EN 
Náboj rotora z tvárnej liatiny pre modernú veternú turbínu môže vážiť viac ako desať ton. Je odliata, opracovaná a potom priskrutkovaná k veži, ktorá môže stúpať tristo metrov nad zemou. Po nainštalovaní bude naložený a vyložený miliónkrát, pri teplotách až mínus štyridsať stupňov Celzia a očakáva sa, že zostane štrukturálne v poriadku dvadsať alebo viac rokov.
Táto kombinácia ťažkých profilov, drsného podnebia a prevádzky s prevahou únavy je dôvodom, prečo sú odliatky z veterných turbín špecifikované vo feritickej tvárnej liatine EN-GJS-400-18U-LT takmer tak často, ako je špecifikovaná oceľ pre hlavný hriadeľ. Tvárna liatina dáva konštruktérovi silu a húževnatosť na vytváranie veľkých štruktúrnych tvarov, a to pri nákladoch na odlievanie a opracovanie, ktorým sa alternatívy kovanej alebo vyrobenej ocele nemôžu rovnať.
Prečo odliatky z tvárnej liatiny dominujú hardvéru veterných turbín
V tvárnej liatine je grafit vo vnútri mikroštruktúry skôr sférický ako vločkovitý. Tieto uzlíky prerušujú tvárnu kovovú matricu oveľa menej ako ostré grafitové vločky šedej liatiny, a preto tvárna liatina poskytuje merateľné predĺženie a rázovú pevnosť v širokom rozsahu teplôt. V prípade komponentov veterných turbín je praktickým výsledkom materiál, ktorý dokáže uniesť ťažké bremená, prežije chladné podnebie a dá sa odliať do veľkých štruktúr takmer v tvare siete, ako sú náboje, rámy a kryty.
Medzi hlavné odliatky veterných turbín vyrobených z tvárnej liatiny patria:
- Náboje rotorov
- Hlavné ložiskové puzdrá
- Rámy postelí a hlavné rámy
- Kryty prevodoviek
- Krútiace ramená
- Kryty pohonu vybočenia a sklonu
- Brzdové strmene a montážne držiaky
Šedá liatina je lacnejšia a ľahšie sa odlieva, ale jej vločkový grafit ju robí krehkou; obmedzuje sa na ľahko zaťažené časti, ako sú protizávažia, kryty a káblové žľaby. Oceľ na odliatok ponúka vyššie hodnoty pevnosti na papieri, ale jej vyššia teplota tavenia, drahšie tvarovanie, dlhšie časy obrábania a väčšia tendencia k chybám pri zmrašťovaní z nej robia skôr výnimku ako pravidlo pre tieto diely s veľkým prierezom. To je dôvod, prečo tvárna liatina, rodina materiálov, v ktorej dúfame, že bude transparentnejšia Čo je tvárna liatina , zaberá stredobod každej diskusie o odlievaní veterných turbín.
EN-GJS-400-18U-LT: Stupeň, ktorý definuje kategóriu
Väčšina európskych špecifikácií veterných turbín odkazuje na normu EN 1563 a uvádza EN-GJS-400-18U-LT, nízkoteplotnú feritickú tvárnu liatinu predtým známu ako GGG 40.3. Kód triedy vysvetľuje materiál: minimálna pevnosť v ťahu 400 MPa, minimálne predĺženie 18 percent, U pre povinnú vrubovú rázovú skúšku a LT pre húževnatosť pri nízkych teplotách.
Typické minimálne požiadavky pre túto triedu v aplikáciách veterných turbín sú zhrnuté nižšie.
| Nehnuteľnosť | Minimálna požiadavka | Skúšobná podmienka |
|---|---|---|
| Pevnosť v ťahu Rm | 400 MPa | Samostatne odliata skúšobná vzorka |
| 0,2 % medznej pevnosti Rp0,2 | 240 MPa | Samostatne odliata skúšobná vzorka |
| Predĺženie A | 18 % | Samostatne odliata skúšobná vzorka |
| Nárazová sila KV | 12 J priemer, 9 J single | Pri -20 °C, V-zárez |
| Možnosť nízkej teploty | Priemer 10 J | Pri teplote -40 °C, pridané mnohými výrobcami OEM |
Kritickou požiadavkou je feritická matrica. Ferit je mäkká, tvárna fáza liatiny; keď obklopuje uzlíky grafitu, vznikajúca trhlina musí neustále obnovovať svoju cestu namiesto toho, aby prechádzala cez tvrdý perlit. U v označení znamená, že hodnota rázovej húževnatosti sa musí preukázať, nie predpokladať, takže zlievareň musí starostlivo kontrolovať mikroštruktúru odliatych alebo žíhaných výrobkov. Pre severné miesta inštalácie výrobcovia OEM turbín bežne pridávajú nárazovú skúšku -40 °C, vyššiu minimálnu nodulárnosť alebo oboje. Ak zlievareň nemôže zaručiť tieto hodnoty v dvojtonovom nábojovom úseku, odliatok už nesplnil špecifikáciu predtým, ako opustil dielňu.
Únavový život riadi dizajn
Odliatky z veterných turbín sú navrhnuté skôr na únavu než na statickú pevnosť. Rozsah napätia v náboji alebo ráme lôžka môže cyklovať desať miliónov krát alebo viac, takže akýkoľvek objemový defekt má potenciál stať sa jadrom trhliny. EN-GJS-400-18U-LT so svojou feritickou matricou ponúka odolnosť voči prasklinám na zvládnutie tejto povinnosti. Ale samotná známka nestačí. Citlivosť sekcií je skrytým rizikom: stena v náboji s hrúbkou 100 mm sa ochladzuje úplne inou rýchlosťou ako tenké rebro vedľa nej. Lokálne sa môže objaviť hrubší grafit, nižší počet nodulov a zvyškové karbidy a tým nižšia húževnatosť a odolnosť proti únave.
