Mehanički dijelovi u vjetroturbinama guraju se do krajnjih granica stalnim okretanjem, promjenjivim opterećenjem vjetra, ekstremnim vremenskim uvjetima i činjenicom da moraju trajati desetljećima, a da ih nije lako popraviti. Glavna osovina je najvažniji dio svakog turbinskog motora. Njegova pouzdanost određuje hoće li cijeli sustav proizvoditi snagu ili ne.Osovine turbinakoji mogu zadovoljiti ove potrebe izrađuju se kroz proces koji se naziva "kovanje osovine".Kovanjeizrađuje osovine koje mogu izdržati milijune ciklusa opterećenja tijekom radnog vijeka od 20 do 25 godina radeći na čeliku pod kontroliranim pritiskom kako bi se izgladila njegova zrnata struktura i riješili se svih nedostataka iznutra. U ovom članku je objašnjeno zaštokovanje osovinenije samo poželjan, već i neophodan u primjenama energije vjetra.
Zašto su kovane osovine ključne za pouzdanost vjetroturbina
Strukturni zahtjevi pogonskog sklopa vjetroturbine
Glavna osovina vjetroturbine prenosi silu s glavčine rotora na mjenjač ili motor. Također podržava težinu i momente uvijanja sklopa rotora. Brzina i smjer vjetra stalno se mijenjaju, pa se i ova opterećenja stalno mijenjaju. To stvara komplicirano, višeosno stanje naprezanja koje se uvijek mijenja. Proces kovanja vratila zadovoljava ove potrebe izradom dijela čija je kvaliteta materijala debela i postojana po cijelom presjeku. Nema rupa, grešaka ili slabih točaka-samo čelik visoke-čvrstoće koji je isti i može podnijeti sve što vjetar baci na njega.
Cjelovitost materijala pod dugotrajnim-opterećenjima
Osovine turbina se ne mijenjaju tako često kao manji potrošni dijelovi tijekom rutinskog popravka. Zamišljeni su da traju koliko i turbina, što je obično 20 ili više godina. Oni će biti pregledani, ali nisu namijenjeni zamjeni. Da bi ovaj životni vijek bio moguć, materijal mora biti čvrst, što može biti sigurno samo uzmetoda lijevanja osovine. Kada se čelik kuje, on se komprimira, što ispunjava sitne rupe, čini zrnca manjim i poravnava kristalnu strukturu s glavnim stazama naprezanja u osovini. To čini dio čije stvarne osobine blisko odgovaraju - i često nadilaze - specifikaciju dizajna. To daje inženjerima vjeru da mogu točno pogoditi kako će se dio ponašati dugoročno.
Zahtjevi za osiguranje kvalitete i sljedivost
Proizvođači originalne opreme (OEM) i skupine za odobravanje vjetroturbina trebaju mnogo informacija o svakoj važnoj komponenti motora. Ako koristite kontroliranikovanje osovinemetoda za izradu akovana osovina, možete dobiti potpuno praćenje materijala. To uključuje toplinske brojeve, kemijske certifikate, rezultate mehaničkih ispitivanja i zapise o ne-destruktivnim ispitivanjima. Dobavljači koji su certificirani prema ISO 9001:2015, kao što suKina Welong, imaju sustave kontrole kvalitete koji stvaraju i prate te informacije na strukturiran način. Na taj način se svaka otpremljena kovana osovina može pratiti do sirovine i uvjeta pod kojima je napravljena. Ova razina odgovornosti je neophodna u području gdje jedan pokvareni dio može spriječiti turbinu da radi tjednima.
Kako kovanje povećava otpornost na zamor turbinskih vratila
Uloga protoka zrna u učinku zamora
Pukotine nastale zamorom počinju na mjestima gdje postoji veliki stres, poput oštrih promjena, površinskih nedostataka ili unutarnjih lomova, i šire se pod opetovanim opterećenjem sve dok materijal ne pukne. To je zaustavljeno postupkom kovanja osovine, koji osigurava da linije protoka zrna idu cijelim putem duž osovine i oko geometrijskih elemenata poput ramena i utora za klin bez zaustavljanja radi rezanja. Ova usmjerena struktura zrna postavlja najteži smjer materijala duž glavnog puta opterećenja. To čini razinu naprezanja puno višom prije nego se počne stvarati pukotina uslijed zamora. Ovaj mikrostrukturni rub izravno znači više godina postojanog rada za dio koji će se opterećivati i prazniti stotine milijuna puta tijekom svog životnog vijeka.
