裝上“中國芯”！國內單機容量最大的沖擊式水電機組成功發電
文章來源：中國東方電氣集團有限公司 發布時間：2023-06-09
6月7日，東方電氣集團自主研制的國內單機容量最大沖擊式水電機組完成國產化改造，在川投集團金窩水電站成功并網發電，標志著東方電氣集團具有全產業鏈完全自主知識產權的國產化首臺150兆瓦級大型沖擊式轉輪成功實現工程應用，開啟了我國水力發電產業高質量發展的新篇章。
轉輪是水電機組最核心的部件，被譽為水電機組的“心臟”。國產化首臺150兆瓦級大型沖擊式轉輪應用于四川川投田灣河開發有限責任公司金窩水電站沖擊式水電機組。該轉輪重約20噸，最大直徑約4米，于5月16日在東方電氣集團成功下線。
依托150兆瓦級大型沖擊式轉輪國產化項目，東方電氣集團沖擊式轉輪水力開發、造型設計、軟件開發、模型裝置研制等實現了完全自主化，填補了多項國內技術空白，轉輪結構設計、材料應用、加工工藝等關鍵核心制造技術取得了突破性進展，實現了我國高水頭大容量沖擊式水電機組關鍵核心技術“從無到有”的歷史性突破。
據了解，面向國家“加快西南水電基地建設”的重大戰略需求，東方電氣集團制定了150兆瓦級大型沖擊式轉輪研制、500兆瓦級巨型沖擊式機組研制、700-1000兆瓦級高水頭大容量巨型沖擊式機組研制的“三步走”攀登計劃。自2019年起，東方電氣集團全力組織開展高水頭大容量沖擊式水電機組關鍵核心技術研究，與科研院所、上下游企業聯合開展技術攻關，重點、系統、全面突破沖擊式水電機組研制“卡脖子”難題，建立起內部多專業融合創新、內外協同合作共贏的優質高效研制模式，形成了大型沖擊式轉輪研發、設計、制造、檢驗全過程技術體系。
在水力開發方面，創新三維造型設計思路，自主開發了具有完全知識產權的水斗斗葉三維造型設計軟件，解決了自主化設計以及快速準確幾何建模的難題。掌握了先進的半開放半封閉全流場多相流CFD仿真分析方法，有效提高了水力開發、優化設計的效率。建成了智能化、高精度、國際領先的DF300-沖擊式水輪機模型試驗臺，實現了一鍵完成全部試驗功能。
在結構設計方面，驗證分析了100多個方案，優化了轉輪三維高階復雜曲面造型，優化應力分布，確保轉輪循環疲勞壽命不低于15億次，可承受110-220噸的力15億次的沖擊。綜合考慮振形與激振頻率、轉輪固有頻率在不同介質中的差異，系統掌握了轉輪剛強度、動力特性、動應力分析和試驗方法，從無到有解決了大型沖擊式轉輪結構設計方面的難題，確保轉輪性能優異，結構安全可靠。
在工藝制造方面，采用基于應力分布的分瓣方式和制造手段，應用高精度數控加工工藝，保證轉輪運行可靠性。中心體采用鍛件與復合增材相結合，有效壓縮鍛件規格，釋放大型鍛件的制造風險。外部水斗采用模鍛、電渣熔鑄及增材制造三種方式，有效驗證了不同制造方式的適用性。采用激光熔覆、表面納米化制造技術，有效提升了轉輪抗泥沙磨蝕性能，為更高水頭更大容量沖擊式轉輪研制積累了寶貴經驗。
據悉，東方電氣集團將以150兆瓦級大型沖擊式轉輪工程應用為契機，按既定“三步走”計劃，進一步加強聯合創新，攜手國內能源企業，共同推進具有世界影響力的500兆瓦級沖擊式水電機組工程示范應用，接續開展700-1000兆瓦級高水頭大容量沖擊式水電機組研制，持續推動我國水力發電產業高質量發展。
【責任編輯：俞昭君】
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