研製背景
1958年，第二個五年計畫開始時，電力供應不足的矛盾突出。為此，國家要求上海電機廠製造更多的汽輪發電機支援工農業生產。但是，製造汽輪發電機需要轉軸和護環，這兩個重要部件當時國內生產尚未過關，須從國外進口。人家給幾根轉軸、幾套護環，就只能生產幾台汽輪發電機。在這種情況下，滿足國家對電站設備的需要，只有在冷卻介質和冷卻方式上想辦法。因為冷卻介質和方式直接影響發電機的發電能力。空氣冷卻效能最低，氫氣冷卻比空氣冷卻高3～4倍，水冷比空冷高40～50倍。冷卻方式上還有內冷和外冷之分，內冷效果又比外冷為好。但是，在製造技術上，水冷比氫冷困難，內冷比外冷困難，特別是轉子繞組水內冷，世界上還沒有先例。上海電機廠學會製造汽輪發電機才4年歷史，最大的單機容量只造到1.2萬千瓦，但為了滿足國家的需要，他們打破世界各國發展汽輪發電機生產的老路，決心採用水內冷，試製定子和轉子雙水內冷汽輪發電機。年初，該廠總工程師孟慶元組織交通大學和浙江大學部分教授、講師及本廠的王作民、金傳琪等探討試製的可行性。與會同志所看到一些國外資料，對雙水內冷問題都沒有定論。特別對轉子在每分鐘3000轉高速鏇轉的情況下，由於離心力的作用，水流能否順利通過？即使水流能夠通過高速鏇轉的轉子，會不會由於水路中產生氣泡破壞轉子的動平衡？都是外國專家所擔心的問題。所以，討論中有同志認為：我國工業基礎薄弱，如帶頭試製雙水內冷汽輪發電機必然會遇到許多困難。最後，決定先試製一台定子水內冷、轉子氫內冷的汽輪發電機。製造這種發電機，已有國外的成功經驗可以借鑑，容易成功。於是，上海電機廠從定子水內冷著手，於1958年5月間開始設計試製，並預定於1962年試製出來。後來經過反浪費反保守的“雙反”運動，又把製成目標定在1960年。科研
與此同時，浙江大學電機教研組確定以“電機的冷卻”為科研方向，由教研組主任鄭光華負責領導這項研究工作。鄭光華查閱了美國、英國、匈牙利的大量有關轉子水內冷的研究資料。這些資料認為轉子水內冷有很好的冷卻效果，但很難實現。鄭光華針對“很難實現”的難點進行了深入研究。終於提出了轉子繞組水內冷的試驗方案。1958年6月26日，模型試驗證明小型轉子在高速鏇轉的情況下，水流是可以順利通過的，也不會因通水造成轉子的振動。結構方案
為了使這項研究成果迅速得到套用，鄭光華等於次日便從杭州趕到上海，希望上海電機廠能試製一台雙水內冷的、隱極式汽輪發電機。次日，孟慶元主持召開了高級技術人員會議，聽取鄭光華介紹轉子繞組導體水內冷的結構方案和試驗結果。7月初，中共上海市委向上海電機廠發出指示，為了確保明年汽輪發電機總容量達到350萬千瓦，要上海電機廠積極進行雙水內冷汽輪發電機的試製工作。上海電機廠根據這一指示，7月7日成立了以汪耕為組長，有陳同濟、張清烈等人參加的雙水內冷汽輪發電機設計試驗小組。浙江大學有兩名教師參加了初期工作，後又有6名應屆畢業生和西安交大10名應屆畢業生參加小組工作。
1958年7月14日，國家科委副主任劉西堯召見上海電機廠孟慶元、汪耕及浙江大學教師。希望上海電機廠在一兩個月內將12000千瓦汽輪發電機水內冷轉子設計試製出來。當晚，孟慶元回廠召集有關領導幹部、技術人員和工人，全面開始了設計試製“三結合”會戰。
工程師
“三結合”總攬全局的總工程師孟慶元，在學生時代就對電學有濃厚的興趣。1924年到英國利物浦大學攻讀電機，1946年獲博士學位，1947年又到英國電氣公司和美國西屋公司實習，不斷收集有關資料。但到解放後，他才獲得施展抱負的機會。作為組長的汪耕，1949年畢業於交通大學電機系的電機專家，他帶領會戰組同志，從最薄弱的基礎出發向著科學的峰顛攀登，熬過了一個又一個不眠之夜。他們根據抽象的構想從事設計，往往無從下筆，繪不出藍圖。有一個叫“拐腳”的零件，形狀曲折奇特，設計人員說得出，繪不出。最後，只好跑到車間裡去向工人師傅請教。工人根據設計人員的構想，邊摸索，邊製作，終於製成了符合設計人員構想的零件。設計人員有了實物做樣子，很快就把圖紙繪製出來了。浙江省委的大力支持