Tlačna zaostala naprezanja kao obrambeni mehanizam
Dodavanje kompresijskih preostalih pritisaka na i blizu površine dijela jedna je od manje očitih prednosti procesa kovanja osovine. Vlačna naprezanja uzrokuju rast pukotina uslijed zamora, ali ih zaostala tlačna naprezanja zaustavljaju. Pukotina se ne može proširiti kroz područje koje je stisnuto. Kontrolirano kovanje, uz pravotoplinska obradai završne obrade površine, stvara profil zaostalog naprezanja koji sprječava pojavu pukotina uslijed zamora na najslabijim mjestima osovine. Ovo je posebno korisno kod polumjera ugla i ležajnih površina rukavca, što su mjesta s velikim naprezanjem i gdje obično počinju kvarovi na habanju turbinskog vratila.
Optimizacija toplinske obrade nakon kovanja
Proces oblikovanja osovine i toplinska obrada koja dolazi nakon nje rade zajedno kako bi se dobio krajnji profil mehaničkih svojstava koji želi inženjer dizajna. Nakon oblikovanja, kaljenje i kaljenje poboljšavaju ravnotežu između čvrstoće i žilavosti, čineći metal otpornijim i na trošenje i na krti lom. Kao rezultat toga što je kovana mikrostruktura ujednačena i nije odvojena poput odljevaka, reakcija toplinske obrade je ista od jedne osovine do druge i od jedne serije do sljedeće. Zbog toga proizvođači mogu biti sigurni da svaka osovina koju pošalju zadovoljava minimalne zahtjeve. Ovo je strogo pravilo koje proizvođači originalne opreme vjetroturbina primjenjuju prije nego dopuste da dijelovi krenu u proizvodnju.
Usporedba kovanih i lijevanih osovina u primjeni energije vjetra
Zašto lijevanje nije dovoljno za glavne osovine
Kada lijevate veliki, fizički važan dio poput glavne osovine vjetroturbine, preuzimate rizike koje je teško u potpunosti smanjiti samo provjerom. Kada se veliki kalupi stvrdnu, stvaraju grubu strukturu zrna, segregaciju dendrita i unutarnje praznine koje čine materijal manje izdržljivim i manje otpornim na lomljenje od obrađenog materijala. Iako je lijevanje dobar način za izradu dijelova gotovo-neto-oblika, mehaničke kvalitete dijelova izrađenih odkovanje osovineopćenito su bolji jer je materijal obrađen umjesto da je samo izliven i stvrdnut. Razlika u pouzdanosti između kovanih i lijevanih osovina prevelika je da bi se zanemarila u industriji energije vjetra, gdje slomljeni dijelovi znače propušten prihod i popravke koje je teško izvesti u inozemstvu ili u ruralnim područjima.
Usporedba mehaničkih svojstava
Kada stavite jednu do druge kovane i lijevane čelične šipke od istog materijala i toplinske obrade, kovane uvijek imaju veću vlačnu čvrstoću, granicu razvlačenja i udarnu žilavost. Proces formiranja osovine stvara mala, ujednačena zrna s kontroliranim širenjem karbida i drugih sekundarnih faza. Zbog toga je materijal teže lomiti, posebno na niskim temperaturama, što je važno za turbine koje rade na hladnim mjestima. Prema rezultatima ispitivanja zamora, kovane osovine mogu podnijeti puno veće amplitude ciklusa naprezanja prije nego počnu pucati u usporedbi s lijevanim verzijama. To znači da će trajati duže i trebat će manje neočekivanih koraka popravka tijekom radnog vremena turbine.
Razmatranje troškova tijekom životnog ciklusa turbine
Zbog cijene alata i količine energije potrebne za proces kovanja,kovane šipkeisprva su skuplji za kupnju. Kad zbrojite ukupne troškove cijelog životnog ciklusa, što uključuje neplanirane zastoje, premještanje dizalice radi zamjene udaljenog okna i propuštenu proizvodnju energije, lijevana su vratila uvelike jeftinija opcija. Ljudi koji rade na vjetroelektranama i imali su neuspjele lijevane osovine vrlo dobro znaju ovu matematiku. U usporedbi s cijenom jednog kvara u servisu, dodatni trošak plaćeni za lijevanu osovinu tijekom nabave je mali. Ovo posebno vrijedi za offshore ili udaljena mjesta turbina gdje je teško doći do popravaka i oni su skupi.
