چه چیزی فورج شفت را در کاربردهای توربین بادی ضروری می کند؟

قطعات مکانیکی در توربین‌های بادی با چرخش مداوم، تغییر بار باد، آب‌وهوای شدید و این واقعیت که مجبورند چندین دهه بدون تعمیر آسان دوام بیاورند، به حد خود رسیده‌اند. شفت اصلی مهمترین بخش هر موتور توربین است. قابلیت اطمینان آن تعیین می کند که آیا کل سیستم قدرت تولید می کند یا خیر.محورهای توربینکه بتواند این نیازها را برآورده کند، از طریق فرآیندی به نام "شفت فورج" ساخته می شوند.آهنگریشفت‌هایی می‌سازد که می‌توانند میلیون‌ها چرخه بار را در طول عمر کاری 20 تا 25 ساله با کار کردن فولاد تحت فشار کنترل‌شده برای صاف کردن ساختار دانه‌ای آن و خلاص شدن از شر هرگونه نقص داخل آن، تحمل کنند. در این قسمت دلیل آن توضیح داده شده استآهنگری شفتنه تنها در کاربردهای انرژی بادی ارجح است بلکه ضروری است.

چرا شفت های فورج برای قابلیت اطمینان توربین بادی حیاتی هستند؟

خواسته های ساختاری پیشرانه توربین بادی

شفت اصلی یک توربین بادی نیرو را از هاب روتور به گیربکس یا موتور منتقل می کند. همچنین از وزن و لحظات پیچشی مجموعه روتور پشتیبانی می کند. سرعت و جهت باد همیشه تغییر می کند که باعث می شود این بارها همیشه تغییر کنند. این یک حالت تنش پیچیده و چند محوری ایجاد می کند که همیشه در حال تغییر است. فرآیند آهنگری شفت با ساختن قسمتی که کیفیت مواد آن ضخیم و در تمام مقطع{4}} آن است، این نیازها را برآورده می‌کند. هیچ سوراخ، گسل یا نقطه ضعیفی وجود ندارد-فقط فولادی با استحکام بالا-که همه یکسان است و می‌تواند هر چیزی را که باد به سمت آن پرتاب می‌کند کنترل کند.

یکپارچگی مواد تحت بارگیری طولانی مدت{0}

شفت های توربین به همان اندازه که قطعات سایش کوچکتر در طول تعمیرات معمولی تغییر می کنند، تغییر نمی کنند. قرار است تا زمانی که توربین دوام می آورد، که معمولاً 20 سال یا بیشتر است. بازرسی خواهند شد، اما قرار نیست جایگزین شوند. برای اینکه این عمر مفید امکان پذیر باشد، مواد باید جامد باشند، که این کار را فقط می توان با خیال راحت انجام دادروش ریخته گری شفت. هنگامی که فولاد آهنگری می شود، فشرده می شود، که سوراخ های ریزی را پر می کند، دانه ها را کوچکتر می کند و ساختار کریستالی را با مسیرهای تنش اصلی در شفت ردیف می کند. این باعث می‌شود بخشی که ویژگی‌های واقعی آن با - مطابقت دارد و اغلب فراتر از - مشخصات طراحی است. این به مهندسان ایمان می دهد که می توانند به درستی حدس بزنند که قطعه در بلندمدت چگونه رفتار خواهد کرد.

الزامات تضمین کیفیت و ردیابی

سازندگان تجهیزات اصلی (OEM) و گروه های تایید توربین های بادی به اطلاعات زیادی در مورد هر جزء مهم موتور نیاز دارند. اگر از یک کنترل شده استفاده می کنیدآهنگری شفتروش ساخت الفشفت آهنگری، می توانید ردیابی کامل مواد را دریافت کنید. این شامل اعداد حرارتی، گواهی‌های شیمی، نتایج آزمایش مکانیکی، و سوابق آزمایش‌های غیر مخرب-می‌شود. تامین کنندگانی که دارای گواهینامه ISO 9001:2015 هستند، مانندچین ولونگ، دارای سیستم های کنترل کیفیت هستند که این اطلاعات را به صورت ساختاریافته ساخته و پیگیری می کنند. به این ترتیب، هر شفت آهنگری که حمل می شود می تواند به مواد اولیه و شرایطی که تحت آن ساخته شده است، ردیابی شود. این سطح از مسئولیت در زمینه‌ای ضروری است که یک قطعه شکسته می‌تواند توربین را برای هفته‌ها کار نکند.

