FI 
Nykyaikaisen tuuliturbiinin pallografiittirautaroottorinapa voi painaa yli kymmenen tonnia. Se valetaan, koneistetaan ja pultataan sitten torniin, joka voi nousta kolmesataa metriä maanpinnan yläpuolelle. Kun se on asennettu, se ladataan ja puretaan miljoonia kertoja jopa miinus neljänkymmenen celsiusasteen lämpötiloissa, ja sen odotetaan pysyvän rakenteellisesti kunnossa 20 vuotta tai kauemmin.
Tämä yhdistelmä raskaita osia, ankaraa ilmastoa ja väsymistä hallitsevaa palvelua on syy, miksi tuuliturbiinien valut on määritelty EN-GJS-400-18U-LT:ssä lähes yhtä usein kuin teräs pääakseliin. Pallorauta antaa suunnittelijalle lujuutta ja sitkeyttä suurten rakenteellisten muotojen muodostamiseen, ja se tekee sen valu- ja koneistuskustannuksilla, joita taotut tai valmistetut teräsvaihtoehdot eivät pysty vastaamaan.
Miksi pallografiittivalurautavalut hallitsevat tuuliturbiinien laitteistoa
Palloraudassa mikrorakenteen sisällä oleva grafiitti on pallomainen eikä hiutalemainen. Nämä kyhmyt katkaisevat pallografiittisen metallimatriisin paljon vähemmän kuin harmaan raudan terävät grafiittihiutaleet, minkä vuoksi pallografiittirauta tarjoaa mitattavissa olevan venymän ja iskulujuuden laajalla lämpötila-alueella. Tuuliturbiinien komponenttien käytännöllisenä tuloksena on materiaali, joka kestää raskaita kuormia, kestää kylmät ilmastot ja voidaan valaa suuriin lähes verkon muotoisiin rakenteisiin, kuten navoihin, kehyksiin ja koteloihin.
Tärkeimmät pallografiittivaluraudasta valmistetut tuuliturbiinivalut ovat:
- Roottorin navat
- Päälaakeripesät
- Sängynrungot ja päärungot
- Vaihteiston kotelot
- Vääntömomenttivarret
- Kierto- ja kaltevuuskäyttökotelot
- Jarrusatulat ja kiinnityskannattimet
Harmaarauta on halvempaa ja helpompi valaa, mutta sen hiutalegrafiitti tekee siitä hauraan; se rajoittuu kevyesti kuormitettuihin osiin, kuten vastapainoihin, kansiin ja kaapelihyllyihin. Valuteräs tarjoaa korkeammat lujuusarvot paperille, mutta sen korkeampi sulamislämpötila, kalliimpi muotti, pidemmät työstöajat ja suurempi taipumus kutistua vikoja tekevät siitä pikemminkin poikkeuksen kuin säännön näille suurikokoisille komponenteille. Siksi pallografiittivalurauta, materiaaliperhe, josta haluamme tehdä läpinäkyvämpää Mikä on pallografiittirauta , on jokaisen tuuliturbiinien valukeskustelun keskipisteessä.
FI-GJS-400-18U-LT: Arvosana, joka määrittää luokan
Useimmat eurooppalaiset tuuliturbiinien tekniset tiedot viittaavat standardiin EN 1563 ja kutsuvat EN-GJS-400-18U-LT:tä, matalan lämpötilan ferriittistä pallografiittista rautaa, joka tunnettiin aiemmin nimellä GGG 40.3. Laajuuskoodi selittää materiaalin: 400 MPa:n minimivetolujuus, 18 prosentin minimivenymä, U pakollisessa lovitörmäystestissä ja LT matalan lämpötilan sitkeys.