Prednosti održavanja i dugovječnosti kovanih turbinskih vratila
Produženi intervali pregleda
Kako bi smanjili troškove i osigurali da su turbine uvijek dostupne, vlasnici žele produžiti vrijeme između planiranih provjera i održavanja. Thekovanje osovinemetoda čini materijal stabilnijim, pa ga je moguće češće provjeravati. To je zato što je rizik od neočekivanih nedostataka u rastu puno manji nego kodlijevane komponente. Kada se kovana vratila prvi put stave u rad, ne-destruktivno ispitivanje obično pokaže da su čista i-bez kvarova. Ovo pruža pouzdanu osnovu za praćenje tijekom životnog vijeka turbine, dopuštajući operaterima da planiraju aktivnosti održavanja na temelju stvarnog stanja, a ne opreznih planova predostrožnosti.
Kompatibilnost sa sustavima za praćenje stanja
Sustavi za praćenje stanja (CMS) ugrađeni su u moderne vjetroturbine. Ovi sustavi prate vibracije, temperature i izvore zvuka kako bi pronašli probleme prije nego što se pokvare. Postupkom kovanja vratila izrađuju se dijelovi čije je dinamičko ponašanje poznato i ujednačeno. To olakšava postavljanje točnih standardnih znakova za CMS algoritme. Postojani standard čini da se razlike jasnije ističu, što vam omogućuje brže pronalaženje znakova istrošenosti ležaja, neusklađenosti ili rasta pukotina. Činjenica da visoko{5}}kvalitetna lijevana vratila rade s tehnologijom digitalnog praćenja podupire prelazak na planirane metode popravka koje smanjuju troškove i neplanirane zastoje.
Podržavamo 25-godišnji život dizajna
Projekti vjetroturbina financiraju se na temelju procjena da će raditi 20 do 25 godina. Ovaj predviđeni životni vijek moraju zadovoljiti svi glavni dijelovi, a ako se neki prerano pokvari, glavna osovina je jedna od najtežih i najskupljih za popravak. Kada koristite pravi materijal, toplinsku obradu i završnu obradu na vanjskoj strani osovine tijekom procesa kovanja, to čini osovine čije su procjene vijeka trajanja pod naprezanjem, temeljene na dobro-poznatim metodama mehanike loma, znatno iznad cilja dizajna. Dobavljači poputKina Welong, koja je izrađivalaprilagođeni lijevani dijeloviza kupce u Europi, Sjevernoj Americi i azijsko-pacifičkoj regiji više od 20 godina, imaju vještine kontrole procesa i upravljanja kvalitetom kako bi ispunili ova obećanja o izvedbi.
Zaključak
Kovanje osovine ključno je u primjenama vjetroturbina jer pruža ono što nijedan drugi proizvodni proces ne može usporediti: glavnu osovinu s profinjenom zrnastom strukturom, vrhunsku otpornost na zamor, potpunu sljedivost materijala i dugoročnu-pouzdanost koju zahtijeva ekonomija energije vjetra. Kako turbine budu postajale sve veće i premještale se na sve zahtjevnije lokacije na moru, razlika u izvedbi između kovanih i alternativnih osovina postat će samo još veća.Kina Welong, s certifikatom ISO 9001:2015 i opslužuje globalne kupce od 2001. godine, nudi inženjersku stručnost i infrastrukturu kvalitete za isporuku kovanih turbinskih osovina koje zadovoljavaju najstrože specifikacije.
FAQ
Koje se vrste čelika obično koriste u kovanju osovine vjetroturbina?
Uobičajene kvalitete uključuju srednje{0}}ugljične legirane čelike kao što su 42CrMo4, 34CrNiMo6 i 18CrNiMo7-6. Ove legure nude kombinaciju prokaljivosti, žilavosti i otpornosti na zamor potrebne za velike rotirajuće osovine. Specifični odabrani stupanj ovisi o veličini osovine, radnim opterećenjima i ciklusu toplinske obrade koji je odredio projektant turbine.