چگونه آهنگری مقاومت در برابر خستگی در شفت های توربین را افزایش می دهد

نقش جریان دانه در عملکرد خستگی

ترک‌های خستگی از مکان‌هایی که استرس زیادی وجود دارد، مانند تغییرات شدید، نقص‌های سطحی، یا شکستگی‌های داخلی شروع می‌شوند و تحت بارگذاری مکرر تا زمانی که مواد بشکند گسترش می‌یابند. این امر توسط فرآیند آهنگری شفت متوقف می شود، که اطمینان حاصل می کند که خطوط جریان دانه در تمام طول محور و اطراف ویژگی های هندسی مانند شانه ها و راه های کلید بدون توقف برای برش می روند. این ساختار دانه ای جهت دار، سخت ترین جهت مواد را در امتداد مسیر بار اصلی قرار می دهد. این باعث می شود قبل از شروع یک ترک خستگی، سطح استرس بسیار بالاتر باشد. این لبه ریزساختاری مستقیماً به معنای سالها خدمات پایدار بیشتر برای قطعه ای است که صدها میلیون بار در طول عمر خود بارگیری و تخلیه می شود.

تنش های پسماند فشاری به عنوان یک مکانیسم دفاعی

افزودن فشارهای باقیمانده فشاری در سطح و نزدیک سطح قطعه یکی از مزایای کمتر آشکار فرآیند آهنگری شفت است. تنش های کششی باعث رشد ترک های خستگی می شود، اما تنش های فشاری باقی مانده آنها را متوقف می کند. ترک نمی تواند در ناحیه ای که فشرده شده است پخش شود. آهنگری کنترل شده، همراه با سمت راستعملیات حرارتیو تکمیل سطح، یک پروفایل تنش پسماند ایجاد می کند که از شروع ترک های خستگی در ضعیف ترین نقاط شفت جلوگیری می کند. این به ویژه در شعاع فیله و سطوح ژورنال یاتاقان، که مکان‌هایی با تنش زیاد هستند و معمولاً خرابی‌های سایش شفت توربین شروع می‌شود، مفید است.

بهینه سازی عملیات حرارتی پس از آهنگری

فرآیند تشکیل شفت و عملیات حرارتی که پس از آن انجام می‌شود با هم کار می‌کنند تا مشخصات مکانیکی نهایی مورد نظر مهندس طراح را به دست آورند. پس از شکل دهی، کوئنچ و سخت شدن تعادل بین استحکام و چقرمگی را بهبود می بخشد و فلز را در برابر سایش و شکستگی مقاوم تر می کند. در نتیجه یکنواخت بودن ریزساختار آهنگری و جدا نشدن آن مانند ریخته گری، واکنش عملیات حرارتی از یک شفت به شفت دیگر و از یک دسته به دسته دیگر یکسان است. به همین دلیل، سازندگان می توانند مطمئن باشند که هر شفتی که می فرستند حداقل الزامات را برآورده می کند. این یک قانون سختگیرانه است که OEMهای توربین بادی قبل از اجازه دادن به قطعات برای تولید اعمال می شود.

