世界最大水轮机三峡70万千瓦水轮机组研制概况投资：150亿元以上工程期限：1996年——2012年工程期限：1996年——2012年三峡工程最早建设的左岸14台机组，中标外商都是国际一流企业，但实际制造供货分散在17个国家100多个工厂，又逢制造企业兼并改组，富有经验的原产地只生产一些关键部件，其他部件转移到子公司，甚至关键的定子线棒德国Siemens公司交给巴西生产（2号机组1941个水接头返厂重焊)，瑞士ABB磁极装配在西班牙生产(5号机组磁极返修后，转子才耐压通过)，ABB推力头和镜板在意大利生产（5号机组推力头止口与轴领偏心0.3mm，需要修磨放大止口间隙），出现不少质量问题，经过返修最终达到了技术要求。

左岸还有55%的部件由国内企业制造，这批机组质量责任在总供货外商，在运行期间逐步进行升级改造。

右岸电站12台机组有8台实现国产，地下电站6台机组全部实现国产。

总体来说，机组设计制造代表了当今国际先进水平。

三峡水电站由于自然条件和以防洪为主的需要，初期水头61-94米，后期水头为71-113米，每年汛前水库水位降到145米高程，防洪库容221.5亿立方米，水头变幅很大，额定水头80.6米，给水轮机设计增加了难度。

每套水轮机组主要由引水管、座环、蜗壳、导水机构、转轮、主轴、下机架、顶盖、转子支架、定子铁芯、定子线圈、尾水管等部件组成。

单台机组出力700MW，水轮机转轮名义直径9.709/10.427m(VGS/Alstom)，是当今世界最大的混流式水轮机转轮。

机组采用三个导轴承的半伞式结构，推力轴承负荷5050/5520吨，为当今世界之最。

发电机额定出力778MVA，功率因数0.9，为提高在高水头下水轮机运行的稳定性，发电机设计最大出力840MVA，可连续运行。

发电机额定电压20kV，采用定子绕组水冷、转子空冷的冷却方式。

发电机定子机座外径21.42/20.9m，定子铁芯内径18.5/18.8m,铁芯高度3.13/2.95m，单台机组重约7000吨，均为世界之最。

三峡右岸电站12根直径12.8米的特大型压力引水钢管，和大坝下方的右岸发电厂房12台水轮发电机组。

1、水轮机进水机构每台机组有一根直径12.8米的特大型钢制引水管，由坝体进水口延伸到下游电站水轮机蜗壳前部，被浇筑在混凝土坝体中，是永久不修复部件。

由72个管节组成，分上斜直段、下弯段、下平段、和锥管渐变段四部分，采用壁厚26-60mm的60kgf/mm2级高强度钢板卷制而成。

单节重量在20-50吨之间。

三峡上游水库的水经大坝引水口钢制闸门进入引水管，以每秒1020立方米的流量倾泻而下，再流入蜗壳做圆周旋转运动，形成雷霆万钧般的强大冲击力，经导水机构调节，将水流均匀、轴对称地送入水轮机转轮，推动转轮叶片旋转。

引水管还要承受来自水库内393亿立方米水形成的巨大压力，一旦钢管爆裂，浇筑在管道上面2-3米厚的混凝土根本难以抵挡这万钧之力。

而大坝进水口钢制闸门至少需要3.5分钟才能关闭，在这期间下游厂房早已发生机毁人亡的事故。

因此对引水管钢材的屈服强度、抗拉强度、延伸性能和冲击韧性等4大指标有严格的要求。

2000年5月，湖北出入境检验检疫局对从日本三井物产进口，住友金属株式会社生产的669.408吨低合金碳素结构钢板进行3次检测，均显示冲击韧性不合格，迫使日方全部退货。

该批钢板主要用于卷制左岸7-14号机组引水管，从而避免了一桩因钢材品质缺陷而可能造成引水管爆裂的重大事故隐患。

2005年12月7日，三峡右岸电站吊装完成的一台机组蜗壳，与大坝引水管相连，蜗壳中间是座环固定导叶。

2、水轮机引水机构蜗壳是引水机构的关键部件，外型如同蜗牛壳，进口最大直径12.4米，从进口开始断面逐渐缩小，截面半径从最6.2米到2.1米不等，尺寸及重量均为国内之最。

