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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(tuán)電機(jī)公司正式啟程。全球首臺單機(jī)容量最大500兆瓦、尺寸最大6.23米的沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在哈電集團(tuán)自主研制成功并發(fā)運(yùn)，標(biāo)志著我國在高水頭、大容量沖擊式水輪機(jī)組核心裝備領(lǐng)域?qū)崿F(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(zhuǎn)輪驗收啟運(yùn)這一歷史時刻。

該轉(zhuǎn)輪將應(yīng)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(jī)2臺全球單機(jī)容量最大、技術(shù)難度最高的500兆瓦沖擊式機(jī)組。該機(jī)組作為國家能源局能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備項目，具有高海拔、高水頭、大容量等技術(shù)特點(diǎn)，是服務(wù)國家“加快西南水電基地建設(shè)”戰(zhàn)略的主力機(jī)型。

自主攻堅 尺寸與性能“雙突破”

沖擊式水輪機(jī)的水斗式轉(zhuǎn)輪作為機(jī)組核心部件，承擔(dān)著將水流動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的關(guān)鍵作用，堪稱水電機(jī)組的“心臟”。作為國內(nèi)沖擊式機(jī)組研制的開拓者，哈電集團(tuán)電機(jī)公司憑借數(shù)十年的技術(shù)積淀，先后參與研制了東川電站、秘魯圣加旺等國內(nèi)外30座電站67臺套機(jī)組，形成了獨(dú)具特色的研發(fā)制造體系。從水力開發(fā)到模型試驗，從結(jié)構(gòu)設(shè)計到加工制造，電機(jī)公司在沖擊式機(jī)組各環(huán)節(jié)積累了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗。

扎拉轉(zhuǎn)輪對結(jié)構(gòu)參數(shù)、水力性能及制造工藝的要求極高，代表著當(dāng)前沖擊式水電機(jī)組的最前沿技術(shù)水平。電機(jī)公司為扎拉沖擊式機(jī)組量身定制了高性能水斗式轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪由21個精密水斗構(gòu)成，外徑達(dá)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(biāo)志著該轉(zhuǎn)輪在水力性能、高效運(yùn)行區(qū)間和承壓能力方面均實(shí)現(xiàn)行業(yè)顛覆性提升。

作為世界水電技術(shù)的巔峰之作，該轉(zhuǎn)輪的研發(fā)過程堪稱系統(tǒng)工程創(chuàng)新的典范。電機(jī)公司科研團(tuán)隊從機(jī)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(yīng)，以及水斗的剛強(qiáng)度指標(biāo)等，依托水力發(fā)電設(shè)備全國重點(diǎn)實(shí)驗室的沖擊式水力試驗臺，創(chuàng)新性地將計算流體力學(xué)流動分析、高速攝影與流態(tài)觀測技術(shù)融合，通過持續(xù)優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了過流參數(shù)的極致化設(shè)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(tuán)隊對百余種方案進(jìn)行系統(tǒng)論證，制造了6個不同設(shè)計方向的觀測轉(zhuǎn)輪和6個性能試驗?zāi)Ｐ娃D(zhuǎn)輪，經(jīng)高精度沖擊試驗臺驗證，其最優(yōu)效率和加權(quán)平均效率均刷新世界紀(jì)錄，為機(jī)組安全高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅實(shí)保障。

制造登峰 科技與攻堅“雙賦能”

哈電集團(tuán)電機(jī)公司針對扎拉轉(zhuǎn)輪500兆瓦級大型鍛焊結(jié)構(gòu)的特殊要求，統(tǒng)籌最優(yōu)資源，嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量管控體系，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料制備、焊接工藝及精密加工等關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全面突破。

電機(jī)公司組織聯(lián)合攻關(guān)，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(yīng)力挑戰(zhàn)，團(tuán)隊運(yùn)用數(shù)字仿真技術(shù)指導(dǎo)模鍛研究，創(chuàng)新采用鍛焊結(jié)合結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)設(shè)計分瓣位置以避開水斗高應(yīng)力區(qū)。

焊接環(huán)節(jié)采用三維檢測模擬、焊機(jī)群控系統(tǒng)等數(shù)字化手段，實(shí)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(gòu)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(shù)，形成“實(shí)體檢測+數(shù)字仿真”雙保障體系，實(shí)現(xiàn)焊后尺寸、應(yīng)力、硬度測試一次合格，探傷合格率達(dá)98.04%，確保長期運(yùn)行可靠性。

加工團(tuán)隊利用多軸數(shù)控機(jī)床，在狹小空間內(nèi)攻克大深度、多曲面的復(fù)雜加工難題，確保轉(zhuǎn)輪的水斗內(nèi)型面加工符合精品標(biāo)準(zhǔn)。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(shù)，實(shí)現(xiàn)加工過程實(shí)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(zhuǎn)輪的研制提供加工保障。

哈電集團(tuán)電機(jī)公司成功突破水力設(shè)計、材料制備、巨型鍛件、復(fù)雜焊接、精密加工、質(zhì)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(jī)轉(zhuǎn)輪，破解了高水頭大容量沖擊式機(jī)組的“卡脖子”難題，為世界能源裝備技術(shù)發(fā)展注入了強(qiáng)勁的“中國動力”。