近看“藏電外送”骨幹電站“大心臟”：它好像個橘子！

7月2日，

全球首臺單機容量最大500兆瓦、

轉輪尺寸最大6.23米的

衝擊式水輪機核心部件——轉輪

在哈電集團自主研製成功併發運，

標誌着我國在高水頭、大容量衝擊式水輪機組

核心裝備領域實現歷史性突破。

該自主化研製的衝擊式轉輪

由21個精密水斗構成，

整輪厚度1.34米、重量約80噸，

是國家“藏電外送”骨幹電站

扎拉水電站水輪發電機組的“心臟”，

爲發電機發出500兆瓦額定功率提供源動力。

跟着小新坐上轉輪發運貨車，

探祕扎拉水電站這一核心部件。

2021年10月，

在西藏自治區怒江支流的玉曲河上，

扎拉水電站破土動工。

作爲世界在建綜合難度最大的

衝擊式水電項目，

電站落差近700米。

爲了更好地開發水能，

滿足水電站特殊工況要求，

提升我國高落差水能開發能力，

如何製造出代表中國水電裝備頂尖智慧的

衝擊式水輪機轉輪的難題

擺在科研人員面前。

難點一：

超大尺寸馬氏體不鏽鋼鍛件製造難題。

扎拉轉輪輪轂鍛件需採用

300噸級馬氏體不鏽鋼鋼錠，

鍛造重量超160噸，

外圓直徑近5米、最大厚度1.2米，

成品重量107噸，

是全球最大規格馬氏體不鏽鋼鍛件。

此類材料在冶煉時易產生偏心，

鍛造過程中需同時滿足高強度、

高韌性和抗疲勞性能，

傳統工藝難以實現。

難點二：

複雜曲面水斗模鍛成形技術瓶頸問題。

扎拉轉輪的21個水斗

均爲大型深腔複雜曲面結構，

毛坯重量超3噸，鬥寬1.5米，

壁厚30～300毫米，鍛件複雜係數高；

傳統鑄造工藝難以滿足

表面粗糙度和型線精度要求，

且易出現縮孔、裂紋等缺陷。

難點三：

超大超厚鍛件焊接變形控制難題。

該轉輪焊接需將107噸輪轂

與21個水斗焊接成整體，

焊縫總長度超300米，

且需承受700米水頭下的高頻動態載荷。

馬氏體不鏽鋼焊接易產生冷裂紋，

同時超大尺寸結構導致焊接變形難以控制。

難點四：

高海拔地區運輸安裝挑戰。

扎拉水電站位於西藏昌都，

海拔3000米以上，道路蜿蜒陡峭，

最大坡度達18度，

且年平均氣溫零下2攝氏度，

冬季積雪厚度超50釐米。

轉輪單件重量80噸，

傳統運輸難以實現。

難點五：

水力性能優化與穩定性驗證難題。

在扎拉項目機組700米水頭的工況下，

機組噴灌的水流射流速度

將超過100米每秒，

水斗需承受瞬時衝擊力

約爲兩節重載貨車的重量，

轉輪上的6個水斗同時都承受

相當於約兩節重載貨車重量的衝擊力，

推動轉輪以每小時210千米的速度運行，

傳統設計方法難以兼顧效率與穩定性，

易出現壓力脈動和振動超標。

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、材料製備、焊接工藝

及精密加工等關鍵環節實現全面突破。

針對超大尺寸馬氏體不鏽鋼鍛件製造難題，

哈電集團聯合中國一重開展技術攻關，

開發了“三階段控溫鍛造法”，

通過多向鐓拔消除鋼錠內部疏鬆，

確保鍛件內部應力均勻；

通過噴丸工藝使表層產生壓應力，

提高抗疲勞壽命。

針對複雜曲面水斗模鍛成形難題，

哈電集團與中國一重聯合研發，

採用“數字化模鍛+近淨成形”技術路線。

通過逆向工程獲取最優水斗型線，

利用專業軟件進行過程仿真，

確定最佳模具結構和鍛造參數，

創新設計多向分流式模具，

最終實現了水斗鍛件的精確成型。

值得一提的是，

在扎拉水電站項目的研發歷程中，

扎拉轉輪的水斗設計曾陷入瓶頸，

國家卓越工程師、

哈電集團首席科學家覃大清

在一次午餐時觀察橘子瓣的弧度，

突然靈感迸發——

橘子瓣的曲面結構能高效導流，

這與水斗需實現的“射流精準切割”異曲同工。

他立即拍攝橘子的照片發送給團隊，

並提出“橘子瓣型水斗”概念。

經過三維建模與多輪試驗，

比傳統設計提高3個百分點。

這一故事被哈電員工稱爲

“橘子引發的技術革命”，

至今仍在行業內流傳。

“水電人要像水一樣，

既有水滴石穿的堅韌，

又有海納百川的胸懷”，

覃大清在華中科技大學演講時說。

爲優化扎拉轉輪的水力性能，

覃大清團隊進行了6輪模型試驗，

製造了12個不同設計方向的轉輪模型。

在一次關鍵試驗中，

他發現射流與水斗的干涉效應超出預期，

便帶領團隊連續72小時駐留實驗室，

像“神農嘗百草”般逐一調整噴嘴角度、

水斗間距等參數。

最終通過融合高速攝影與流態觀測技術，

他們找到了“黃金夾角”。

從2019年啓動扎拉轉輪研發工作以來，

哈電集團依託

水力發電設備全國重點實驗室的

衝擊式水力試驗檯，

以及在結構設計、材料製備、焊接工藝、

精密加工等關鍵環節上的資源優勢，

爲扎拉水電站衝擊式機組量身定製了

高性能水斗式轉輪的大國重器，

其核心部件輪轂鍛件更是

目前世界最大的馬氏體不鏽鋼鍛件，

這一成果破解了高水頭大容量

衝擊式機組的“卡脖子”難題，

爲世界能源裝備技術發展

注入了強勁的“中國動力”。