世界首台500兆瓦冲击式机组转轮完成焊接制造
扎拉水电站有了强劲“心脏”
◎本报记者 李丽云
通 讯 员 王学善
2024年12月30日，世界最大单机容量、最大尺寸冲击式水轮机转轮在哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司焊接制造成功。世界首台单机500兆瓦扎拉水电站冲击式水轮发电机组转轮问世，标志着我国高水头、大容量冲击式水电机组的研制实现了重大突破，其技术水平位居世界前列。
该水轮机转轮是国家“藏电外送”骨干电站扎拉水电站水轮发电机组的“心脏”，可为发电机提供500兆瓦额定功率的动力。扎拉水电站是藏东南清洁能源一体化基地核心电站，国家能源局能源领域首台（套）重大技术装备项目，也是目前世界在建综合难度最大的冲击式水电项目。
“扎拉水电站是目前国内唯一可以开展‘500兆瓦级高水头冲击式机组研制及应用示范’的水电项目，战略意义重大、发展影响深远。在以中国大唐集团为代表的能源骨干企业共同助力下，我们成功实现扎拉转轮焊接这一最关键核心部件的研发制造，助力加快西南清洁能源基地建设。”哈电股份副总裁，哈电电机党委书记、董事长王贵说。
扎拉水电站位于西藏自治区昌都市左贡县。该电站设计水头671米，装设2台单机容量500兆瓦冲击式水电机组。冲击式水轮机是用压力管道引导水流冲击水斗式转轮进行能量转换的水力机械，转轮是最重要的受力部件及通流部件之一，直接影响机组效率。在机组运行状态下，冲击式转轮时刻承受高频率的动态压力，对机组的安全稳定运行起着至关重要的作用。
哈电电机自主研制的冲击式转轮能量转换效率达到世界先进水平。该转轮采用锻焊结构，由1个轮毂锻件和21个水斗锻件组成，焊接后的重量超过90吨。“此前，我国冲击式水轮机的效率为91%左右，这次的技术突破将效率提高到92.6%。按照500兆瓦机组一天运行24小时计算，效率提高1.6%，每天约能够增加发电量19万度。”哈电集团首席技术专家陶星明说。
作为世界单机容量最大的冲击式机组转轮，该转轮的轮毂锻件直径为4.7米、厚度达1米，创造了马氏体不锈钢最大锻件世界纪录。加工后的转轮最大外径6.23米、最大宽度1.34米，也创造了冲击式转轮世界纪录。其焊接、加工等环节的制造技术，都处于相关领域前沿。由于材质、形状、尺寸等原因，扎拉冲击式转轮的焊接制造要求极高、难度极大，探索制造该转轮的过程，存在很多风险因素和不确定性。
为突破扎拉500兆瓦冲击式转轮焊接难关，哈电电机开展了技术攻关，采用数字仿真技术，进行大型水斗的模锻技术研究，选择了性能优异且高效的锻焊制造工艺路线；通过三维检测模拟计算进行装配焊接，探索选用了最优的焊接参数，将整体锻造的轮毂和水斗焊接在一起，提高了转轮的冲击韧性及耐疲劳性能。
哈电电机实现扎拉500兆瓦冲击式机组转轮焊接制造的突破，破解了超大超厚低碳马氏体不锈钢强韧锻件焊接难题、攻克了复杂曲面超厚水斗高效高强韧焊接制造难关、掌握了超高结合强度表面强化制造工艺关键技术，推动了我国电力装备制造技术取得了重大突破，在我国能源装备制造行业高质量发展进程中树立了新的里程碑。（科技日报）