【科技創(chuàng)新】精準(zhǔn)修型技術(shù)為中高水頭電站注入科創(chuàng)動能
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近日，由電建水電開發(fā)公司雅甘涼片區(qū)牽頭，聯(lián)合西華大學(xué)、四川德陽東航電站設(shè)備有限公司共同研發(fā)的“中型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪適應(yīng)性精準(zhǔn)修型關(guān)鍵技術(shù)”，已在工程實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)核心突破。該項目此前先后榮獲2024年四川省總工會職工“五小”活動優(yōu)秀成果獎、中國電建科學(xué)技術(shù)獎三等獎，成為水電行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與基層實(shí)踐深度融合的典型范例。 作為水電站核心部件，混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪長期處于高水頭、大流量工況運(yùn)行，易受水動力載荷、空化侵蝕及交變應(yīng)力影響，出現(xiàn)葉片裂紋、掉塊等結(jié)構(gòu)失效問題。傳統(tǒng)修復(fù)中，堆焊補(bǔ)強(qiáng)易導(dǎo)致葉片型線變形、水力性能受損，整體更換則面臨成本高昂、停機(jī)周期長的困境，行業(yè)亟需一套兼顧“性能保持、強(qiáng)度提升、成本可控”的優(yōu)化方案。 2021年11月至2023年12月，研發(fā)團(tuán)隊針對這一行業(yè)痛點(diǎn)開展專項研究，圍繞“水力性能與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度協(xié)同提升”核心目標(biāo)，構(gòu)建多學(xué)科協(xié)同技術(shù)體系，形成三項關(guān)鍵創(chuàng)新：開發(fā)瞬態(tài)多工況流固耦合仿真模型，破解傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析無法捕捉交變載荷下結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的難題。通過融合計算流體力學(xué)與有限元分析技術(shù)，覆蓋最優(yōu)工況、額定水頭超負(fù)荷、高水頭部分負(fù)荷及低水頭大出力四類典型工況，大幅提升轉(zhuǎn)輪設(shè)計驗(yàn)證的準(zhǔn)確性與可靠性。同時引入“效率-應(yīng)力”雙目標(biāo)權(quán)重函數(shù)，突破單一目標(biāo)優(yōu)化局限，在保障水力性能的同時，針對性改善葉片應(yīng)力分布，為轉(zhuǎn)輪優(yōu)化設(shè)計提供全新路徑。團(tuán)隊還首創(chuàng)葉片適應(yīng)性修型理念，將葉片局部非均勻梯度增厚技術(shù)與轉(zhuǎn)輪出口流線型三角塊增強(qiáng)工藝結(jié)合——葉片增厚區(qū)域最大增厚6mm以降低應(yīng)力集中系數(shù)，轉(zhuǎn)輪出口通過激光熔覆技術(shù)實(shí)現(xiàn)三角塊高精度焊接，形成“性能-強(qiáng)度”雙保障體系。 從工程應(yīng)用成效來看，該技術(shù)在雅甘涼片區(qū)運(yùn)營的五一橋水電站落地后表現(xiàn)突出：優(yōu)化后的轉(zhuǎn)輪運(yùn)行一年，振動幅值降低37%，噪聲級下降5分貝；水力性能保持優(yōu)異，單位流量偏差小于0.53升每秒，效率波動小于0.15%；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度顯著提升，葉片最大等效應(yīng)力從158兆帕降至113兆帕，降幅達(dá)28.3%，疲勞壽命延長至原設(shè)計的1.8倍。 經(jīng)濟(jì)價值層面，該技術(shù)性價比優(yōu)勢明顯：單臺轉(zhuǎn)輪改造成本僅98萬元，僅為新購轉(zhuǎn)輪成本的32.7%，且單臺機(jī)組年發(fā)電量提升1.2%。目前技術(shù)已在五一橋公司其他機(jī)組推廣，預(yù)計年增發(fā)電收益超500萬元；同時非計劃停機(jī)減少80%，運(yùn)維成本降低30%，全生命周期效益顯著。此外，該技術(shù)還可拓展至海水抽蓄機(jī)組、潮汐能裝置等新型清潔能源裝備，為水電行業(yè)智能化升級及“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支撐，未來有望在國內(nèi)80%中高水頭混流式水電站推廣應(yīng)用。
精準(zhǔn)修型技術(shù)為中高水頭電站注入科創(chuàng)動能 （責(zé)任編輯：劉開燕） |
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