全球首台单机容量最大冲击式转轮研制成功

时间：2025/7/4 8:08:02 来源：打印

7月2日，一件凝聚中国水电装备顶尖智慧的庞然大物在哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司（简称“哈电电机”）正式启程。全球首台单机容量最大500兆瓦、转轮尺寸最大6.23米的冲击式水轮机核心部件——转轮在哈电电机自主研制成功并发运，标志着我国在高水头、大容量冲击式水轮机组核心装备领域实现历史性突破。

该转轮将应用于西藏扎拉水电站，扎拉水电站由大唐西藏能源开发有限公司建设，是国家“藏电外送”骨干工程和世界在建综合难度最大的冲击式水电项目，电站装机2台全球单机容量最大、技术难度最高的500兆瓦冲击式机组。该机组作为国家能源局能源领域首台（套）重大技术装备项目，具有高海拔、高水头、大容量等技术特点，是服务国家“加快西南水电基地建设”战略的主力机型。

自主攻坚尺寸与性能“双突破”

冲击式水轮机的水斗式转轮作为机组核心部件，承担着将水流动能转化为机械能的关键作用，堪称水电机组的“心脏”。作为国内冲击式机组研制的开拓者，哈电电机凭借数十年的技术积淀，先后参与研制了东川电站、秘鲁圣加旺等国内外30座电站67台套机组，形成了独具特色的研发制造体系。从水力开发到模型试验，从结构设计到加工制造，哈电在冲击式机组各环节积累了丰富的工程实践经验。

扎拉转轮对结构参数、水力性能及制造工艺的要求极高，代表着当前冲击式水电机组的最前沿技术水平。哈电电机为扎拉冲击式机组量身定制了高性能水斗式转轮。该转轮由21个精密水斗构成，外径达6.23米、整轮高度1.34米、重量约80吨。其核心部件——轮毂锻件，更是目前世界最大的马氏体不锈钢锻件。这些突破性参数标志着该转轮在水力性能、高效运行区间和承压能力方面均实现行业颠覆性提升。

作为世界水电技术的巅峰之作，该转轮的研发过程堪称系统工程创新的典范。哈电电机科研团队从机组安全与性能等维度出发，综合考量水斗与喷嘴的精密匹配、射流直径与效率的一致性、射流与水斗的相互作用、多喷嘴相邻射流的干涉效应，以及水斗的刚强度指标等，依托水力发电设备全国重点实验室的冲击式水力试验台，创新性地将计算流体力学流动分析、高速摄影与流态观测技术融合，通过持续优化，最终实现了过流参数的极致化设计。

整个研发过程历时4年攻坚，经历5次评审。研发团队对百余种方案进行系统论证，制造了6个不同设计方向的观测转轮和6个性能试验模型转轮，经高精度冲击试验台验证，其最优效率和加权平均效率均刷新世界纪录，为机组安全高效稳定运行提供了坚实保障。

制造登峰科技与攻坚“双赋能”

哈电电机针对扎拉转轮500兆瓦级大型锻焊结构的特殊要求，统筹最优资源，严格执行质量管控体系，在结构设计、材料制备、焊接工艺及精密加工等关键环节实现全面突破。

哈电电机组织联合攻关，采取“化整为零、分散式加工”策略，优化数控程序（从38万条精简至27万条），并提升车序效率21%、镗序效率27%。面对超大尺寸带来的应力挑战，团队运用数字仿真技术指导模锻研究，创新采用锻焊结合结构，精准设计分瓣位置以避开水斗高应力区。

焊接环节采用三维检测模拟、焊机群控系统等数字化手段，实现全程监控，优化工艺参数，提升接头冲击韧性及耐疲劳性能。同时，构建“7序14检”全生命周期检测体系，综合相控阵超声探伤等技术，形成“实体检测+数字仿真”双保障体系，实现焊后尺寸、应力、硬度测试一次合格，探伤合格率达98.04%，确保长期运行可靠性。

加工团队利用多轴数控机床，在狭小空间内攻克大深度、多曲面的复杂加工难题，确保转轮的水斗内型面加工符合精品标准。通过数字编程、三维扫描仪与摄影测量系统、大型水斗在位检测技术，实现加工过程实时监控与动态优化，为全球最大容量、最大尺寸冲击式转轮的研制提供加工保障。

哈电电机成功突破水力设计、材料制备、巨型锻件、复杂焊接、精密加工、质量管控等全链条上的世界级难题，自主研制出全球首台500兆瓦冲击式水轮机转轮，不仅标志着我国水电装备研制站稳世界之巅，更打破了高水头大容量冲击式机组的“卡脖子”困境，为世界能源装备技术发展注入了强劲的“中国动力”。