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轉(zhuǎn)輪是水電機(jī)組最核心的部件，被譽(yù)為水電機(jī)組的“心臟”。國產(chǎn)化首臺(tái)150兆瓦級(jí)大型沖擊式轉(zhuǎn)輪應(yīng)用于四川川投田灣河開發(fā)有限責(zé)任公司金窩水電站沖擊式水電機(jī)組。該轉(zhuǎn)輪重約20噸，最大直徑約4米，于5月16日在東方電氣集團(tuán)成功下線。
依托150兆瓦級(jí)大型沖擊式轉(zhuǎn)輪國產(chǎn)化項(xiàng)目，東方電氣集團(tuán)沖擊式轉(zhuǎn)輪水力開發(fā)、造型設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、模型裝置研制等實(shí)現(xiàn)了完全自主化，填補(bǔ)了多項(xiàng)國內(nèi)技術(shù)空白，轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用、加工工藝等關(guān)鍵核心制造技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了我國高水頭大容量沖擊式水電機(jī)組關(guān)鍵核心技術(shù)“從無到有”的歷史性突破。
據(jù)了解，面向國家“加快西南水電基地建設(shè)”的重大戰(zhàn)略需求，東方電氣集團(tuán)制定了150兆瓦級(jí)大型沖擊式轉(zhuǎn)輪研制、500兆瓦級(jí)巨型沖擊式機(jī)組研制、700-1000兆瓦級(jí)高水頭大容量巨型沖擊式機(jī)組研制的“三步走”攀登計(jì)劃。自2019年起，東方電氣集團(tuán)全力組織開展高水頭大容量沖擊式水電機(jī)組關(guān)鍵核心技術(shù)研究，與科研院所、上下游企業(yè)聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，重點(diǎn)、系統(tǒng)、全面突破沖擊式水電機(jī)組研制“卡脖子”難題，建立起內(nèi)部多專業(yè)融合創(chuàng)新、內(nèi)外協(xié)同合作共贏的優(yōu)質(zhì)高效研制模式，形成了大型沖擊式轉(zhuǎn)輪研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)全過程技術(shù)體系。
在水力開發(fā)方面，創(chuàng)新三維造型設(shè)計(jì)思路，自主開發(fā)了具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水斗斗葉三維造型設(shè)計(jì)軟件，解決了自主化設(shè)計(jì)以及快速準(zhǔn)確幾何建模的難題。掌握了先進(jìn)的半開放半封閉全流場(chǎng)多相流CFD仿真分析方法，有效提高了水力開發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率。建成了智能化、高精度、國際領(lǐng)先的DF300-沖擊式水輪機(jī)模型試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了一鍵完成全部試驗(yàn)功能。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，驗(yàn)證分析了100多個(gè)方案，優(yōu)化了轉(zhuǎn)輪三維高階復(fù)雜曲面造型，優(yōu)化應(yīng)力分布，確保轉(zhuǎn)輪循環(huán)疲勞壽命不低于15億次，可承受110-220噸的力15億次的沖擊。綜合考慮振形與激振頻率、轉(zhuǎn)輪固有頻率在不同介質(zhì)中的差異，系統(tǒng)掌握了轉(zhuǎn)輪剛強(qiáng)度、動(dòng)力特性、動(dòng)應(yīng)力分析和試驗(yàn)方法，從無到有解決了大型沖擊式轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的難題，確保轉(zhuǎn)輪性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)安全可靠。
在工藝制造方面，采用基于應(yīng)力分布的分瓣方式和制造手段，應(yīng)用高精度數(shù)控加工工藝，保證轉(zhuǎn)輪運(yùn)行可靠性。中心體采用鍛件與復(fù)合增材相結(jié)合，有效壓縮鍛件規(guī)格，釋放大型鍛件的制造風(fēng)險(xiǎn)。外部水斗采用模鍛、電渣熔鑄及增材制造三種方式，有效驗(yàn)證了不同制造方式的適用性。采用激光熔覆、表面納米化制造技術(shù)，有效提升了轉(zhuǎn)輪抗泥沙磨蝕性能，為更高水頭更大容量沖擊式轉(zhuǎn)輪研制積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
據(jù)悉，東方電氣集團(tuán)將以150兆瓦級(jí)大型沖擊式轉(zhuǎn)輪工程應(yīng)用為契機(jī)，按既定“三步走”計(jì)劃，進(jìn)一步加強(qiáng)聯(lián)合創(chuàng)新，攜手國內(nèi)能源企業(yè)，共同推進(jìn)具有世界影響力的500兆瓦級(jí)沖擊式水電機(jī)組工程示范應(yīng)用，接續(xù)開展700-1000兆瓦級(jí)高水頭大容量沖擊式水電機(jī)組研制，持續(xù)推動(dòng)我國水力發(fā)電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
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