全球單機容量最大沖擊式水輪機轉輪研制成功
文章來源：哈爾濱電氣集團有限公司 發布時間：2025-07-04
7月2日，一臺重達80噸、形如太陽花的巨型轉輪從哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司正式啟運。這臺全球單機容量最大（500兆瓦）的高水頭沖擊式水輪機核心部件轉輪研制成功，標志著我國在高端水電裝備領域實現從跟跑到領跑的歷史性跨越，成為全球首個掌握500兆瓦級沖擊式水輪機全鏈條技術的國家。
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制造體系。從水力開發到模型試驗，從結構設計到加工制造，電機公司在沖擊式機組各環節積累了豐富的工程實踐經驗。
扎拉轉輪對結構參數、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。這些突破性參數標志著該轉輪在水力性能、高效運行區間和承壓能力方面均實現行業顛覆性提升。
作為世界水電技術的巔峰之作，該轉輪的研發過程堪稱系統工程創新的典范。電機公司科研團隊從機組安全與性能等維度出發，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，依托水力發電設備全國重點實驗室的沖擊式水力試驗臺，創新性地將計算流體力學流動分析、高速攝影與流態觀測技術融合，通過持續優化，最終實現了過流參數的極致化設計。
整個研發過程歷時4年攻堅，經歷5次評審。研發團隊對百余種方案進行系統論證，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，經高精度沖擊試驗臺驗證，其最優效率和加權平均效率均刷新世界紀錄，為機組安全高效穩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，統籌最優資源，嚴格執行質量管控體系，在結構設計、材料制備、焊接工藝及精密加工等關鍵環節實現全面突破。
電機公司組織聯合攻關，采取“化整為零、分散式加工”策略，優化數控程序，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，團隊運用數字仿真技術指導模鍛研究，創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。
焊接環節采用三維檢測模擬、焊機群控系統等數字化手段，實現全程監控，優化工藝參數，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+數字仿真”雙保障體系，實現焊后尺寸、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。通過數字編程、三維掃描儀與攝影測量系統、大型水斗在位檢測技術，實現加工過程實時監控與動態優化，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展注入了強勁的“中國動力”。
【責任編輯：韓夢圓】
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