EN 
Glavčina rotora od nodularnog željeza za modernu vjetroturbinu može težiti više od deset tona. Izliven je, strojno obrađen, a zatim vijcima pričvršćen za toranj koji se može uzdizati tri stotine metara iznad tla. Jednom instaliran, bit će utovaren i istovaren milijune puta, na temperaturama niskim od minus četrdeset stupnjeva Celzijusa, a očekuje se da će ostati strukturno zdrav dvadeset godina ili više.
Ta kombinacija teških presjeka, oštre klime i rada kojim dominira zamor je razlog zašto se odljevci vjetroturbina specificiraju gotovo jednako često u EN-GJS-400-18U-LT feritnom nodularnom željezu kao što je čelik specificiran za glavnu osovinu. Nodularno željezo daje dizajneru snagu i žilavost za oblikovanje velikih strukturnih oblika, a to čini po cijeni lijevanja i strojne obrade koju alternative od kovanog ili proizvedenog čelika ne mogu usporediti.
Zašto odljevci od nodularnog željeza dominiraju hardverom vjetroturbina
U nodularnom željezu, grafit unutar mikrostrukture je sferičan, a ne ljuspičast. Te kvržice prekidaju matricu duktilnog metala daleko manje od oštrih grafitnih ljuskica sivog željeza, zbog čega duktilni ljev daje mjerljivo istezanje i čvrstoću na udar u širokom rasponu temperatura. Za komponente vjetroturbina, praktični rezultat je materijal koji može nositi teška opterećenja, preživjeti hladne klime i biti izliven u velike strukture gotovo neto oblika kao što su čvorišta, okviri i kućišta.
Glavni odljevci vjetroturbina izrađeni od nodularnog željeza uključuju:
- Glavine rotora
- Kućišta glavnih ležajeva
- Okviri kreveta i glavni okviri
- Kućišta mjenjača
- Momentne ruke
- Kućišta pogona skretanja i nagiba
- Kočione čeljusti i montažni nosači
Sivo željezo je jeftinije i lakše ga je lijevati, ali ga grafit u obliku ljuskica čini krhkim; ograničeno je na malo opterećene dijelove kao što su protuutezi, poklopci i nosači kabela. Lijevani čelik nudi veće vrijednosti čvrstoće na papiru, ali njegova viša temperatura taljenja, skuplje oblikovanje, duže vrijeme obrade i veća sklonost defektima skupljanja čine ga iznimkom, a ne pravilom za ove komponente velikog presjeka. Zbog toga je nodularno željezo, obitelj materijala za koju se nadamo da ćemo učiniti transparentnijom Što je nodularni lijev , zauzima središte svake rasprave o lijevanju vjetroturbina.
EN-GJS-400-18U-LT: Ocjena koja definira kategoriju
Većina europskih specifikacija vjetroturbina poziva se na standard EN 1563 i poziva na EN-GJS-400-18U-LT, niskotemperaturno feritno nodularno željezo prethodno poznato kao GGG 40.3. Šifra razreda objašnjava materijal: minimalna vlačna čvrstoća od 400 MPa, minimalno istezanje od 18 posto, U za obavezno ispitivanje udarom s urezima i LT za žilavost na niskim temperaturama.
Tipični minimalni zahtjevi za ovaj stupanj u primjenama vjetroturbina sažeti su u nastavku.
| Vlasništvo | Minimalni zahtjev | Uvjet ispitivanja |
|---|---|---|
| Vlačna čvrstoća Rm | 400 MPa | Odvojeno lijevani ispitni uzorak |
| 0,2% otpornost Rp0,2 | 240 MPa | Odvojeno lijevani ispitni uzorak |
| Produljenje A | 18% | Odvojeno lijevani ispitni uzorak |
| Udarna čvrstoća KV | 12 J prosječno, 9 J pojedinačno | Na -20 °C, V-zarez |
| Opcija niske temperature | 10 J prosječno | Na -40 °C, dodaju mnogi proizvođači originalne opreme |
Kritični zahtjev je feritna matrica. Ferit je meka, duktilna faza lijevanog željeza; kada okružuje grafitne nodule, pukotina u razvoju mora stalno ponovno pokretati svoju putanju umjesto da prolazi kroz tvrdi perlit. U u oznaci znači da se udarna vrijednost mora dokazati, a ne pretpostaviti, tako da ljevaonica mora pažljivo kontrolirati lijevanu ili žarenu mikrostrukturu. Za sjeverna mjesta ugradnje, proizvođači originalne opreme za turbine obično dodaju ispitivanje udarom od -40 °C, viši minimum nodularnosti ili oboje. Ako ljevaonica ne može jamčiti te vrijednosti u dijelu glavčine od dvije tone, odljevak već nije zadovoljio specifikaciju prije nego što napusti radionicu.
Dugotrajnost zamora određuje dizajn
Odljevci vjetroturbina dizajnirani su na temelju zamora, a ne na statičku čvrstoću. Raspon naprezanja u okviru glavčine ili kreveta može se mijenjati deset milijuna puta ili više, tako da svaki volumetrijski defekt ima potencijal da postane jezgra pukotine. EN-GJS-400-18U-LT, sa svojom feritnom matricom, nudi otpornost na pukotine za podnošenje te dužnosti. Ali sama ocjena nije dovoljna. Osjetljivost presjeka je skriveni rizik: stijenka u čvorištu debljine 100 mm hladi se potpuno različitom brzinom od tankog rebra pokraj njega. Grublji grafit, manji broj nodula i zaostali karbidi mogu se pojaviti lokalno, a s njima niža žilavost i otpornost na zamor.
