風力タービンの機械部品は、絶え間ない回転、変化する風荷重、異常気象、さらには修理が簡単ではなく何十年も使用しなければならないという事実によって、限界に達しています。メインシャフトはタービンモーターの最も重要な部分です。その信頼性によって、システム全体が電力を供給できるかどうかが決まります。タービンシャフトこれらのニーズに応えるのが「軸鍛造」という工程で作られています。鍛造は、制御された圧力下で鋼を加工して粒子構造を滑らかにし、内部の欠陥を取り除くことにより、20 ～ 25 年の耐用年数にわたって数百万回の負荷サイクルに耐えることができるシャフトを製造します。その理由はこの作品で説明されていますシャフト鍛造風力エネルギー用途では好ましいだけでなく、必要でもあります。
風力タービンの信頼性にとって鍛造シャフトが重要な理由
風力タービンのドライブトレインの構造的要求
風力タービンのメイン シャフトは、ローター ハブからギアボックスまたはエンジンに力を伝達します。また、ローター アセンブリの重量とねじりモーメントもサポートします。風速と風向は常に変化するため、これらの荷重も常に変化します。これにより、常に変化する複雑な多軸応力状態が作成されます。シャフト鍛造プロセスは、断面全体にわたって材質が厚く均一な部品を製造することで、これらのニーズに応えます。-穴、欠陥、弱点はなく、{6}}強度の高い鋼材だけが存在し、-風が吹いても大丈夫です。
長期負荷下での材料の完全性-
タービン シャフトは、日常修理中に小さな摩耗部品ほど頻繁に交換されるわけではありません。これらはタービンと同じくらい長持ちするように設計されており、通常は 20 年以上です。検査は行いますが、交換するものではありません。この耐用年数を可能にするためには、材料が固体である必要がありますが、これを安全に行うことができるのは、シャフト鋳造法。鋼が鍛造されると圧縮され、小さな穴が埋められ、結晶粒が小さくなり、結晶構造がシャフト内の主応力経路に沿って整列します。これにより、部品の実際の特性が - とほぼ一致し、多くの場合、設計仕様の - を超えます。これにより、エンジニアは部品が長期的にどのように動作するかを正確に推測できるという信頼が得られます。
品質保証とトレーサビリティの要件
風力タービンの相手先ブランド供給メーカー (OEM) と承認グループは、あらゆる重要なエンジン コンポーネントに関する多くの情報を必要としています。制御されたものを使用する場合は、シャフト鍛造を作る方法鍛造シャフト、完全なマテリアル追跡を取得できます。これには、熱数値、化学認証、機械的試験の結果、非破壊試験の記録が含まれます。- ISO 9001:2015 の認証を取得しているサプライヤー。中国維隆、この情報を構造化された方法で作成および追跡する品質管理システムを備えています。このようにして、出荷されるすべての鍛造シャフトをその原材料と製造時の条件まで追跡することができます。単一の部品が破損するとタービンが数週間にわたって機能しなくなる可能性がある現場では、このレベルの責任が必要です。
鍛造によってタービンシャフトの耐疲労性がどのように向上するか
疲労性能におけるグレインフローの役割
疲労亀裂は、急激な変化、表面の傷、内部の破損など、大きな応力がかかる場所から発生し、繰り返しの負荷により材料が破損するまで広がります。これはシャフト鍛造プロセスによって阻止され、切断のために停止することなく、鍛流線がシャフトに沿って肩やキー溝などの幾何学的特徴の周囲を確実に通過するようにします。この方向性のある粒子構造により、材料の最も硬い方向が主な荷重経路に沿って配置されます。これにより、疲労亀裂が形成され始める前の応力レベルがはるかに高くなります。この微細構造のエッジは、その寿命にわたって何億回も積み下ろしが行われる部品が、さらに何年も安定して使用できることを直接意味します。
防御機構としての圧縮残留応力
部品の表面および表面付近に残留圧縮圧力を加えるのは、シャフト鍛造プロセスのあまり明らかではない利点の 1 つです。引張応力は疲労亀裂の成長を引き起こしますが、残った圧縮応力は疲労亀裂の成長を阻止します。圧縮された領域に亀裂が広がることはありません。制御された鍛造と、熱処理および表面仕上げにより、シャフトの最も弱い部分から疲労亀裂が始まるのを防ぐ残留応力プロファイルが作成されます。これは、フィレット半径とベアリング ジャーナル表面で特に役立ちます。これらの場所は多くの応力がかかり、タービン シャフトの摩耗故障が通常始まる場所です。
鍛造後の熱処理の最適化
