آهنگری حلقه پیچ و آهنگری حلقه یاو: فرآیند، مواد و کاربردهای توربین بادی

چه هستند آهنگری حلقه پیچ و آهنگری حلقه یاو؟

در یک توربین بادی، دو حلقه آهنگری با قطر بزرگ عملکردهای اساسی متفاوت اما به همان اندازه حیاتی را انجام می دهند. را آهنگری حلقه زمین هسته ساختاری بلبرینگ گام را تشکیل می دهد و هر تیغه را قادر می سازد تا حول محور طولی خود بچرخد و زاویه خود را نسبت به باد ورودی تنظیم کند. را انحراف حلقه آهنگری که در پایه ناسل قرار دارد، به کل مجموعه ناسل و روتور اجازه می دهد تا به صورت افقی بچرخند و تغییرات جهت باد را دنبال کند.

هر دو جزء به عنوان آهنگرهای حلقه نورد با قطر بزرگ طبقه بندی می شوند - معمولاً از 1000 میلی متر تا بیش از 3000 میلی متر در قطر بیرونی بسته به کلاس توربین - و هر دو باید ده ها میلیون چرخه بار را در طول عمر عملیاتی 20 تا 30 ساله تحمل کنند. پیامد خرابی زودهنگام هر یک از اجزاء، خاموش شدن کامل توربین است که باعث می شود انتخاب مواد خام و کنترل فرآیند آهنگری عوامل غیرقابل مذاکره در ساخت آنها باشد.

فرآیند آهنگری: از بیلت تا حلقه تمام شده

هر دو حلقه زمین و انحراف از طریق تولید می شوند فرآیند آهنگری حلقه نورد گرم که خواص مکانیکی بالاتری را در مقایسه با ریخته‌گری یا ساخت صفحه ارائه می‌دهد. توالی تولید معمولی به شرح زیر است:

1. برش و گرم کردن بیلت - یک شمش فولادی به حجم محاسبه شده بریده می شود و تا دمای آهنگری مناسب (معمولاً 1100 تا 1250 درجه سانتی گراد برای فولادهای آلیاژی) گرم می شود.
2. ناراحت کننده و مشت زدن - شمش برای کاهش ارتفاع و افزایش قطر بر روی یک پرس به هم می‌خورد، سپس برای ایجاد سوراخ مرکزی سوراخ می‌شود و یک پیش‌فرم دونات شکل را تشکیل می‌دهد.
3. نورد سنبه و شعاعی - پریفرم روی یک آسیاب نورد حلقه ای قرار می گیرد که رول محرک و سنبه فشار شعاعی و محوری پیوسته را اعمال می کند و ضخامت دیواره را کاهش می دهد و قطر حلقه را تا رسیدن به ابعاد هدف افزایش می دهد.
4. عملیات حرارتی - معمولاً برای دستیابی به مشخصات سختی مورد نیاز، کوئنچ و تمپرینگ (Q&T) اعمال می شود 260–320 HB برای کاربردهای پیچ و تاب حلقه.
5. ماشینکاری خشن و نهایی - تراشکاری CNC، فرزکاری، سوراخ کردن چرخ دنده (برای حلقه های انحرافی دندانه دار)، و سوراخ کاری الزامات ابعادی را تکمیل می کند.
6. تست غیر مخرب (NDT) - تست اولتراسونیک (UT) و بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) سلامت داخلی و یکپارچگی سطح را قبل از تحویل تأیید می کند.

این فرآیند یک ریزساختار کاملاً فرفورژه و تصفیه‌شده با دانه‌ها با خطوط جریان فیبری که به صورت محیطی جهت‌گیری شده‌اند ایجاد می‌کند - جهت‌گیری ایده‌آل برای مقاومت در برابر بارهای پیچشی و خمشی که حلقه‌های گام و انحراف در سرویس تجربه می‌کنند.

انتخاب مواد: درجات آلیاژی که با استانداردهای انرژی باد مطابقت دارند

انتخاب مواد برای آهنگری حلقه های گام و انحراف با نیاز به تعادل استحکام بالا، چقرمگی کافی در دماهای پایین و سختی خوب در بخش های ضخیم کنترل می شود. درجات زیر به طور گسترده مشخص می شوند:

برای تاسیسات دریایی یا قطبی، چقرمگی ضربه شارپی زیر صفر (معمولاً ≥27 ژول در دمای 40- درجه سانتیگراد) به یک مشخصات اجباری تبدیل می شود. در این موارد، گریدهای آلیاژی نیکل مانند 34CrNiMo6 یا فولادهای ساختاری دانه ریز نرمال شده نسبت به گریدهای استاندارد کروم-مولیبدن ترجیح داده می شوند.

