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装上“中国芯”!国内单机容量最大的冲击式水电机组成功发电

6月7日,东方电气集团自主研制的国内单机容量最大冲击式水电机组完成国产化改造,在川投集团金窝水电站成功并网发电,标志着东方电气集团具有全产业链完全自主知识产权的国产化首台150兆瓦级大型冲击式转轮成功实现工程应用,开启了我国水力发电产业高质量发展的新篇章。

  转轮是水电机组最核心的部件,被誉为水电机组的“心脏”。国产化首台150兆瓦级大型冲击式转轮应用于四川川投田湾河开发有限责任公司金窝水电站冲击式水电机组。该转轮重约20吨,最大直径约4米,于5月16日在东方电气集团成功下线。

  依托150兆瓦级大型冲击式转轮国产化项目,东方电气集团冲击式转轮水力开发、造型设计、软件开发、模型装置研制等实现了完全自主化,填补了多项国内技术空白,转轮结构设计、材料应用、加工工艺等关键核心制造技术取得了突破性进展,实现了我国高水头大容量冲击式水电机组关键核心技术“从无到有”的历史性突破。

  据了解,面向国家“加快西南水电基地建设”的重大战略需求,东方电气集团制定了150兆瓦级大型冲击式转轮研制、500兆瓦级巨型冲击式机组研制、700-1000兆瓦级高水头大容量巨型冲击式机组研制的“三步走”攀登计划。自2019年起,东方电气集团全力组织开展高水头大容量冲击式水电机组关键核心技术研究,与科研院所、上下游企业联合开展技术攻关,重点、系统、全面突破冲击式水电机组研制“卡脖子”难题,建立起内部多专业融合创新、内外协同合作共赢的优质高效研制模式,形成了大型冲击式转轮研发、设计、制造、检验全过程技术体系。

  在水力开发方面,创新三维造型设计思路,自主开发了具有完全知识产权的水斗斗叶三维造型设计软件,解决了自主化设计以及快速准确几何建模的难题。掌握了先进的半开放半封闭全流场多相流CFD仿真分析方法,有效提高了水力开发、优化设计的效率。建成了智能化、高精度、国际领先的DF300-冲击式水轮机模型试验台,实现了一键完成全部试验功能。

  在结构设计方面,验证分析了100多个方案,优化了转轮三维高阶复杂曲面造型,优化应力分布,确保转轮循环疲劳寿命不低于15亿次,可承受110-220吨的力15亿次的冲击。综合考虑振形与激振频率、转轮固有频率在不同介质中的差异,系统掌握了转轮刚强度、动力特性、动应力分析和试验方法,从无到有解决了大型冲击式转轮结构设计方面的难题,确保转轮性能优异,结构安全可靠。

  在工艺制造方面,采用基于应力分布的分瓣方式和制造手段,应用高精度数控加工工艺,保证转轮运行可靠性。中心体采用锻件与复合增材相结合,有效压缩锻件规格,释放大型锻件的制造风险。外部水斗采用模锻、电渣熔铸及增材制造三种方式,有效验证了不同制造方式的适用性。采用激光熔覆、表面纳米化制造技术,有效提升了转轮抗泥沙磨蚀性能,为更高水头更大容量冲击式转轮研制积累了宝贵经验。

  据悉,东方电气集团将以150兆瓦级大型冲击式转轮工程应用为契机,按既定“三步走”计划,进一步加强联合创新,携手国内能源企业,共同推进具有世界影响力的500兆瓦级冲击式水电机组工程示范应用,接续开展700-1000兆瓦级高水头大容量冲击式水电机组研制,持续推动我国水力发电产业高质量发展。

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