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竟是由3D打印出来的! 首次实现国产化,150兆瓦级大型冲击式转轮下线

2023-05-21 08:51:35 12653

25月16日,东方电气自主研制的国内首台单机容量最大功率150兆瓦级大型冲击式转轮成功下线,实现我国高水头大容量冲击式水电机组关键核心技术国产化“从无到有”的历史性突破,开启了我国水力发电产业高质量发展的崭新篇章。

关于冲击式水轮机

冲击式水轮机是水力发电设备中的一种机型,具有结构简单、体积较小、发电效率高等优点,通常搭配卧式水轮发电机用来制造中小型发电机组。同时,冲击式水轮机适应水头范围广,对水流量要求较低,且无需修建水坝,修建成本较低,对环境影响极小。我国落差大、无法修建水坝的河流较多,冲击式水轮机行业发展具有广阔前景。

相关分析研究表明,随着技术不断进步,水轮发电机组大型化发展速度加快,大型冲击式水轮机需求也在逐步增多。然而受应用市场缺乏、研发投入不足等因素影响,我国发电装备企业在“高水头、大容量、冲击式”水电机组的自主研发、设计、制造和运行等方面基础较为薄弱,与国外先进企业存在差距。目前,国际上已投运水头最高、容量最大的冲击式水电机组是瑞士毕尔德隆电站,额定水头达1869米,单机容量达423兆瓦。

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“德阳造”水电设备首次实现国产化

2019年,东方电机全力组织开展“高水头、大容量、冲击式”水电机组关键技术研究,5年时间实现了“0”的突破。本次下线的冲击式转轮重约20吨,最大直径约4米,从工艺结构设计到材料应用等关键核心制造技术均实现了国产化,将用于四川省雅安市田湾河流域金窝水电站,预计6月初投入运行。届时,将为国内单机容量最大的冲击式水电机组装上“中国心”。

依托150兆瓦级大型冲击式转轮国产化项目,东方电气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。

坚持科技自立自强,牢牢把关键核心技术掌握在自己手中

在水力开发方面:转轮研发创新应用了东方电气自主开发的具有完全知识产权的冲击式转轮三维造型软件,解决了自主化设计的建模难题。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,实现一键完成全部试验功能,应用了先进的仿真分析计算方法,提高了转轮水力开发、设计优化效率。

在结构设计方面:设计团队验证分析了一百多个方案,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,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,执行1到17阶频率校验检查,转轮水斗每秒承受高速水流冲击范围37.5次至637.5次,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:转轮中心体采用锻件与复合增材结构,降低了锻坯制造难度,提高了材料利用率。转轮应用高精度数控加工工艺,实现转轮水斗异形深腔高效铣削,水斗型面高精度铣削。转轮外部水斗采用三种制造方式,有效验证了不同制造方式的适用性,为更高水头更大容量冲击式转轮研制积累了宝贵经验。

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3D打印!3台焊接机器人!40天!完成2700千克金属增材

这个国内首台150兆瓦级大型冲击式水轮机居然是打印机打印出来的!

和我们普通的3D打印不大一样,打印这个部件的是三个上下飞舞的机械臂,他们没日没夜地干了整整四十天,终于打印出了眼前这个重达2.7吨的大家伙。也许你会说,三只手,四十天也不算很快啊,但你可能不知道,同样这个部件,如果采用传统锻造工艺的话,需要整整两年。

而且经过大量的实验,它的强度和冲击韧性是完全能够达到冲击式转轮在运行工况当中设计要求的。

制造技术都是通用的,能打印2.7吨的零件,就能打印27吨的零件,只要这台水轮机转轮在自己岗位上运转得好,未来就可以用这套工艺做出更大更强的水轮机。眼前这个150兆瓦冲击式水轮机转轮的成功下线,仅仅只是迈向大容量冲击式水电机组世界巅峰的第一步,而他们的终极目标,就是造出1000兆瓦的大家伙,服务于我国西南水电基地的建设。

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坚决服务国家战略,开启我国水力发电产业高质量发展新篇章

中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要明确提出,要“加快西南水电基地建设”。研制高水头大容量冲击式水电机组是适应我国西部水电基地高原峡谷建设环境条件,实现平衡发展和环境保护的最优方案。

受应用市场缺乏、研发投入不足等因素影响,我国发电装备企业在高水头大容量冲击式水电机组的自主研发、设计、制造和运行等方面基础较为薄弱,与国外先进企业存在差距。(目前,国际上已投运水头最高、容量最大的冲击式水电机组是瑞士毕尔德隆电站,额定水头达1869米,单机容量达423兆瓦。)

2019年开始,东方电气全力组织开展高水头大容量冲击式水电机组关键技术研究。2020年,东方电气成功建设具有世界先进水平的冲击式水力模型试验台,具备了按照IEC国际规程及GBT国家标准进行冲击式转轮水力研究试验的能力。同时,东方电气对高水头大容量冲击式水电机组转轮等核心部件的制造工艺进行专题技术攻关,具备了高水头大容量冲击式水电机组转轮研制能力。

2021年5月,东方电气签订“四川省田湾河流域梯级电站水斗式转轮国产化研究合作协议”,推进150兆瓦级大型冲击式转轮国产化相关工作。2021年12月,150兆瓦级大型冲击式转轮完成验证试验。2022年11月,150兆瓦级大型冲击式转轮水力模型通过验收。2023年5月,150兆瓦级大型冲击式转轮成功下线,开启了我国水力发电产业高质量发展的崭新篇章。

三级跳!150兆瓦级!500兆瓦!700~1000兆瓦!持续推动我国水力发电产业高质量发展

东方电气将以此为契机,按既定“三级跳”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,为加快建设科技强国 ,更好服务“双碳”目标作出新的更大贡献。

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