這時，浙江大學也在積極進行小型試驗，並得到中共浙江省委的大力支持。1958年6月28日，省委第一書記江華接見了浙江大學參加雙水內冷研究的同志。還指定蕭山電機廠正要投產的一台750千瓦凸極汽輪發電機改制為3000千瓦的新型冷卻電機，並指示杭州市有關部門協助浙江大學和蕭山電機廠解決材料供應問題。浙江大學為了儘快通過實踐證實轉子繞組導體水內冷是否可行，在校本部也開闢了一個試驗工場，把校內一台12.5千瓦的舊電機改制成60千瓦的新型冷卻發電機進行試驗，並證明水流可以通過鏇轉的轉子，電機也不會產生振動。可是漏水的問題沒有解決。當時，上海電機廠的試製工作正面臨著漏水的難題。如何使靜止的水進入高速鏇轉的轉子而不泄漏，成為必須攻克的難關。當上海電機廠的工人和技術人員想盡辦法還解決不了堵漏問題時，廠領導向他們提出，可到一切有水系統的機械製造部門去學習。他們了解到水泵上有轉和不轉的水管連線點，就到水泵廠去學習。他們了解到汽車和飛機上的油管有軟和硬的連線點，就到汽車軟管廠和航空部門求教。他們了解到工具機液壓傳動是硬和硬的連線，就到工具機廠去取經。他們通過取經學習，累計試了17種結構，做了90多次試驗，終於解決了漏水問題，並達到預想的目的。世界上第一台
1958年10月27日，世界上第一台1.2萬千瓦3000轉/分雙水內冷汽輪發電機在上海電機廠誕生了。同年12月，蘇聯在列寧格勒“電力”工廠召開大型汽輪發電機冷卻會議。這次會議，除有蘇聯各大電機製造廠和研究單位參加外，還有波蘭、匈牙利及中國哈爾濱電機廠副總工程師吳天霖和上海電機廠汪耕參加。吳天霖根據領導指示，在大會上宣布了中國已製成12000千瓦3000轉/分雙水內冷汽輪發電機的訊息，引起到會代表的震驚。蘇聯電氣工程學會會長、蘇聯科學通訊院士阿列克賽夫向中國代表祝賀，並把中國率先用6000千瓦轉軸試製成12000千瓦3000轉/分雙水內冷汽輪發電機一事收集到會議論文集和會議紀要之中。這是國外對中國首先試製成雙水內冷汽輪發電機的第一次報導。
運行發電
與此同時，世界上第一台雙水內冷汽輪發電機在上海南市電廠運行發電。但是，故障屢有發生。第一機械部和水電部有人提出不要再造雙水內冷汽輪發電機，甚至主張拆除已安裝試運行的機組。南市電廠為了雙水內冷汽輪發電機在運行實驗中不斷改進而得到完善，與上海電機廠進行了密切合作。針對線圈漏水、拐腳斷裂、鐵質金屬鏽蝕、腐蝕物阻塞空心導線等問題，上海電機廠成立了12個攻關小組，到1963年上述存在的問題基本解決。當雙水內冷汽輪發電機在運行中暴露出大量問題，正處於夭折邊緣的時候，上海電機廠不斷得到中央領導同志的關懷。從1958年10月～1961年5月，先後有毛澤東、劉少奇、朱德、陳雲、鄧小平、宋慶齡、胡耀邦、彭真、賀龍、羅榮桓、聶榮臻、李富春等黨和國家領導人到上海電機廠視察，給試製人員以巨大鼓舞。1963年，雙水內冷汽輪發電機在電廠運行的可靠性達到空冷發電機的運行水平。
成立水內冷電機研究室
國家科委批准上海電機廠成立水內冷電機研究室。1963年底，水電部承認了雙水內冷汽輪發電機為可用產品。1964年4月4日，中華人民共和國科學技術委員會發出發明記錄。確定發明單位為上海電機廠、浙江大學、蕭山電機廠、第一機械工業部大電機研究所、上海南市電廠。
1965年2月10日，國家科委又向上海電機廠、浙江大學和南市電廠頒發了發明證書。但是，由於中國當時閉關自守，未向有關國際組織申請專利。