Dobar dizajn pomaže. Održavajte debljinu presjeka što je moguće ujednačenijom, pomiješajte teške dijelove u rebra s postupnim prijelazima i zaokružite svaki ugao koji ponovno ulazi, jer su koncentracije naprezanja mjesto gdje počinju pukotine uslijed zamora.
Upravljanje procesima u ljevaonici
Veliki odljevci vjetroturbina od nodularnog željeza ne proizvode se srećom. Svaki korak procesa ljevanja mora biti discipliniran:
- Nodularizacija. Magnezij se dodaje u talinu da transformira grafit u nodule; dosljednost ovog tretmana odlučuje hoće li dio dosegnuti 90 posto nodularnosti ili manje.
- Inokulacija. Ponovljena inokulacija inokulantima na bazi ferosilicija povećava broj nodula i potiskuje slobodne karbide u tankim rubovima.
- Točenje. Filtri i kontrolirana brzina izlijevanja sprječavaju da talog i produkti reoksidacije završe na kritičnim stazama opterećenja.
- Hranjenje. Dizajn uspona mora biti validiran u odnosu na simulaciju skrućivanja tako da se izolirane vruće točke ne skupljaju tijekom hlađenja.
- Toplinska obrada. Ferritizirajuće žarenje otapa karbide i homogenizira matricu, vraćajući istezanje i vrijednosti udara koje zahtijeva specifikacija.
Ljevaonice s dokumentiranim rutinama toplinske obrade i sposobnošću simuliranja punjenja i skrućivanja imaju odlučujuću prednost u ovoj klasi proizvoda.
Veliki odljevak od nodularnog lijeva se ocjenjuje u trenutku kada se skrutne. Nikakva količina strojne obrade neće ispraviti mikrostrukturu koja se nije uspjela pravilno razviti.
Što navede odgovoran kupac
Za kupce je rasprava o odljevcima vjetroturbina od nodularnog željeza stoga rasprava o zahtjevima. Ozbiljna tehnička specifikacija trebala bi pokrivati barem:
- Vrsta materijala i standard: EN-GJS-400-18U-LT prema EN 1563 u Europi, ili ASTM A536 Grade 65-45-12 s dogovorenom klauzulom o udaru niske temperature za projekte u Sjevernoj Americi.
- Prihvaćanje mikrostrukture: minimalna nodularnost, raspon veličine grafita i maksimalni sadržaj perlita u matrici.
- Položaj ispitnog uzorka i učestalost: zasebno lijevani u odnosu na lijevane uzorke i koliko je Charpy testova potrebno po talini.
- Ispitivanje bez razaranja: razina ultrazvučnog ispitivanja, granice prihvatljivosti i ispitivanje magnetskim česticama strojno obrađenih kritičnih površina.
- Politika popravka: koji se manji nedostaci mogu popraviti, kojim postupkom i kako se popravljena područja ponovno pregledavaju.
- Dokumentacija: EN 10204 3.1 certifikat materijala, dijagrami toplinske obrade i NDT izvješća.
Sposobnost ljevaonice određuje cjelovitost odljevka
Korak od malih odljevaka od nodularnog lijeva do razmjera vjetroturbina nije linearan. Teški dijelovi zahtijevaju iskustvo u lijevanju, dodavanju, inokulaciji, toplinskoj obradi, rukovanju dizalicom i ispitivanju bez razaranja koje stječu samo operateri odljevaka velikih presjeka. OEM turbina ili dobavljač prve razine stoga ne ocjenjuje samo kemiju, već i cjelokupnu proizvodnu etažu ljevaonice.
Haian Aoyu Machinery Manufacturing, kineska ljevaonica nodularnog i sivog lijeva s 20.000 tona godišnjeg kapaciteta lijevanja, radionicom od 30.000 četvornih metara i izvoznim isporukama u Dansku, Njemačku, Italiju, Španjolsku i Sjedinjene Države, praktičan je primjer. Njegova svakodnevna proizvodnja pokriva teške konstrukcijske odljevke, tijela pod pritiskom i složene sklopove jezgre, a svi dijele istu metaluršku i dimenzionalnu disciplinu koju zahtijevaju komponente vjetroturbina.
Osnove i stupovi strojeva su velike, krute strukture čija je kontrolirana nodularnost i nedostatak poroznosti odlučujući, točno kao u okviru ležaja turbine.
Tijela pumpi i tijela ventila moraju desetljećima održavati unutarnji tlak, što zahtijeva istu gustu mikrostrukturu koju zahtijeva kućište mjenjača.
Tijela i cilindri kompresora složeni su sklopovi jezgre gdje je bitna ponovljena dimenzijska i metalurška točnost, ista disciplina koju zahtijeva središte vjetroturbine.
Ukratko, odljevci od nodularnog željeza za vjetroturbine nisu egzotični materijali. One su dokazana inženjerska okosnica modernih turbina. Ono što razlikuje pouzdanog dobavljača je kontrolira li ljevaonica uistinu mikrostrukturu u teškim dijelovima, dokazuje li to ispitivanjem na niske temperature i iskreno komunicira o rezultatima NDT-a. Navedite ocjenu. Popravite ispitnu temperaturu. Revizija procesa. Odljevak će tiho nositi rotor kroz dvadeset godina zimskih oluja.
