世界首臺500兆瓦沖擊式機組轉輪完成焊接制造
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電機組轉輪問世，標志著我國高水頭、大容量沖擊式水電機組的研制實現了重大突破，其技術水平位居世界前列。
該水輪機轉輪是國家“藏電外送”骨干電站扎拉水電站水輪發電機組的“心臟”，可為發電機提供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，戰略意義重大、發展影響深遠。在以中國大唐集團為代表的能源骨干企業共同助力下，我們成功實現扎拉轉輪焊接這一最關鍵核心部件的研發制造，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輪進行能量轉換的水力機械，轉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。在機組運行狀態下，沖擊式轉輪時刻承受高頻率的動態壓力，對機組的安全穩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輪能量轉換效率達到世界先進水平。該轉輪采用鍛焊結構，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%，每天約能夠增加發電量19萬度。”哈電集團首席技術專家陶星明說。
作為世界單機容量最大的沖擊式機組轉輪，該轉輪的輪轂鍛件直徑為4.7米、厚度達1米，創造了馬氏體不銹鋼最大鍛件世界紀錄。加工后的轉輪最大外徑6.23米、最大寬度1.34米，也創造了沖擊式轉輪世界紀錄。其焊接、加工等環節的制造技術，都處于相關領域前沿。由于材質、形狀、尺寸等原因，扎拉沖擊式轉輪的焊接制造要求極高、難度極大，探索制造該轉輪的過程，存在很多風險因素和不確定性。
為突破扎拉500兆瓦沖擊式轉輪焊接難關，哈電電機開展了技術攻關，采用數字仿真技術，進行大型水斗的模鍛技術研究，選擇了性能優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，探索選用了最優的焊接參數，將整體鍛造的輪轂和水斗焊接在一起，提高了轉輪的沖擊韌性及耐疲勞性能。
哈電電機實現扎拉500兆瓦沖擊式機組轉輪焊接制造的突破，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、掌握了超高結合強度表面強化制造工藝關鍵技術，推動了我國電力裝備制造技術取得了重大突破，在我國能源裝備制造行業高質量發展進程中樹立了新的里程碑。（科技日報）