Dobrý dizajn pomáha. Udržujte hrúbku sekcie čo najrovnomernejšiu, ťažké sekcie zmiešajte do rebier s postupnými prechodmi a zaoblite každý znovu vstupujúci roh, pretože koncentrácie napätia sú miestom, kde začínajú únavové trhliny.
Riadenie procesu v zlievarni
Veľké odliatky z veterných turbín z tvárnej liatiny sa nevyrábajú náhodou. Každý krok zlievarenského procesu musí byť disciplinovaný:
- Nodularizácia. Do taveniny sa pridáva horčík, aby sa grafit premenil na uzlíky; konzistencia tejto úpravy rozhoduje o tom, či súčiastka dosiahne 90 percent nodularity alebo menej.
- Očkovanie. Opakovaná inokulácia inokulantmi na báze ferosilicia zvyšuje počet uzlín a potláča voľné karbidy v tenkých okrajoch.
- Nalievanie. Filtre a riadená rýchlosť nalievania zabraňujú tomu, aby sa pena a produkty reoxidácie dostali do kritických zaťažovacích ciest.
- Kŕmenie. Návrh stúpačky musí byť overený simuláciou tuhnutia, aby sa izolované horúce miesta počas chladenia nezmršťovali.
- Tepelné spracovanie. Feritizačné žíhanie rozpúšťa karbidy a homogenizuje matricu, čím sa obnovujú hodnoty predĺženia a nárazu požadované špecifikáciou.
Zlievárne s dokumentovanými postupmi tepelného spracovania a schopnosťou simulovať plnenie a tuhnutie majú v tejto triede produktov rozhodujúcu výhodu.
Veľký odliatok z tvárnej liatiny je triedený v momente tuhnutia. Žiadne množstvo obrábania neopraví mikroštruktúru, ktorá sa nevyvinula správne.
Čo špecifikuje zodpovedný kupujúci
Pre kupujúcich je preto diskusia o odliatkoch z veterných turbín z tvárnej liatiny diskusiou o požiadavkách. Vážna technická špecifikácia by mala zahŕňať aspoň:
- Trieda materiálu a štandard: EN-GJS-400-18U-LT podľa EN 1563 v Európe alebo ASTM A536 Grade 65-45-12 s dohodnutou doložkou o vplyve pri nízkych teplotách pre severoamerické projekty.
- Akceptácia mikroštruktúry: minimálna nodularita, rozsah veľkosti grafitu a maximálny obsah perlitu v matrici.
- Poloha a frekvencia skúšobnej vzorky: oddelene odliate vzorky a odliate vzorky a koľko Charpyho testov je potrebných na taveninu.
- Nedeštruktívne testovanie: úroveň ultrazvukového testovania, akceptačné limity a kontrola magnetických častíc opracovaných kritických povrchov.
- Zásady opravy: ktoré drobné chyby možno opraviť, akým postupom a ako sa opravované miesta opätovne kontrolujú.
- Dokumentácia: Materiálový certifikát EN 10204 3.1, tabuľky tepelného spracovania a správy NDT.
Zlievarenská schopnosť určuje integritu odliatku
Krok od malých odliatkov z tvárnej liatiny k váhe veterných turbín nie je lineárny. Ťažké sekcie si vyžadujú skúsenosti s vtokom, kŕmením, očkovaním, tepelným spracovaním, manipuláciou so žeriavom a nedeštruktívnym testovaním, ktoré akumulujú len operátori odliatkov s veľkým prierezom. OEM alebo prvotriedny dodávateľ turbíny preto nehodnotí len chémiu, ale celú výrobnú úroveň zlievarne.
Haian Aoyu Machinery Manufacturing, čínska zlievareň tvárnej liatiny a sivej liatiny s 20 000 tonami odlievacej kapacity ročne, dielňou s rozlohou 30 000 metrov štvorcových a exportnými dodávkami do Dánska, Nemecka, Talianska, Španielska a Spojených štátov amerických je praktickým príkladom. Jeho každodenná výroba zahŕňa ťažké konštrukčné odliatky, tlakové telesá a komplexné zostavy jadra, pričom všetky zdieľajú rovnakú metalurgickú a rozmerovú disciplínu, ktorú vyžadujú komponenty veterných turbín.
Základy a stĺpy stroja sú veľké, pevné konštrukcie, ktorých riadená nodularita a neprítomnosť pórovitosti sú rozhodujúce, presne ako v ráme turbínového lôžka.
Telesá čerpadiel a telesá ventilov musia udržiavať vnútorný tlak po celé desaťročia, čo vytvára rovnakú hustú mikroštruktúru, akú vyžaduje skriňa prevodovky.
Telesá a valce kompresorov sú zložité zostavy jadra, kde je nevyhnutná opakovaná rozmerová a metalurgická presnosť, čo je rovnaká disciplína, akú vyžaduje náboj veternej turbíny.
Aby som to zhrnul, odliatky z tvárnej liatiny pre veterné turbíny nie sú exotické materiály. Sú osvedčenou inžinierskou chrbticou moderných turbín. Spoľahlivého dodávateľa oddeľuje to, či zlieváreň skutočne kontroluje mikroštruktúru v ťažkých profiloch, dokazuje to skúškami nárazu pri nízkej teplote a čestne komunikuje o výsledkoch NDT. Uveďte stupeň. Upravte testovaciu teplotu. Audit procesu. Odliatok pokojne prenesie rotor cez dvadsaťročné zimné búrky.