而且两家供货商的结构设计也不一样，VGS的蜗壳有33节，总重690吨，阿尔斯通的蜗壳有30节，总重739吨。

采用60kg/mm2级高强钢板卷制，板厚24-120毫米，设计时考虑了3mm腐蚀余量。

左岸机组蜗壳现场安装的二类以上焊缝总长度超过12.6公里，耗用焊条超过185吨。

蜗壳由于尺寸巨大，因此内水压力和水温的变化对蜗壳变形影响较大。

三峡坝址处历年河水水温为1.4-29.5℃，在高温季节和低温季节保压浇混凝土的效果相差很大。

因此浇筑蜗壳周边混凝土时既要控制内水压力，又要控制水温，还要考虑周边混凝土上升过程中产生的热量对蜗壳变形的影响。

座环位于水轮机底部蜗壳内侧，上部安装水轮机转轮，为平板式组焊结构，由上、下环板、固定导叶、导流板、过渡板、大舌板等部件组成。

VGS供货的环座总重382吨，考虑到运输需要，分为6瓣，单瓣最重约70.5吨，组装后最大外径约14.5米，高4.265米。

ALSTOM供货的环座总重345.5吨，单瓣最重约65吨，组装后最大外径约15米。

座环分6瓣在工厂制作并退火，在现场机坑内用预应力螺栓把合后组焊成整体，所有焊缝需磁粉和超声波探伤，相关尺寸精度要求高，制造装配难度较大。

三峡水轮机座环，重达300多吨，竖立的是座环固定导叶，内侧安装活动导叶，座环中间安装水轮机转轮。

三峡水库上游来水经引水管流入蜗壳，在座环固定导叶和活动导叶调整水流形态后，冲击水轮机转轮，将势能转化为推动水轮机转轮旋转的机械能。

3、水轮机导水机构导水机构位于蜗壳内部，通过活动导叶调节水轮机进水流量从而控制水轮机工况的部件。

三峡水轮机导水机构由底环、顶盖、24片导叶、控制环及导叶操作机构等大小千余个零件组成，总重近千吨。

底环直径11.6米，高0.7米，重达112吨，由4瓣28吨的构件组装而成。

顶盖直径13.29米，高2.275米，重达380吨，分4瓣在工厂制作并作消除应力处理。

24片导叶每片长约3米，重达11吨。

导水机构位于蜗壳内部，通过活动导叶调节水轮机进水流量从而控制水轮机工况的部件。

三峡水轮机导水机构由底环、顶盖、24片导叶、控制环及导叶操作机构等大小千余个零件组成，总重近千吨。

底环直径11.6米，高0.7米，重达112吨，由4瓣28吨的构件组装而成。

顶盖直径13.29米，高2.275米，重达380吨，分4瓣在工厂制作并作消除应力处理。

24片导叶每片长约3米，重达11吨。

为解决这个问题，沈阳铸造研究所采用电渣熔铸技术，把电渣重熔精炼与铸件凝固成型两道工序结合，攻克了电渣熔铸大型水轮机导叶的材料、工艺工装及设备等方面的关键技术。

先后为东方电机厂、哈尔滨电机厂生产了10台份三峡水轮机导叶铸件，产品造价降低30%，寿命提高了30%，改变了我国此类高端部件依赖进口的局面。

哈电制造的水轮机转轮是水轮机核心部件之一，直径10.4米，高约5米，重达450吨，造价超过3000万元人民币，制造难度极高。

4、水轮机超大型转轮整体加工转轮是水轮发电机组的心脏，由上冠、下环、叶片、泄水锥等部分组成；其质量、性能直接影响到发电机组的安全、稳定和效率。

由于水中含有泥沙时，泥沙常常与空蚀磨损联合作用，导致水轮机过流部件，别是转轮叶片表面快速破坏，不仅会降低水轮机运行效率，严重时甚至危及部件的结构安全。

叶片出水边由于应力过大而造成疲劳裂纹，也是影响国内外大型混流式水轮机可靠性的较普遍现象。

因此转轮对材质、形线及尺寸精度等要求均十分严格。

三峡左岸Alstom供货的水轮机转轮直径10.427米、高5.08米、喉口直径9.8米，净重450吨，由上冠、下环、15块叶片、上下止漏环和泄水锥焊接而成，是目前世界最大的水电铸钢焊接件。