مقایسه شفت های آهنگری و ریخته گری در کاربردهای انرژی باد

چرا ریخته گری برای شفت های اصلی کوتاه می شود؟

هنگامی که یک قطعه بزرگ و از نظر فیزیکی مهم مانند شفت اصلی یک توربین بادی را ریخته می‌کنید، ریسک‌هایی را متحمل می‌شوید که به سختی می‌توان آنها را به‌طور کامل از طریق بررسی به تنهایی کاهش داد. وقتی قالب‌های بزرگ سخت می‌شوند، ساختارهای دانه‌ای خشن، جداسازی دندریتیک و شکاف‌های داخلی ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود مواد دوام کمتری داشته باشند و نسبت به مواد کار شده در برابر شکستگی مقاومت کمتری داشته باشند. در حالی که ریخته گری روش خوبی برای ساختن قطعات نزدیک به-شبکه-شکل است، کیفیت مکانیکی قطعات ساخته شده توسطآهنگری شفتبه طور کلی بهتر است زیرا مواد به جای ریختن و سفت شدن کار شده است. تفاوت در قابلیت اطمینان بین شفت های آهنگری و ریخته گری در صنعت انرژی بادی بسیار بزرگ است که نمی توان آن را نادیده گرفت، جایی که قطعات شکسته به معنای درآمد از دست رفته و تعمیراتی است که انجام آن در خارج از کشور یا در مناطق روستایی دشوار است.

مقایسه خواص مکانیکی

هنگامی که میله های فولادی آهنگری و ریخته گری از مواد مشابه و عملیات حرارتی را در کنار یکدیگر قرار می دهید، میله های آهنگری همیشه دارای استحکام کششی، استحکام تسلیم و چقرمگی ضربه بالاتری هستند. فرآیند تشکیل شفت، دانه های کوچک و یکنواختی را با پخش کنترل شده کاربیدها و سایر فازهای دوم ایجاد می کند. این باعث می شود که مواد شکسته شوند، به خصوص در دماهای پایین، که برای توربین هایی که در مکان های سرد کار می کنند مهم است. با توجه به نتایج تست خستگی، شفت های آهنگری می توانند دامنه تنش چرخه بسیار بالاتری را قبل از شروع به ترک در مقایسه با نسخه های ریخته گری تحمل کنند. این بدان معناست که آنها دوام بیشتری خواهند داشت و به مراحل تعمیر غیرمنتظره کمتری در طول زمان کار توربین نیاز دارند.

ملاحظات هزینه در چرخه حیات توربین

به دلیل هزینه ابزار و مقدار انرژی مورد نیاز برای فرآیند آهنگری،میله های آهنگریخرید در ابتدا گران تر است وقتی کل هزینه کل چرخه عمر را که شامل خرابی برنامه ریزی نشده، جابجایی جرثقیل برای جایگزینی شفت راه دور و تولید انرژی از دست رفته را جمع آوری می کنید، شفت های ریخته گری تا حد زیادی گزینه ارزان تر هستند. افرادی که در مزارع بادی کار می کنند و شفت های ریخته گری داشته اند، این ریاضیات را به خوبی می دانند. هنگامی که با هزینه یک شکست در سرویس مقایسه می شود، هزینه اضافی پرداخت شده برای یک شفت ریخته گری در طول خرید ناچیز است. این امر به ویژه در مورد سایت‌های توربین دریایی یا دورافتاده که در آن‌ها دسترسی به تعمیرات سخت است و هزینه زیادی دارد، صادق است.

مزایای تعمیر و نگهداری و طول عمر شفت های توربین آهنگری

بازرسی طولانی مدت

به منظور کاهش هزینه ها و اطمینان از اینکه توربین ها همیشه در دسترس هستند، مالکان می خواهند زمان بین بررسی های برنامه ریزی شده و رویدادهای تعمیر و نگهداری را افزایش دهند. راآهنگری شفتروش باعث پایداری مواد می شود، بنابراین می توان آن را بیشتر بررسی کرد. این به این دلیل است که خطر رشد نقایص غیرمنتظره بسیار کمتر از رشد استاجزای ریخته گری. هنگامی که شفت های آهنگری برای اولین بار به کار گرفته می شوند،-آزمایش غیرمخرب معمولاً تمیز و بدون عیب- را نشان می دهد. این یک پایه قابل اعتماد برای نظارت در طول عمر توربین فراهم می کند و به اپراتورها اجازه می دهد فعالیت های تعمیر و نگهداری را بر اساس شرایط واقعی به جای برنامه های احتیاطی محتاطانه برنامه ریزی کنند.