Tyypilliset vähimmäisvaatimukset tälle luokalle tuuliturbiinisovelluksissa on yhteenveto alla.
| Omaisuus | Vähimmäisvaatimus | Testi kunto |
|---|---|---|
| Vetolujuus Rm | 400 MPa | Valettu testinäyte erikseen |
| 0,2 % kestävyys Rp0,2 | 240 MPa | Valettu testinäyte erikseen |
| Pidentymä A | 18 % | Valettu testinäyte erikseen |
| Iskulujuus KV | 12 J keskimäärin, 9 J single | -20 °C:ssa, V-lovi |
| Matala lämpötila vaihtoehto | 10 J keskimäärin | -40 °C:ssa, monet OEM-valmistajat lisänneet |
Kriittinen vaatimus on ferriittinen matriisi. Ferriitti on valuraudan pehmeä, sitkeä faasi; kun se ympäröi grafiittikyhmyjä, kehittyvän halkeaman on jatkuvasti aloitettava reittinsä uudelleen sen sijaan, että se juokseisi kovan perliitin läpi. U merkinnässä tarkoittaa, että iskuarvo on osoitettava, ei oletettava, joten valimon on valvottava valettua tai hehkutettua mikrorakennetta huolellisesti. Pohjoisissa asennuspaikoissa turbiinien OEM-valmistajat lisäävät yleensä -40 °C:n iskutestin, korkeamman nodulaarisuuden minimiarvon tai molemmat. Jos valimo ei voi taata näitä arvoja kahden tonnin napaosassa, valu on jo läpäissyt spesifikaation ennen kuin se lähtee tehtaalta.
Väsymys kestää suunnittelua
Tuulivoimaloiden valukappaleet on suunniteltu väsymisen eikä staattisen lujuuden mukaan. Napan tai sängyn rungon jännitysalue voi vaihdella kymmenen miljoonaa kertaa tai enemmän, joten mistä tahansa tilavuusvirheestä voi muodostua halkeama ydin. EN-GJS-400-18U-LT ferriittisine matriisineen tarjoaa halkeilunsietokyvyn tämän tehtävän hoitamiseen. Mutta pelkkä arvosana ei riitä. Poikkileikkauksen herkkyys on piilotettu riski: 100 mm paksu navan seinä jäähtyy täysin eri nopeudella kuin sen vieressä oleva ohut ripa. Karkeampaa grafiittia, pienempiä kyhmyjen määrää ja jäännöskarbideja voi esiintyä paikallisesti, ja niiden myötä sitkeys ja väsymiskestävyys heikkenevät.
Hyvä suunnittelu auttaa. Pidä leikkauspaksuus mahdollisimman tasaisena, sekoita raskaat osat ripoiksi asteittaisilla siirtymillä ja pyöristä jokainen palaava kulma, koska jännityskeskittymät alkavat väsymishalkeamia.
Prosessinohjaus valimossa
Suuria pallografiittiraudan tuuliturbiinien valukappaleita ei valmisteta tuurilla. Jokaisen valimoprosessin vaiheen on oltava kurinalainen:
- Nodularisaatio. Magnesiumia lisätään sulatteeseen grafiitin muuttamiseksi kyhmyiksi; Tämän hoidon johdonmukaisuus ratkaisee, saavuttaako osa 90 prosentin nodulaarisuuden vai vähemmän.
- Rokotus. Toistuva siirrostus ferrosilikonipohjaisilla ymppäysaineilla lisää kyhmyjen määrää ja vähentää vapaita karbideja ohuissa reunoissa.
- Kaataminen. Suodattimet ja säädelty kaatonopeus estävät kuonan ja uudelleenhapetustuotteiden päätymisen kriittisille kuormitusreiteille.
- Ruokinta. Nousuputken suunnittelu on validoitava jähmettymissimulaatiota vastaan, jotta eristetyt kuumat kohdat eivät kutistu jäähdytyksen aikana.
- Lämpökäsittely. Ferritisoiva hehkutus liuottaa karbidit ja homogenisoi matriisin palauttaen spesifikaation edellyttämät venymä- ja iskumoarvot.
Valimot, joilla on dokumentoidut lämpökäsittelyrutiinit ja kyky simuloida täyttöä ja jähmettymistä, ovat ratkaiseva etu tässä tuoteluokassa.