上冠不锈钢铸件重达112吨，下环重达58吨，轮机叶片最大尺寸为4537×4951×2300毫米，净重17.49吨，VOD精炼钢水，探伤要求为CCH70-3，其尺寸、重量、技术含量、制造难度都堪称当今世界同类产品之最，每片造价高达200万元，仅数控机床加工费就达30万元以上，切削下来的铁屑重达数吨。

VGS机组的水轮机转轮结构略有不同，直径10.07米，高5.565米，喉口直径9.4米，由上冠、下环和13块叶片焊接而成，单块叶片重22.2吨，转轮总重473吨，加工周期长达一年多时间，造价超过3000万元人民币。

三峡水轮机转轮上冠、下环、叶片，是水轮机中技术含量最高，制造难度最大，制造周期最长的部件。

由于采用ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢，对温度非常敏感，高温和低温都极易产生裂纹。

多包钢水同时浇注时，每包化学成份必须均匀。

铸件在凝固和热处理过程中极易变形，工艺参数和热处理装窑方式不易掌握。

转轮叶片属于三维扭曲变断面结构的大型板状不锈钢铸件，也是水轮机中质量要求最高、制造难度最大的代表性铸件，其制造精度对机组的效率等水力性能有直接的影响。

在与外商合作的过程中，哈尔滨电机厂为建造转轮，投资3000多万元在辽宁葫芦岛建立滨海水电大件加工厂，采用机器人埋弧焊接、大型转轮焊接变位机、钟罩式退火炉，以及500吨级转轮高精度静平衡工具等技术装备完成了转轮加工焊接任务。

东方电机厂对厂房进行技术改造，采用脉冲式气体保护法、多角度超声波探伤等工艺，转轮一次探伤合格率达96%，没有裂纹，达到国际先进水平。

国内目前有一重、二重、鞍钢重机、华锐铸钢、东电、哈电等企业能生产此类转轮，国外也仅有法国阿尔斯通、挪威克瓦纳、加拿大GE、德国V oith、日本日立等跨国巨头对此项制造工艺比较成熟。

2006年10月11日上午，一个有两层楼高的庞然大物，骑在一辆有256个轮子的平板拖车上，浩浩荡荡地开进了成都市区。

这个庞然大物是由东方电机厂生产制造的首台国产三峡右岸水轮机转轮。

该转轮毛重497吨，加上拖车、平板拖车的重量，车货总重达到了616.2吨。

5、水轮机超大型转轮运输三峡左岸水轮机转轮由于体型巨大，其运输安装，曾比较过美国大古力第三电厂水轮机，在现场将上冠、下环、叶片组焊成整体，加工退火然后在工地交付业主的方式。

不过由于三峡有非常有利的水运条件，因此在三峡电站32台转轮，每年交付4台的情况下，采用了由供货方将加工好的转轮整体运输到三峡的方式。

根据分包合同和技术转让要求、左岸14台转轮的分配是：VGS供货的6台转轮，由加拿大GE 制造2台，整体加工后从蒙特利尔港运到上海再转运至三峡。

德国Voith制造2台，由Voith巴西工厂将上冠、下环、叶片加工好后，运至上海希科的车间内完成组焊、加工、退火等工序，然后由黄埔江码头运抵三峡工地。

东方电机制造2台，在其车间内完成上冠、下环、叶片的加工、装配、退火、静平衡等工序，由大件运输公路驶达大渡河肖湾码头，转入长江后直接运至三峡工地左岸重件码头。

三峡断航期间，采用提前或推后交货等避开断航时段的方式进行。

Alstom联合体供货的8台转轮，业主指定有3台分包给挪威克瓦纳（Kvaerner）公司（并购后现为通用电气水电公司挪威公司）。