تفاوت های کلیدی بین Pitch Ring و آهنگری حلقه یاو

اگرچه هر دو مولفه از مسیر آهنگری هسته یکسانی پیروی می کنند، اما الزامات طراحی آنها در عمل به طور قابل توجهی متفاوت است:

• مقدار در هر توربین: یک توربین سه پره استفاده می کند سه حلقه زمین (یکی در هر تیغه) اما فقط یک حلقه یاو .
• دندانه های چرخ دنده: حلقه های یاو تقریبا همیشه هستند دندانه دار داخلی یا خارجی (حلقه دنده حبابدار)، که توسط چندین موتور درایو انحرافی هدایت می شود. حلقه های پیچ ممکن است دندانه دار باشند یا بسته به مشخصات OEM از طرح پینیون و قطعه استفاده کنند.
• کاراکتر بارگذاری: تجربه حلقه های پیچ ریزحرکات نوسانی و با فرکانس بالا به عنوان گام پره به طور مداوم در طول عملیات توربین تنظیم می شود. حلقه های یاو متحمل می شوند چرخش های آهسته تر و با گشتاور بالاتر هنگام ردیابی جهت باد
• الزامات سختی راه آهن: حلقه های گام معمولاً به مسیرهای مسابقه ای سخت شده القایی نیاز دارند ( 58-62 HRC ) برای مقاومت در برابر خستگی تماس غلتشی تحت ریز حرکت های چرخه بالا. حلقه‌های انحرافی اغلب سختی سطح کمی پایین‌تر را مشخص می‌کنند اما مقاومت خمشی ریشه دندان دنده بالاتری را در برابر خستگی دارند.
• تحمل ابعادی: هر دو جزء دقیق هستند، اما حلقه انحراف خارج از گرد و دقت گام چرخ دنده بسیار مهم هستند، زیرا خطاها مستقیماً در تراز ناسل و کارایی سیستم درایو منتشر می شوند.

استانداردهای کیفیت و الزامات گواهینامه

آهنگری توربین بادی و حلقه انحرافی مشمول برخی از سخت‌گیرانه‌ترین الزامات کیفی در صنعت آهنگری هستند. مشخصات تدارکات معمولاً با موارد زیر ارجاع یا مطابقت دارد:

• EN 10228-3 / EN 10228-4 - آزمایش غیر مخرب آهنگری فولادی (بازرسی ذرات اولتراسونیک و مغناطیسی)
• ASTM A388 - بررسی اولتراسونیک آهنگرهای فولادی سنگین
• ISO 6336 - محاسبات ظرفیت بار دنده (برای بخش های حلقه دندانه دار)
• دستورالعمل های DNV-ST-0361 / GL - الزامات صدور گواهینامه نوع برای یاتاقان های توربین بادی و آهنگری های ساختاری
• IEC 61400-1 - الزامات طراحی توربین بادی، از جمله عمر خستگی اجزای ساختاری

در عمل، اکثر OEM های سطح یک، این استانداردهای عمومی را با ممیزی صلاحیت تامین کننده، پروتکل های بازرسی مقاله اول، و الزامات ردیابی مواد که به گرمای مذاب فولاد گسترش می یابد، تکمیل می کنند. بازرسی شاهد شخص ثالث توسط سازمان هایی مانند Bureau Veritas، TÜV، یا SGS در هنگام آهنگری، عملیات حرارتی و ماشینکاری نهایی در قراردادهای بزرگ توربین دریایی رایج است.

نوآوری ترندها در آهنگری پیچ و خم حلقه

همانطور که ظرفیت رتبه بندی توربین بادی همچنان در حال افزایش است - با مدل های فراساحلی که اکنون از آن فراتر رفته است 15 مگاوات در هر واحد - آهنگری‌های حلقه‌های گام و انحراف به محدودیت‌های ابعادی و عملکردی جدید سوق داده می‌شوند. چندین پیشرفت در حال تغییر شکل دادن به نحوه طراحی و ساخت این اجزا هستند:

• قطر حلقه های بزرگتر: حلقه های انحرافی برای سکوهای 12 تا 15 مگاواتی می توانند به قطر بیرونی برسند 3500-4500 میلی متر ، نیازمند کارخانه های نورد حلقه ای با ظرفیت بیش از 500 تن و کوره های عملیات حرارتی تخصصی.
• طرح های یکپارچه یاتاقان-حلقه: برخی از نسل بعدی سیستم‌های گام به سمت طرح‌های حلقه چرخان مونوبلوک آهنگری حرکت می‌کنند که مسیر بلبرینگ، دندانه‌های چرخ دنده و فلنج ساختاری را در یک قطعه آهنگری ترکیب می‌کند و رابط‌های مونتاژ را کاهش می‌دهد و عمر خستگی را بهبود می‌بخشد.
• شبیه سازی پیشرفته: شبیه سازی فرآیند آهنگری مبتنی بر FEA (به عنوان مثال، با استفاده از DEFORM یا Simufact) به طور فزاینده ای برای بهینه سازی جریان دانه، به حداقل رساندن عیوب آهنگری و کاهش نرخ ضایعات مواد قبل از اولین آزمایش فیزیکی استفاده می شود.
• ذوب فولاد تمیزتر: گاز زدایی خلاء (VD/VOD) و ذوب مجدد الکتروسرباره (ESR) بیشتر برای دستیابی به محتوای هیدروژن در زیر مشخص می شوند. 1.5 پی پی ام و رتبه بندی بسیار کم گنجاندن، افزایش طول عمر خستگی در برنامه های با چرخه بالا.
• محلی سازی زنجیره تامین: با تسریع استقرار انرژی بادی در آسیا، آمریکای شمالی و اروپا، OEM ها تامین کنندگان آهنگری منطقه ای را واجد شرایط می کنند تا زمان تحویل و هزینه های لجستیکی را برای این قطعات بزرگ و سنگین کاهش دهند.