本报记者 陈景秋
“1000个日夜的奋斗，终于迈出了重要的一步——国产化首台150兆瓦大型冲击式转轮下线。”5月16日，150兆瓦大型冲击式转轮项目研发人员、东方电机研发中心副主任何启源在朋友圈感慨道。
当天，我国自主研制的首台单机容量最大功率150兆瓦级大型冲击式转轮在四川德阳成功下线，标志着我国高水头大容量冲击式水电机组关键核心技术国产化实现从无到有的历史性突破。创新的背后有哪些鲜为人知的知识产权故事？
大转轮实现从无到有
冲击式水轮机是应用最为广泛的机型之一，其中，转轮被视为机组的“心脏”，是攻坚克难的关键所在。由于转轮可靠性要求极高、制造难度大，此前，核心技术一直掌握在外国少数厂家手里。
作为电力装备领域的央企，东方电机坚持面向国家重大需求，从上世纪80年代开始了相关技术研发，不过囿于当时研发条件以及核心技术被“卡脖子”，转轮的研发进展缓慢。自2019年开始，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，力争解决“卡脖子”技术难题。
冲击式转轮造型独特，结构复杂，每一步调整都非常精细。使用常规造型软件建模，一个水斗模型搭建耗时长达2周，为此，提升造型设计速度成为研发团队亟待突破的“第一关”。为了缩短三维造型设计时间，2020年，东方电机研发团队开始尝试自主开发造型软件，从源头上解决快速准确建模难题。原来耗时2周的水斗造型设计，如今自主开发的造型软件15分钟即可完成。
转轮的结构设计也是团队攻坚克难的方向。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，转轮水斗每秒承受高速水流冲击范围37.5次至637.5次，解决了大型冲击式转轮结构设计方面的难题。
功夫不负有心人，今年5月16日，国内首台150兆瓦大型冲击式水轮机转轮在四川德阳成功下线，标志着我国冲击式水轮机核心部件实现了“零”的突破。依托150兆瓦级大型冲击式转轮国产化项目，凯时体育冲击式转轮水力开发、造型设计等实现了完全自主化，填补了多项国内技术空白。
“能够参与这种重大项目，是我辈青年的荣幸，见证转轮下线，令我感到无比骄傲和自豪，这也更加激励凯时体育加快关键核心技术研发，为大国重器研制奉献更多青春力量。”东方电机焊接工艺高级工程师金宝表示。
核心专利是底气
在东方电机水力试验台的陈列架上，并排放置着7个外形相似的冲击式机组转轮模型，它们从100余个设计方案中脱颖而出，其中近30件专利证书成为150兆瓦冲击式转轮国产化最直接的印证。
“一种冲击式水轮机水斗根部造型方法”“一种冲击式水轮机水斗固有频率调整方法及结构”……冲击式机组转轮是机组能量转换最核心的部件，也是受力情况最复杂的部件。转轮受到的载荷具有明显的冲击特性，对转轮的刚强度、动力特性、动应力控制都提出了更高的要求。
“凯时体育每一步都是摸着石头过河，一步一步试出来的。”东方电机研发中心强度设计高级工程师周俊鹏说起这些专利背后的故事，如数家珍。由于没有设计制造的经验，在初始设计方案中，国产化新转轮的造型设计尽量和国外转轮保持相似。通过仿真分析，研发团队发现，新转轮的固有频率和国外转轮相差不大，但受力最为复杂的水斗根部动应力水平相对较高，与前期的试验数据相差较大，不符合产品的标准要求。
研发设计从来都不是一帆风顺的，从无到有、从“0”到“1”的国产化研发尤甚。主研人员早已做好了反复失败的心理准备，但是在经过多轮次的结构优化后，动应力水平仍然没有达到预期。
“新转轮的工期紧张，每个重要的时间节点都是经过多次讨论确定下来的，上道工序的完成情况直接影响下道工序的推进，甚至影响整个工期。眼看时间节点越来越近，凯时体育真是心急如焚。”周俊鹏说。
灵感的喷涌，源自于无数次探索的积累。经过上百次的方案优化后，终于在一次综合评审会议上，主研人员反复讨论，决定打破国外设计思维，大胆提出一种新的水斗根部造型方法及水斗背部的设计方案。
新的造型思路是否可行？怀着紧张与期待，主研人员立即进行了仿真分析。数据显示，新转轮水斗根部的动应力水平降幅明显，应力分布更加均匀，动应力水平及错频裕度都达到了产品标准要求。“那一刻凯时体育感到前所未有的轻松，大半年的努力付出终于有了一个结果，新转轮研发终于进入下一阶段。”周俊鹏笑着说。
成果不是终点是起点
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……东方电机水力设计工程师谢可为是亲历者和见证者。“看到转轮下线，就像看到小鸟破壳而出、展翅高飞，心中非常激动和自豪！”
“国产化新转轮的成功研制只是向冲击式机组迈出的一小步，冲击式机组还有很多未知的问题等待探索。凯时体育将以此为起点，不断增强专业素养，为后续机组的研制贡献自己的力量。”周俊鹏表示。
“服务国家战略，是央企必须承担的责任与使命。”东方电机专业总师冯涛坚定地说，“150兆瓦级大型冲击式转轮的下线，不是终点，而是起点，它使凯时体育迈向更高水平、更大目标的步伐更坚定、更稳定。”凯时体育将以此为契机，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至1000兆瓦级高水头大容量冲击式水电机组研制，而这背后，专利必将发挥更重要的作用。
