世界首臺500兆瓦沖擊式機組轉(zhuǎn)輪完成焊接制造
扎拉水電站有了強勁“心臟”
◎本報記者 李麗云
通 訊 員 王學善
2024年12月30日，世界最大單機容量、最大尺寸沖擊式水輪機轉(zhuǎn)輪在哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司焊接制造成功。世界首臺單機500兆瓦扎拉水電站沖擊式水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪問世，標志著我國高水頭、大容量沖擊式水電機組的研制實現(xiàn)了重大突破，其技術(shù)水平位居世界前列。
該水輪機轉(zhuǎn)輪是國家“藏電外送”骨干電站扎拉水電站水輪發(fā)電機組的“心臟”，可為發(fā)電機提供500兆瓦額定功率的動力。扎拉水電站是藏東南清潔能源一體化基地核心電站，國家能源局能源領域首臺（套）重大技術(shù)裝備項目，也是目前世界在建綜合難度最大的沖擊式水電項目。
“扎拉水電站是目前國內(nèi)唯一可以開展‘500兆瓦級高水頭沖擊式機組研制及應用示范’的水電項目，戰(zhàn)略意義重大、發(fā)展影響深遠。在以中國大唐集團為代表的能源骨干企業(yè)共同助力下，我們成功實現(xiàn)扎拉轉(zhuǎn)輪焊接這一最關鍵核心部件的研發(fā)制造，助力加快西南清潔能源基地建設。”哈電股份副總裁，哈電電機黨委書記、董事長王貴說。
扎拉水電站位于西藏自治區(qū)昌都市左貢縣。該電站設計水頭671米，裝設2臺單機容量500兆瓦沖擊式水電機組。沖擊式水輪機是用壓力管道引導水流沖擊水斗式轉(zhuǎn)輪進行能量轉(zhuǎn)換的水力機械，轉(zhuǎn)輪是最重要的受力部件及通流部件之一，直接影響機組效率。在機組運行狀態(tài)下，沖擊式轉(zhuǎn)輪時刻承受高頻率的動態(tài)壓力，對機組的安全穩(wěn)定運行起著至關重要的作用。
哈電電機自主研制的沖擊式轉(zhuǎn)輪能量轉(zhuǎn)換效率達到世界先進水平。該轉(zhuǎn)輪采用鍛焊結(jié)構(gòu)，由1個輪轂鍛件和21個水斗鍛件組成，焊接后的重量超過90噸。“此前，我國沖擊式水輪機的效率為91%左右，這次的技術(shù)突破將效率提高到92.6%。按照500兆瓦機組一天運行24小時計算，效率提高1.6%，每天約能夠增加發(fā)電量19萬度?！惫娂瘓F首席技術(shù)專家陶星明說。
作為世界單機容量最大的沖擊式機組轉(zhuǎn)輪，該轉(zhuǎn)輪的輪轂鍛件直徑為4.7米、厚度達1米，創(chuàng)造了馬氏體不銹鋼最大鍛件世界紀錄。加工后的轉(zhuǎn)輪最大外徑6.23米、最大寬度1.34米，也創(chuàng)造了沖擊式轉(zhuǎn)輪世界紀錄。其焊接、加工等環(huán)節(jié)的制造技術(shù)，都處于相關領域前沿。由于材質(zhì)、形狀、尺寸等原因，扎拉沖擊式轉(zhuǎn)輪的焊接制造要求極高、難度極大，探索制造該轉(zhuǎn)輪的過程，存在很多風險因素和不確定性。
為突破扎拉500兆瓦沖擊式轉(zhuǎn)輪焊接難關，哈電電機開展了技術(shù)攻關，采用數(shù)字仿真技術(shù)，進行大型水斗的模鍛技術(shù)研究，選擇了性能優(yōu)異且高效的鍛焊制造工藝路線；通過三維檢測模擬計算進行裝配焊接，探索選用了最優(yōu)的焊接參數(shù)，將整體鍛造的輪轂和水斗焊接在一起，提高了轉(zhuǎn)輪的沖擊韌性及耐疲勞性能。
哈電電機實現(xiàn)扎拉500兆瓦沖擊式機組轉(zhuǎn)輪焊接制造的突破，破解了超大超厚低碳馬氏體不銹鋼強韌鍛件焊接難題、攻克了復雜曲面超厚水斗高效高強韌焊接制造難關、掌握了超高結(jié)合強度表面強化制造工藝關鍵技術(shù)，推動了我國電力裝備制造技術(shù)取得了重大突破，在我國能源裝備制造行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展進程中樹立了新的里程碑。（科技日報）