Koje se metode ne-destruktivnog ispitivanja primjenjuju na kovana turbinska vratila?
Ultrazvučno ispitivanje (UT) je primarna metoda za otkrivanje unutarnjih nedostataka u velikim kovanim vratilima, koja može identificirati uključke, šupljine ili pukotine u cijelom-presjeku. Inspekcija magnetskim česticama (MPI) koristi se za otkrivanje površinskih i-površinskih diskontinuiteta. Obje se metode obično provode nakon završne toplinske obrade i strojne obrade, a rezultati se dokumentiraju kao dio zapisa o kvaliteti komponente.
Mogu li se kovana turbinska vratila proizvesti prema nacrtima i dimenzijama po narudžbi?
Da. Iskusni proizvođači poput Welonga proizvode kovana vratila prema-korisničkim tehničkim crtežima i uzorcima. Njihovi inženjerski timovi koriste AutoCAD, Pro-Engineering i Solidworks i mogu pomoći u razvoju ili optimiziranju crteža gdje je to potrebno. Ova fleksibilnost podržava i OEM proizvodne programe i zahtjeve za zamjenskim vratilima na tržištu.
Kako proces kovanja osovine doprinosi projektiranom vijeku trajanja turbine od 25 godina?
Kovanjem se proizvodi osovina s vrhunskom otpornošću na zamor, minimalnim unutarnjim greškama i dosljednim mehaničkim svojstvima - što sve izravno podupire dugoročnu-trajnost. U kombinaciji s odgovarajućom toplinskom obradom i završnom obradom površine, kovane osovine dizajnirane su i testirane na ciljni vijek trajanja koji prelazi 20- do 25-godišnji zahtjev dizajna, smanjujući rizik od preranog kvara tijekom rada.
Koje certifikate treba posjedovati dobavljač otkova osovine vjetroturbine?
ISO 9001:2015 osnovni je certifikat upravljanja kvalitetom. Ovisno o zahtjevima kupca, dobavljači će također možda trebati pokazati usklađenost s određenim standardima industrije vjetra ili dostaviti izvješća o inspekciji treće-strane. Potpuna sljedivost materijala, izvješća o mehaničkim ispitivanjima i NDT zapisi standardna su dokumentacija koja se očekuje za glavni dio vjetroturbineotkovci osovine.
Partner s provjerenim dobavljačem kovanih osovina - Stupite u kontakt s Welongom danas
Ako vaš projekt zahtijeva kovane turbinske osovine koje zadovoljavaju zahtjevne standarde izvedbe i dokumentacije,Welongspreman je pomoći. S više od dva desetljeća iskustva u opskrbi prilagođenih kovanih metalnih komponenti za vjetroelektrane, naftu i plin, svemirske i industrijske kupce diljem Ujedinjenog Kraljevstva, SAD-a, Njemačke, Francuske, Australije i šire, kombiniramo učinkovitost kineske proizvodnje sa rigoroznim upravljanjem kvalitetom. Certificiran prema standardu ISO 9001:2015, sposoban za-inženjering i predan-pravovremenoj isporuci, Welong je vaš pouzdani partner za kovane osovine. Pošaljite nam svoje crteže ili tehničke specifikacije danas nametal@welongpost.com.
Reference
1. ASM International. (2005).Priručnik ASM, svezak 14A: Obrada metala: oblikovanje u obliku mase. ASM International, Materials Park, Ohio.
2. Burton, T., Jenkins, N., Sharpe, D. i Bossanyi, E. (2011.).Priručnik za energiju vjetra(2. izdanje). John Wiley & Sons, Chichester, Velika Britanija.
3. Hau, E. (2013).Vjetroturbine: osnove, tehnologije, primjena, ekonomija(3. izdanje). Springer, Berlin.
4. Dieter, GE (1988).Mehanička metalurgija(3. izdanje). McGraw-Hill, New York.
5. Bannantine, JA, Comer, JJ i Handrock, JL (1990).Osnove analize zamora metala. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
6. DNV GL. (2016).DNVGL-ST-0361: Strojevi za vjetroturbine. DNV GL, Høvik, Norveška.