Suuri pallografiittivalurauta on lajiteltu sillä hetkellä, kun se jähmettyy. Mikään koneistus ei korjaa mikrorakennetta, joka ei ole kehittynyt kunnolla.
Mitä vastuullinen ostaja määrittelee
Ostajille keskustelu pallografiittivaluraudasta tuuliturbiinien valukappaleista on siksi keskustelua vaatimuksista. Vakavan teknisen eritelmän tulee kattaa ainakin:
- Materiaaliluokka ja standardi: EN-GJS-400-18U-LT EN 1563:n mukaisesti Euroopassa tai ASTM A536 Grade 65-45-12, jossa on sovittu matalan lämpötilan vaikutuslauseke Pohjois-Amerikan projekteille.
- Mikrorakenteen hyväksyntä: pienin nodulaarisuus, grafiitin kokoalue ja suurin perliittipitoisuus matriisissa.
- Testinäytteen sijainti ja taajuus: erikseen valettu vs. päällevalettu näyte ja kuinka monta Charpy-testiä vaaditaan sulaa kohden.
- Tuhoamaton testaus: koneistettujen kriittisten pintojen ultraäänitestaustaso, hyväksymisrajat ja magneettisten hiukkasten tarkastus.
- Korjauspolitiikka: mitkä pienet viat voidaan korjata, millä menettelyllä ja miten korjatut alueet tarkastetaan uudelleen.
- Dokumentaatio: EN 10204 3.1 materiaalitodistus, lämpökäsittelykaaviot ja NDT-raportit.
Valimokyky määrittää valun eheyden
Askel pienistä pallografiittivaluraudasta tuuliturbiinien mittakaavaan ei ole lineaarinen. Raskaat profiilit vaativat kokemusta aidauksesta, ruokinnasta, siirrostuksesta, lämpökäsittelystä, nostureiden käsittelystä ja ainetta rikkomattomasta testauksesta, jota vain suurikappaleisten valujen käyttäjät keräävät. Turbiinien OEM- tai ykköstoimittaja ei siis arvioi pelkästään kemiaa vaan valimon koko tuotantokerrosta.
Haian Aoyu Machinery Manufacturing, kiinalainen pallografiitti- ja harmaaraudan valimo, jonka vuotuinen valukapasiteetti on 20 000 tonnia, 30 000 neliömetrin konepaja ja vientitoimitukset Tanskaan, Saksaan, Italiaan, Espanjaan ja Yhdysvaltoihin, on käytännön esimerkki. Sen päivittäinen tuotanto kattaa raskaat rakennevalut, painetta sisältävät rungot ja monimutkaiset ydinkokoonpanot, joilla kaikilla on sama metallurginen ja mitoittava kurinalaisuus, jota tuuliturbiinien komponentit vaativat.
Koneen alustat ja pylväät ovat suuria, jäykkiä rakenteita, joiden hallittu nodulaarisuus ja huokoisuus ovat ratkaisevia, aivan kuten turbiinin alustan rungossa.
Pumpun runkojen ja venttiilirunkojen on säilytettävä sisäinen paine vuosikymmeniä, mikä pakottaa saman tiiviin mikrorakenteen kuin vaihteistokotelo vaatii.
Kompressorin rungot ja sylinterit ovat monimutkaisia ydinkokoonpanoja, joissa toistuva mitta- ja metallurginen tarkkuus on välttämätöntä, samaa kurinalaisuutta kuin tuuliturbiinin napa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että tuuliturbiinien pallografiittivaluraudat eivät ole eksoottisia materiaaleja. Ne ovat todistetusti nykyaikaisten turbiinien tekninen selkäranka. Luotettavan toimittajan erottaa se, hallitseeko valimo todella raskaiden osien mikrorakennetta, todistaako sen matalan lämpötilan iskutesteillä ja viestiikö rehellisesti NDT-tuloksista. Määritä arvosana. Korjaa testilämpötila. Tarkista prosessi. Valu kantaa hiljaa roottoria kahdenkymmenen vuoden talvimyrskyjen läpi.
