了一套制冷系统,消耗功率比较大,还要做隔热保温等措施,实际上发电机系统的总体效率并未提高,结构复杂且增加了维护和管理的复杂性。 

  为了给出准确的理论分析,电力专业出身的顾国彪,一头钻进了热力学领域,研究起热力学中的热功转化问题。他提出,蒸发冷却系统如果能够在60度摄氏左右运行,对电机系统而言将更加合理。

   去掉压缩机循环系统,代之以液泵循环系统是一开始的解决方案。廖少葆又提出,利用两相流的自循环原理,研制常温下的无泵自循环系统。这一提议引起了很大争议,然而仅用了三个月的时间,顾国彪和同事就用模型试验证明了常温下自循环蒸发冷却方案的可行性。 

  “自循环蒸发冷却提出来时,廖少葆33岁,我23岁,一开始大家觉得很荒唐。”顾国彪说自己敢闯敢干的性格让他不畏艰难,1959年底,团队就制作出一个系统模型,得到了大家的认可。 

  此后不久,国家提出推广蒸发冷却技术,计划在哈尔滨电机厂上马35000千瓦的立式调相电机,同时还有天津发电设备厂的650千瓦水轮发电机和北京重型电机厂的一台25000千瓦汽轮发电机。 

  顾国彪判断,当时掌握的技术还不够成熟,工艺技术研究也很缺乏,他质疑直接上马35000千瓦的电机会有问题。结果以反对“大跃进”为由,他被下放到农村“接受再教育”。

   下放期间,哈尔滨电机厂的35000千瓦蒸发冷却电机因工程质量原因发生事故,蒸发冷却技术研究也就此停滞。

创新:坚定不移

  下放回来,顾国彪又被重新安排到蒸发冷却研究组工作。在他看来,工程科技研究者在22岁到35岁时,是最好的创造期,思想最活跃,胆子也最大。 

  他重整团队,开始建立发电机内两相流的模拟试验装置,进行设计理论研究及有关参数与数据的获取。与此同时,1963年,他们与水电科学院和天津传动所的团队一起,将天津发电设备厂的650千瓦水轮发电机研制成功,安装在北京玉渊潭水电站。经过半年的成功运行,证明了自循环蒸发冷却技术在水轮发电机上应用的可行性。 

  对于自循环蒸发冷却技术而言,除了电机本身,还有更重要的热力学问题、流体力学问题、传热问题、蒸发介质化学性能、绝缘性能、冷却系统材料和结构工艺等问题……而这些大都是非电力专业的本行。寻求与其他科研单位的合作,结果遭到拒绝。 

  团队成员们就改行搞起了热力学、两相流体力学以及电介质化学等。顾国彪事后总结道,蒸发冷却技术研究实际上是电工学、电机学和热力学等的交叉学科,只有交叉学科才能形成新的学科分支,才能成长出新的创新技术。

   然而好景不长,“文革”开始,蒸发冷却项目成为批判对象。在课题组成员的努力下,他们用自己辛勤建立起来的实验装置取得数据,再跑到外地将报告打印,并幸运地保存了下来。随后课题组解散,顾国彪再次下放劳动。 

  明知蒸发冷却是一项自主创新的好技术,却不能让它实现应用,顾国彪心有不甘。1976年“文革”结束后,他又开始四处奔走寻找用户。最初的推广遇到重重阻碍。由于当时电厂用的都是国外技术,大家根本不敢用国产系统,担心万一出事会造成巨大的损失。 

  在多位老友和同学的帮助下,直到上世纪80年代初期,顾国彪团队与四川东方电机厂合作,研制了两台10兆瓦自循环蒸发冷却水轮发电机组,安装在云南大寨水电站,成为自循环蒸发冷却技术的历史性转折点。

   凭借大寨水电站安全运行的基础,随后,顾国彪又争取到陕西安康的50兆瓦水轮发电机和上海电机厂上海输变电公司合作的50兆瓦汽轮发电机项目,实现了长期安全运行。 

  顾国彪告诉记者,对于重大电气装备的研制,一般需经历基础研究、原理样机、中试样机、扩大中试、工业样机经济分析、市场产品共六大步骤。从开始研究到推向市场,要用20~30年或者更长的时间。 