سازگاری با سیستم های نظارت بر وضعیت

سیستم های نظارت بر وضعیت (CMS) در توربین های بادی مدرن ساخته شده اند. این سیستم ها ارتعاشات، دما و منابع صوتی را زیر نظر دارند تا مشکلات را قبل از خراب شدن پیدا کنند. فرآیند آهنگری شفت قطعاتی را می سازد که رفتار دینامیکی آنها مشخص و یکنواخت است. این امر تنظیم علائم استاندارد دقیق برای الگوریتم های CMS را آسان تر می کند. یک استاندارد ثابت باعث می‌شود که تفاوت‌ها با وضوح بیشتری مشخص شوند، که به شما امکان می‌دهد نشانه‌هایی از سایش یاتاقان، ناهماهنگی یا رشد ترک را سریع‌تر پیدا کنید. این واقعیت که شفت‌های ریخته‌گری با کیفیت-با فناوری ردیابی دیجیتال کار می‌کنند، از حرکت به سمت روش‌های تعمیر برنامه‌ریزی‌شده که هزینه‌ها و خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده را کاهش می‌دهند، پشتیبانی می‌کند.

حمایت از عمر طراحی 25 ساله

پروژه های توربین بادی بر اساس تخمین هایی که برای 20 تا 25 سال کار خواهند کرد، تامین مالی می شوند. این عمر طراحی باید توسط تمام قطعات اصلی تامین شود، و اگر یکی از آنها خیلی زود شکسته شود، شفت اصلی یکی از سخت ترین و گران ترین ها برای تعمیر است. هنگامی که از مواد مناسب، عملیات حرارتی و پرداخت در قسمت بیرونی شفت در طول فرآیند آهنگری استفاده می‌کنید، شفت‌هایی ایجاد می‌شود که تخمین عمر تنش آنها، بر اساس روش‌های شناخته شده مکانیک شکست، بسیار بالاتر از هدف طراحی است. تامین کنندگان دوست دارندچین ولونگ، که در حال ساخت بوده استقطعات ریخته گری سفارشیبرای مشتریانی در اروپا، آمریکای شمالی و منطقه آسیا{0}}اقیانوسیه برای بیش از 20 سال، کنترل فرآیند و مهارت های مدیریت کیفیت برای حفظ این وعده های عملکرد را دارند.

نتیجه گیری

آهنگری شفت در کاربردهای توربین بادی ضروری است زیرا چیزی را ارائه می دهد که هیچ فرآیند تولید دیگری نمی تواند مطابقت داشته باشد: شفت اصلی با ساختار دانه ای تصفیه شده، مقاومت در برابر خستگی برتر، قابلیت ردیابی کامل مواد، و-قابلیت اطمینان طولانی مدتی که اقتصاد انرژی باد می خواهد. با بزرگ‌تر شدن توربین‌ها و حرکت به مکان‌های چالش‌برانگیزتر، شکاف عملکردی بین شفت‌های فرفورژه و جایگزین بیشتر می‌شود.چین ولونگ، گواهی ISO 9001:2015 را دریافت کرده و از سال 2001 به مشتریان جهانی خدمت می کند، تخصص مهندسی و زیرساخت کیفیت را برای تامین شفت های توربین آهنگری که دقیق ترین مشخصات را برآورده می کنند، ارائه می دهد.

سوالات متداول

چه گریدهای فولادی معمولاً در آهنگری شفت توربین بادی استفاده می شود؟

گریدهای رایج شامل فولادهای آلیاژی کربنی متوسط-مانند 42CrMo4، 34CrNiMo6، و 18CrNiMo7-6 است. این آلیاژها ترکیبی از سختی پذیری، چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی مورد نیاز برای شفت های چرخان بزرگ را ارائه می دهند. درجه خاص انتخاب شده به اندازه شفت، بارهای عملیاتی و چرخه عملیات حرارتی مشخص شده توسط طراح توربین بستگی دارد.

چه روش‌های آزمایش غیرمخرب برای شفت‌های توربین آهنگری-استفاده می‌شود؟

آزمایش اولتراسونیک (UT) روش اصلی برای تشخیص عیوب داخلی در شفت‌های بزرگ آهنگری است که قادر به شناسایی آخال‌ها، حفره‌ها یا ترک‌ها در تمام سطح مقطع-می‌باشد. بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) برای تشخیص ناپیوستگی‌های سطحی و نزدیک{2} سطح استفاده می‌شود. هر دو روش معمولاً پس از عملیات حرارتی نهایی و ماشین‌کاری انجام می‌شوند و نتایج به‌عنوان بخشی از رکورد کیفیت قطعه ثبت می‌شوند.