シャフトを形成するプロセスとその後の熱処理が連携して、設計エンジニアが望む最終的な機械的特性プロファイルを取得します。成形後、焼き入れと硬化を行うと、強度と靱性のバランスが改善され、金属の摩耗と脆性破壊の両方に対する耐性が高まります。鍛造された微細構造は均一であり、鋳物のように偏析していないため、熱処理反応はシャフトごとに、またバッチごとに同じになります。このため、メーカーは、送信するすべてのシャフトが最低要件を満たしていることを確認できます。これは、風力タービン OEM が部品の生産を許可する前に適用する厳格なルールです。
風力エネルギー用途における鍛造シャフトと鋳造シャフトの比較
メインシャフトに鋳造が不十分な理由
風力タービンの主軸のような物理的に重要な大型部品を鋳造する場合、チェックだけでは完全に軽減するのが難しいリスクを負います。大きな金型が硬化すると、粗い粒子構造、樹枝状偏析、内部隙間が生じ、加工された材料よりも材料の耐久性や破損に対する耐性が低下します。鋳造はニア-ネット-形状の部品を作成する良い方法ですが、鋳造で作られた部品の機械的品質はシャフト鍛造単に流し込んで硬化するのではなく、材料が加工されているため、一般に優れています。鍛造シャフトと鋳造シャフトの信頼性の違いは、風力エネルギー業界では無視するには大きすぎます。風力エネルギー業界では、部品の破損は収入の損失を意味し、海外や田舎では修理が困難です。
機械的特性の比較
同じ材質の鍛造鋼棒と鋳造鋼棒を並べて熱処理すると、常に鍛造鋼棒の方が引張強さ、降伏強さ、衝撃靱性が高くなります。シャフトを形成するプロセスでは、炭化物やその他の第 2 相の広がりが制御された、小さくて均一な粒子が作成されます。これにより、特に低温で材料が壊れにくくなり、これは寒い場所で作動するタービンにとって重要です。疲労試験の結果によると、鍛造シャフトは鋳造シャフトと比較して、亀裂が入り始める前にはるかに高いサイクル応力振幅に耐えることができます。これは、タービンの寿命が長くなり、タービンの稼働中に必要な予期せぬ修理手順が少なくなることを意味します。
タービンのライフサイクル全体にわたるコストの考慮事項
工具のコストと鍛造プロセスに必要なエネルギーの量により、鍛造ロッド最初に買うと高いです。計画外のダウンタイム、遠隔シャフトの交換のためのクレーンの移動、エネルギー生産の損失など、ライフサイクル全体の総コストを合計すると、鋳造シャフトのほうがはるかに安価な選択肢となります。風力発電所で働き、鋳造シャフトが故障した経験のある人は、この数学をよく知っています。使用中の 1 回の故障のコストと比較すると、鋳造シャフトの購入時に支払われる追加コストはわずかです。これは、修理が難しく、多額の費用がかかる洋上または遠隔地のタービン サイトに特に当てはまります。
鍛造タービンシャフトのメンテナンスと寿命の利点
検査間隔の延長
コストを削減し、タービンを常に利用できるようにするために、所有者は計画された点検とメンテナンスの間隔を延長したいと考えています。のシャフト鍛造この方法を使用すると、材料がより安定するため、より頻繁にチェックすることができます。これは、予期せぬ欠陥が増大するリスクが、鋳造コンポーネント。鍛造シャフトが最初に使用されるとき、通常、非破壊検査により、それらがきれいで欠陥がないことが示されます。{{1}{2}}これにより、タービンの耐用年数全体にわたって監視するための信頼できるベースラインが提供され、オペレータは慎重な予防スケジュールではなく、実際の状態に基づいてメンテナンス活動を計画できるようになります。
状態監視システムとの互換性
最新の風力タービンには状態監視システム (CMS) が組み込まれています。これらのシステムは振動、温度、音源を監視し、故障する前に問題を発見します。シャフト鍛造のプロセスにより、動的挙動が既知で均一な部品が作成されます。これにより、CMS アルゴリズムの正確な標準記号を簡単に設定できるようになります。安定した基準により、違いがより明確に目立ち、ベアリングの摩耗、位置ずれ、または亀裂の成長の兆候をより早く見つけることができます。高品質の鋳造シャフトがデジタル トラッキング テクノロジーと連携しているという事実は、コストと計画外のダウンタイムを削減する計画的な修理方法への移行をサポートしています。
25年の設計寿命をサポート