  从1958年提出设想到今天,蒸发冷却技术的创新研制已经历了54年。 

  回到最初,将蒸发冷却技术应用在三峡工程中,是顾国彪最大的梦想。为此,1994年,他曾向三峡工程的技术委员会主任、总工程师提出使用蒸发冷却技术的建议。对方半开玩笑说:“你们的技术我了解过,才搞了一个50兆瓦的发电机,有特点,但我们这是 700兆瓦的。如果你能在四五年的时间内完成400到500兆瓦的电机,两年之内不出故障,我就一定用。” 

  顾国彪的斗志再次被激起。恰巧,黄河上游的青海李家峡水电站有一个400兆瓦的发电机组要上马。由于此前的蒸发冷却水轮发电机获得了良好声誉,顾国彪最终得到了支持。400兆瓦蒸发冷却水轮发电机项目,成为“九五”国家科技攻关计划中的一项。 

  1999年,李家峡水电站的蒸发冷却水轮发电机正式投入运行。顾国彪回忆李家峡电站启动电机时的紧张心情:“腿都发软,如果没有好的身体和健康的精神状态,根本承受不来。”

   50兆瓦及400兆瓦蒸发冷却水轮发电机的研制与运行,获得国家科技进步奖二等奖。2006年,三峡总公司将两台机组交给电工所蒸发冷却技术中心和东方电机股份有限公司进行冷却系统优化。 

  功夫不负有心人,顾国彪的梦想最终变成了现实。2011年12月15日,世界单机容量最大的700兆瓦巨型蒸发冷却发电机组,在三峡电站首次启动成功,采用了我国具有完全自主知识产权的“定子绕组自循环蒸发冷却技术”,并由我国电机企业与研究单位自行设计生产。

   年过70岁,顾国彪还在为蒸发冷却技术的发展倾尽心力。同时,他想用自己的亲身经历,启发年轻的工程科技工作者,应当如何做出创新性的工作。他给研究生开讲座,寄希望于他们能够振兴电气工程学科和制造业。 

  顾国彪直言,当前的中国企业患上了“仿制病”,他忧虑于“何时走出山寨”的问题。他告诉青年科技人员,通过科技创新走上强国富民之路,是他们应当承担起来的历史使命。

   他用蒸发冷却技术的创新为案例,现身说法,指出青年科技人员培养创新精神,需要丰富的基础知识、实际的训练和勇气、健康的身体、坚强的心理,除此,还要有优秀的团队。

锻炼:身体是本钱

  进入电力这一行,顾国彪很早就意识到,“身体是革命的本钱”。这也得益于他的清华岁月,当时的清华校长蒋南翔,非常重视学生的全面发展,当时有句口号是“每天锻炼一小时,为祖国健康工作五十年”。 

  顾国彪还记得,在陕西安康建设50兆瓦电机的时候,每一个环节都不敢疏忽,“在工地上工作完,累到从里面爬出来”。一干就是12个小时不停顿,工人们都站着吃饭,没有地方坐,顾国彪和同事就靠在墙上吃。他说,如果没有一个好的身体,根本不可能坚持工作。 

  下放到农村的岁月,顾国彪每天的工作是用独轮车推石灰石,体力是维持住了,可在困难时期,吃不饱是最大的问题。“我们那时候还吃过煮稻草。”长期营养不良,让顾国彪大病一场,同病房很多人都去世了,他最后还是恢复过来了。

   多年来,顾国彪一直坚持锻炼。如今已是76岁高龄,他还是每天坚持慢跑、散步、游泳。年轻的时候,他喜欢打篮球、跑步……雨雪、风霜、烈日都不曾间断,“太阳越大我们打球越来劲,一打就是两三个小时”。

   体育锻炼伴随顾国彪的科研生活,给了他良好的体力、毅力和持久力。他一直鼓励自己实验室的学生要干活,要注意手脑并用。他认为,凡是体育基础好的人,动手能力一般都很强。而工程科学非常注重手脑并用,来解决实际问题。

   老子曰:志不坚者智不达。顾国彪一直用这句话来激励自己。在顾国彪看来,要实现理想和抱负,取得成功,就需要有不懈的坚持,这和体育锻炼是一样的道理。他还说,智者的成功,除了坚持,还要制定切实可行的计划,一步一步往前走。如果坚持是建立在不切实际的基础上,最后总会失望。 

  这位76岁的老院士坦言:“我现在很幸福。”他说自己的幸福观其实很简单:“能够和团队,和支持过自己的人一起,共同享受大家的劳动成果,这就是真正的幸福。”

2012年05月14日 15:21:37  清华新闻网

更多 ›图说清华

最新更新