重大突破！這個全球首臺的“大心臟”在哈電集團研制成功
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發(fā)布時間：2025-07-03
7月2日，一件凝聚中國水電裝備頂尖智慧的龐然大物在哈電集團電機公司正式啟程。全球首臺單機容量最大500兆瓦、尺寸最大6.23米的沖擊式水輪機轉輪在哈電集團自主研制成功并發(fā)運，標志著我國在高水頭、大容量沖擊式水輪機組核心裝備領域實現(xiàn)歷史性突破。項目業(yè)主、監(jiān)理、合作單位代表共同見證轉輪驗收啟運這一歷史時刻。
該轉輪將應用于西藏扎拉水電站，扎拉水電站是國家“藏電外送”骨干工程和世界在建綜合難度最大的沖擊式水電項目，電站裝機2臺全球單機容量最大、技術難度最高的500兆瓦沖擊式機組。該機組作為國家能源局能源領域首臺（套）重大技術裝備項目，具有高海拔、高水頭、大容量等技術特點，是服務國家“加快西南水電基地建設”戰(zhàn)略的主力機型。
自主攻堅 尺寸與性能“雙突破”
沖擊式水輪機的水斗式轉輪作為機組核心部件，承擔著將水流動能轉化為機械能的關鍵作用，堪稱水電機組的“心臟”。作為國內沖擊式機組研制的開拓者，哈電集團電機公司憑借數(shù)十年的技術積淀，先后參與研制了東川電站、秘魯圣加旺等國內外30座電站67臺套機組，形成了獨具特色的研發(fā)制造體系。從水力開發(fā)到模型試驗，從結構設計到加工制造，電機公司在沖擊式機組各環(huán)節(jié)積累了豐富的工程實踐經(jīng)驗。
扎拉轉輪對結構參數(shù)、水力性能及制造工藝的要求極高，代表著當前沖擊式水電機組的最前沿技術水平。電機公司為扎拉沖擊式機組量身定制了高性能水斗式轉輪。該轉輪由21個精密水斗構成，外徑達6.23米、整輪高度1.34米、重量約80噸，其輪轂鍛件更是目前世界最大的馬氏體不銹鋼鍛件。這些突破性參數(shù)標志著該轉輪在水力性能、高效運行區(qū)間和承壓能力方面均實現(xiàn)行業(yè)顛覆性提升。
作為世界水電技術的巔峰之作，該轉輪的研發(fā)過程堪稱系統(tǒng)工程創(chuàng)新的典范。電機公司科研團隊從機組安全與性能等維度出發(fā)，綜合考量水斗與噴嘴的精密匹配、射流直徑與效率的一致性、射流與水斗的相互作用、多噴嘴相鄰射流的干涉效應，以及水斗的剛強度指標等，依托水力發(fā)電設備全國重點實驗室的沖擊式水力試驗臺，創(chuàng)新性地將計算流體力學流動分析、高速攝影與流態(tài)觀測技術融合，通過持續(xù)優(yōu)化，最終實現(xiàn)了過流參數(shù)的極致化設計。
整個研發(fā)過程歷時4年攻堅，經(jīng)歷5次評審。研發(fā)團隊對百余種方案進行系統(tǒng)論證，制造了6個不同設計方向的觀測轉輪和6個性能試驗模型轉輪，經(jīng)高精度沖擊試驗臺驗證，其最優(yōu)效率和加權平均效率均刷新世界紀錄，為機組安全高效穩(wěn)定運行提供了堅實保障。
制造登峰 科技與攻堅“雙賦能”
哈電集團電機公司針對扎拉轉輪500兆瓦級大型鍛焊結構的特殊要求，統(tǒng)籌最優(yōu)資源，嚴格執(zhí)行質量管控體系，在結構設計、材料制備、焊接工藝及精密加工等關鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn)全面突破。
電機公司組織聯(lián)合攻關，采取“化整為零、分散式加工”策略，優(yōu)化數(shù)控程序，使其從38萬條精簡至27萬條，提升車序效率21%、鏜序效率27%。面對超大尺寸帶來的應力挑戰(zhàn)，團隊運用數(shù)字仿真技術指導模鍛研究，創(chuàng)新采用鍛焊結合結構，精準設計分瓣位置以避開水斗高應力區(qū)。
焊接環(huán)節(jié)采用三維檢測模擬、焊機群控系統(tǒng)等數(shù)字化手段，實現(xiàn)全程監(jiān)控，優(yōu)化工藝參數(shù)，提升接頭沖擊韌性及耐疲勞性能。同時，構建“7序14檢”—全生命周期檢測體系，綜合相控陣超聲探傷等技術，形成“實體檢測+數(shù)字仿真”雙保障體系，實現(xiàn)焊后尺寸、應力、硬度測試一次合格，探傷合格率達98.04%，確保長期運行可靠性。
加工團隊利用多軸數(shù)控機床，在狹小空間內攻克大深度、多曲面的復雜加工難題，確保轉輪的水斗內型面加工符合精品標準。通過數(shù)字編程、三維掃描儀與攝影測量系統(tǒng)、大型水斗在位檢測技術，實現(xiàn)加工過程實時監(jiān)控與動態(tài)優(yōu)化，為全球最大容量、最大尺寸沖擊式轉輪的研制提供加工保障。
哈電集團電機公司成功突破水力設計、材料制備、巨型鍛件、復雜焊接、精密加工、質量管控等全鏈條上的世界級難題，自主研制出全球首臺500兆瓦沖擊式水輪機轉輪，破解了高水頭大容量沖擊式機組的“卡脖子”難題，為世界能源裝備技術發(fā)展注入了強勁的“中國動力”。