آیا می توان شفت های توربین فورج شده را با نقشه ها و ابعاد سفارشی تولید کرد؟

بله. سازندگان باتجربه مانند Welong شفت‌های آهنگری را به نقشه‌ها و نمونه‌های مهندسی ارائه می‌کنند-. تیم‌های مهندسی آنها از AutoCAD، Pro{3}}Engineering، و Solidworks استفاده می‌کنند و در صورت نیاز می‌توانند در توسعه یا بهینه‌سازی نقشه‌ها کمک کنند. این انعطاف پذیری هم از برنامه های تولید OEM و هم الزامات شفت جایگزینی پس از فروش پشتیبانی می کند.

چگونه فرآیند آهنگری شفت به عمر طراحی 25 ساله توربین کمک می کند؟

آهنگری شفتی با مقاومت در برابر خستگی، حداقل نقص داخلی، و خواص مکانیکی ثابت تولید می‌کند که همگی مستقیماً از دوام طولانی مدت پشتیبانی می‌کنند. هنگامی که با عملیات حرارتی مناسب و تکمیل سطح ترکیب می‌شوند، شفت‌های آهنگری طراحی و آزمایش می‌شوند تا اهداف عمر خستگی بیش از 20{5}} تا 25 سال مورد نیاز طراحی را کاهش دهند و خطر شکست زودرس در حین کار را کاهش دهند.

تامین کننده آهنگری شفت توربین بادی باید چه گواهینامه هایی داشته باشد؟

ISO 9001:2015 گواهینامه مدیریت کیفیت پایه است. بسته به نیاز مشتری، تأمین‌کنندگان ممکن است نیاز داشته باشند که مطابق با استانداردهای خاص صنعت بادی را نشان دهند یا گزارش‌های بازرسی شخص ثالث- ارائه دهند. قابلیت ردیابی کامل مواد، گزارش‌های آزمایش مکانیکی و سوابق NDT، انتظارات مستندسازی استاندارد برای توربین‌های بادی اصلی هستند.آهنگری شفت.

شریک با یک تامین کننده ثابت شفت فورج شده - امروز با Welong تماس بگیرید

اگر پروژه شما به شفت های توربین آهنگری نیاز دارد که استانداردهای عملکرد و مستندات را برآورده می کند،ولونگآماده کمک است. با بیش از دو دهه تجربه در تامین قطعات فلزی آهنگری سفارشی برای انرژی باد، نفت و گاز، هوافضا و مشتریان صنعتی در سراسر بریتانیا، ایالات متحده آمریکا، آلمان، فرانسه، استرالیا و فراتر از آن، ما کارایی ساخت چین را با مدیریت کیفیت دقیق ترکیب می کنیم. Welong دارای گواهینامه ISO 9001:2015، مهندسی-توانمند و متعهد به تحویل به موقع است. نقشه ها یا مشخصات فنی خود را امروز برای ما ارسال کنیدmetal@welongpost.com.

مراجع

1. ASM International. (2005).ASM Handbook, Volume 14A: Metalworking: Bulk Forming. ASM International، متریال پارک، اوهایو.

2. برتون، تی، جنکینز، ان.، شارپ، دی، و بوسانی، ای. (2011).کتاب راهنمای انرژی باد(ویرایش دوم). جان وایلی و پسران، چیچستر، بریتانیا.

3. هاو، ای. (2013).توربین های بادی: مبانی، فناوری ها، کاربرد، اقتصاد(ویرایش سوم). اسپرینگر، برلین

4. دیتر، جنرال الکتریک (1988).متالورژی مکانیکی(ویرایش سوم). مک گراو{3}}هیل، نیویورک.

5. Bannantine، JA، Comer، JJ، & Handrock، JL (1990).مبانی تحلیل خستگی فلزات. Prentice Hall، Englewood Cliffs، نیوجرسی.

6. DNV GL. (2016).DNVGL-ST-0361: ماشین آلات برای توربین‌های بادی. DNV GL، هوویک، نروژ.