風力タービン プロジェクトは、20 ～ 25 年間稼働するとの推定に基づいて資金提供されます。この設計寿命はすべての主要部品で満たされる必要があり、1 つがあまりにも早く破損した場合、メイン シャフトは修理が最も難しく、最も高価な部品の 1 つとなります。鍛造プロセス中に適切な材料、熱処理、シャフト外側の仕上げを使用すると、よく知られた破壊力学手法に基づいた応力寿命推定値が設計目標をはるかに上回るシャフトが作成されます。-サプライヤーの好み中国維隆を作り続けているカスタムキャストパーツ20 年以上にわたってヨーロッパ、北アメリカ、アジア太平洋地域の顧客に提供されてきた当社は、これらのパフォーマンスの約束を守るためのプロセス管理と品質管理のスキルを備えています。{0}
結論
シャフト鍛造は、他の製造プロセスでは実現できないもの、すなわち、微細な結晶粒構造、優れた耐疲労性、完全な材料トレーサビリティ、風力エネルギーの経済学が要求する長期信頼性を備えたメイン シャフトを提供するため、風力タービンの用途に不可欠です。-タービンが大型化し、より困難な海上の場所に移動するにつれて、鍛造シャフトと代替シャフトとの間の性能差はさらに深刻になるばかりです。中国維隆, ISO 9001:2015 認証を取得し、2001 年以来世界中の顧客にサービスを提供しており、エンジニアリングの専門知識と高品質のインフラストラクチャを提供して、最も厳しい仕様を満たす鍛造タービン シャフトを供給しています。
よくある質問
風力タービンシャフトの鍛造には通常どのような鋼種が使用されますか?
一般的なグレードには、42CrMo4、34CrNiMo6、18CrNiMo7-6 などの中炭素合金鋼が含まれます。{0}これらの合金は、大型回転シャフトに必要な焼入性、靭性、耐疲労性の組み合わせを提供します。選択される特定のグレードは、シャフト サイズ、動作負荷、タービン設計者が指定する熱処理サイクルによって異なります。
鍛造タービン シャフトにはどのような非破壊検査方法が適用されますか?{0}
超音波検査（UT）は、大型の鍛造シャフトの内部欠陥を検出するための主要な方法であり、断面全体にわたって介在物、空隙、または亀裂を特定できます。-磁粉検査 (MPI) は、表面および表面付近の不連続性を検出するために使用されます。-どちらの方法も通常、最終熱処理と機械加工の後に実行され、結果はコンポーネントの品質記録の一部として文書化されます。
鍛造タービンシャフトをカスタムの図面や寸法に合わせて製造できますか?
はい。 Welong のような経験豊富なメーカーは、顧客が提供した設計図面とサンプルに基づいて鍛造シャフトを製造します。-同社のエンジニアリング チームは AutoCAD、Pro{3}}Engineering、Solidworks を使用しており、必要に応じて図面の開発や最適化を支援できます。この柔軟性により、OEM 生産プログラムとアフターマーケットの交換シャフト要件の両方がサポートされます。
シャフト鍛造プロセスはタービンの 25 年の設計寿命にどのように貢献しますか?
鍛造により、優れた耐疲労性、最小限の内部欠陥、一貫した機械的特性を備えたシャフトが生成されます。-これらすべてが長期耐久性を直接サポートします。-適切な熱処理と表面仕上げを組み合わせることで、鍛造シャフトは 20- から 25 年の設計要件を超える疲労寿命目標に合わせて設計およびテストされ、使用中の早期故障のリスクが軽減されます。
風力タービンシャフト鍛造サプライヤーはどのような認定を取得する必要がありますか?
ISO 9001:2015 は、ベースラインの品質管理認証です。顧客の要件に応じて、サプライヤーは特定の風力発電業界基準への準拠を実証したり、第三者の検査レポートを提供したりする必要がある場合もあります。-完全な材料トレーサビリティ、機械的試験レポート、NDT 記録は、風力タービンの主要な文書に期待される標準的な文書です。シャフト鍛造品.
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参考文献
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3. ハウ、E. (2013)。風力タービン: 基礎、技術、応用、経済(第3版)。スプリンガー、ベルリン。
4. GE ディーター (1988)。機械冶金学(第3版)。マグロウ-ヒル、ニューヨーク州。
5. JA バナンティン、JJ カマー、JL ハンドロック (1990)。金属疲労解析の基礎。ニュージャージー州イングルウッド・クリフのプレンティス・ホール。
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