6月7日，中國國內(nèi)單機(jī)容量最大的衝擊式水電機(jī)組在東方電氣完成國產(chǎn)化改造，併成功併網(wǎng)發(fā)電。這標(biāo)誌著東方電氣自主研製的具有全產(chǎn)業(yè)鏈完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化首臺(tái)150兆瓦級(jí)大型衝擊式轉(zhuǎn)輪成功實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，開啟了中國水力發(fā)電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新篇章。
國產(chǎn)化首臺(tái)150兆瓦級(jí)大型衝擊式轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場(chǎng)安裝
轉(zhuǎn)輪是水電機(jī)組最核心的部件，被譽(yù)為水電機(jī)組的「心臟」。據(jù)了解，中國國產(chǎn)化首臺(tái)150兆瓦級(jí)大型衝擊式轉(zhuǎn)輪應(yīng)用於四川川投金窩水電站衝擊式水電機(jī)組，該轉(zhuǎn)輪重約20噸，最大直徑約4米，於5月16日在東方電氣成功下線。依託150兆瓦級(jí)大型衝擊式轉(zhuǎn)輪國產(chǎn)化項(xiàng)目，東方電氣衝擊式轉(zhuǎn)輪水力開發(fā)、造型設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、模型裝置研製等實(shí)現(xiàn)了完全自主化，填補(bǔ)了多項(xiàng)國內(nèi)技術(shù)空白。轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用、加工工藝等關(guān)鍵核心製造技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了中國高水頭大容量衝擊式水電機(jī)組關(guān)鍵核心技術(shù)「從無到有」的歷史性突破。
首臺(tái)150兆瓦級(jí)大型衝擊式轉(zhuǎn)輪機(jī)加工
據(jù)介紹，面向國家「加快西南水電基地建設(shè)」的重大戰(zhàn)略需求，東方電氣制定了150兆瓦級(jí)大型衝擊式轉(zhuǎn)輪研製、500兆瓦級(jí)巨型衝擊式機(jī)組研製、700-1000兆瓦級(jí)高水頭大容量巨型衝擊式機(jī)組研製的「三步走」攀登計(jì)劃。自2019年開始，東方電氣全力組織開展高水頭大容量衝擊式水電機(jī)組關(guān)鍵核心技術(shù)研究，與科研院所、上下游企業(yè)聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，重點(diǎn)、系統(tǒng)、全面突破衝擊式水電機(jī)組研製「卡脖子」難題，建立起內(nèi)部多專業(yè)融合創(chuàng)新、內(nèi)外協(xié)同合作共贏的優(yōu)質(zhì)高效研製模式，形成了大型衝擊式轉(zhuǎn)輪研發(fā)、設(shè)計(jì)、製造、檢驗(yàn)全過程技術(shù)體系。
在水力開發(fā)方面，創(chuàng)新三維造型設(shè)計(jì)思路，自主開發(fā)了具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水鬥鬥葉三維造型設(shè)計(jì)軟件。解決了自主化設(shè)計(jì)以及快速準(zhǔn)確幾何建模的難題，掌握了先進(jìn)的半開放半封閉全流場(chǎng)多相流CFD仿真分析方法，有效提高了水力開發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率。建成了智能化、高精度、國際領(lǐng)先的DF300-衝擊式水輪機(jī)模型試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了一鍵完成全部試驗(yàn)功能。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，驗(yàn)證分析了100多個(gè)方案，優(yōu)化了轉(zhuǎn)輪三維高階複雜曲面造型，優(yōu)化應(yīng)力分佈，確保轉(zhuǎn)輪循環(huán)疲勞壽命不低於15億次，可承受110-220噸的力15億次的衝擊。綜合考慮振形與激振頻率、轉(zhuǎn)輪固有頻率在不同介質(zhì)中的差異，系統(tǒng)掌握了轉(zhuǎn)輪剛強(qiáng)度、動(dòng)力特性、動(dòng)應(yīng)力分析和試驗(yàn)方法，從無到有解決了大型衝擊式轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的難題，確保轉(zhuǎn)輪性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)安全可靠。
首臺(tái)150兆瓦級(jí)大型衝擊式轉(zhuǎn)輪靜平衡
在工藝製造方面，採用基於應(yīng)力分佈的分瓣方式和製造手段，應(yīng)用高精度數(shù)控加工工藝，保證轉(zhuǎn)輪運(yùn)行可靠性；中心體採用鍛件與複合增材相結(jié)合，有效壓縮鍛件規(guī)格，釋放大型鍛件的製造風(fēng)險(xiǎn)；外部水斗採用模鍛、電渣熔鑄及增材製造三種方式，有效驗(yàn)證了不同製造方式的適用性；採用激光熔覆、表面納米化製造技術(shù)，有效提升了轉(zhuǎn)輪抗泥沙磨蝕性能，為更高水頭更大容量衝擊式轉(zhuǎn)輪研製積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
接下來，東方電氣將以150兆瓦級(jí)大型衝擊式轉(zhuǎn)輪工程應(yīng)用為契機(jī)，深入開展學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想主題教育，按既定「三步走」計(jì)劃，進(jìn)一步加強(qiáng)聯(lián)合創(chuàng)新，攜手國內(nèi)能源企業(yè)，共同推進(jìn)具有世界影響力的500兆瓦級(jí)衝擊式水電機(jī)組工程示範(fàn)?wèi)?yīng)用，接續(xù)開展700-1000兆瓦級(jí)高水頭大容量衝擊式水電機(jī)組研製，持續(xù)推動(dòng)中國水力發(fā)電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為加快建設(shè)科技強(qiáng)國、更好服務(wù)「雙碳」目標(biāo)作出新的更大貢獻(xiàn)。（記者 張寶杉）
頂圖：金窩水電站中國單機(jī)容量最大的衝擊式水電機(jī)組
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