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현대식 풍력 터빈용 연성철 로터 허브의 무게는 10톤이 넘습니다. 그것은 주조되고 가공된 후 지상 300미터 높이의 탑에 볼트로 고정됩니다. 일단 설치되면 섭씨 영하 40도의 낮은 온도에서도 수백만 번 싣고 내리게 되며 20년 이상 구조적으로 건전한 상태를 유지할 것으로 예상됩니다.
무거운 단면, 혹독한 기후, 피로에 지배적인 서비스의 조합으로 인해 풍력 터빈 주물이 EN-GJS-400-18U-LT 페라이트계 연성철에서 메인 샤프트에 강철이 지정된 만큼 자주 지정되는 이유입니다. 연성이 있는 철은 설계자에게 큰 구조 형태를 형성할 수 있는 강도와 인성을 제공하며, 단조 또는 가공된 강철 대안이 비교할 수 없는 주조 및 가공 비용으로 이를 수행합니다.
연성주철 주조가 풍력 터빈 하드웨어를 지배하는 이유
연성철에서 미세구조 내부의 흑연은 플레이크형이 아닌 구형입니다. 이러한 결절은 회주철의 날카로운 흑연 조각보다 연성 금속 매트릭스를 훨씬 덜 방해합니다. 이것이 바로 연성 철이 광범위한 온도에서 측정 가능한 신장률과 충격 강도를 제공하는 이유입니다. 풍력 터빈 부품의 경우, 실질적인 결과는 무거운 하중을 견딜 수 있고 추운 기후에서도 견딜 수 있으며 허브, 프레임, 하우징과 같은 그물 모양에 가까운 대형 구조물에 주조할 수 있는 소재입니다.
연성철로 제작되는 주요 풍력 터빈 주물은 다음과 같습니다.
- 로터 허브
- 메인 베어링 하우징
- 침대 프레임 및 메인 프레임
- 기어박스 하우징
- 토크 암
- 요 및 피치 드라이브 하우징
- 브레이크 캘리퍼 및 장착 브래킷
회주철은 더 저렴하고 주조하기 쉽지만 편상 흑연으로 인해 부서지기 쉽습니다. 균형추, 커버, 케이블 트레이 등 하중이 가벼운 부품으로 제한됩니다. 주강은 종이에 더 높은 강도 값을 제공하지만 더 높은 용융 온도, 더 비싼 성형 비용, 더 긴 가공 시간 및 더 큰 수축 결함 경향으로 인해 이러한 대형 단면 부품에 대한 규칙이 아니라 예외가 됩니다. 그렇기 때문에 우리가 더욱 투명하게 만들고자 하는 소재 계열인 연성철이 연성이 있는 철은 무엇입니까 , 모든 풍력 터빈 주조 논의의 중심을 차지합니다.
EN-GJS-400-18U-LT: 카테고리를 정의하는 등급
대부분의 유럽 풍력 터빈 사양은 표준 EN 1563을 참조하며 이전에 GGG 40.3으로 알려진 저온 페라이트 연성철인 EN-GJS-400-18U-LT를 명시합니다. 등급 코드는 재료에 대해 설명합니다. 최소 인장 강도는 400MPa, 최소 연신율은 18%, 필수 노치 충격 테스트는 U, 저온 인성은 LT입니다.
풍력 터빈 응용 분야에서 이 등급에 대한 일반적인 최소 요구 사항은 아래에 요약되어 있습니다.
| 재산 | 최소 요구사항 | 테스트 조건 |
|---|---|---|
| 인장강도 Rm | 400 MPa | 별도 주조 시험편 |
| 0.2% 내력 Rp0.2 | 240MPa | 별도 주조 시험편 |
| 신장 A | 18% | 별도 주조 시험편 |
| 충격강도 KV | 12J 평균, 9J 싱글 | -20°C에서 V-노치 |
| 저온 옵션 | 10J 평균 | -40°C에서 많은 OEM이 추가 |
중요한 요구 사항은 페라이트 매트릭스입니다. 페라이트는 주철의 부드럽고 연성이 있는 상입니다. 흑연 단괴를 둘러쌀 때 발생하는 균열은 단단한 펄라이트를 통과하는 대신 계속해서 경로를 다시 시작해야 합니다. 명칭의 U는 충격 값이 가정이 아닌 입증되어야 함을 의미하므로 주조소에서는 주조 상태 또는 어닐링된 미세 구조를 주의 깊게 제어해야 합니다. 북부 설치 현장의 경우 터빈 OEM은 일반적으로 -40°C 충격 테스트, 더 높은 구상화도 최소값 또는 둘 다를 추가합니다. 주조소에서 2톤 허브 섹션의 값을 보장할 수 없다면 주조물은 공장에서 출고되기 전에 이미 사양을 충족하지 못한 것입니다.
피로 수명이 디자인을 좌우합니다
풍력 터빈 주물은 정적 강도보다는 피로를 중심으로 설계되었습니다. 허브나 침대 프레임의 응력 범위는 천만 번 이상 순환할 수 있으므로 체적 결함이 있으면 균열 핵이 될 가능성이 있습니다. EN-GJS-400-18U-LT는 페라이트 매트릭스를 사용하여 해당 작업을 처리할 수 있는 균열 내성을 제공합니다. 하지만 성적만으로는 충분하지 않습니다. 단면 민감도는 숨겨진 위험입니다. 두께가 100mm인 허브의 벽은 옆에 있는 얇은 리브와 완전히 다른 속도로 냉각됩니다. 더 거친 흑연, 더 적은 결절 수 및 잔류 탄화물이 국부적으로 나타날 수 있으며 이로 인해 인성과 피로 저항이 낮아질 수 있습니다.
좋은 디자인이 도움이 됩니다. 단면 두께를 최대한 균일하게 유지하고, 무거운 단면을 점진적인 전환을 통해 리브로 혼합하고, 모든 오목한 모서리를 둥글게 만듭니다. 응력 집중이 피로 균열이 시작되는 지점이기 때문입니다.
주조 공장의 공정 제어
대형 연성철 풍력 터빈 주물은 운에 의해 생산되지 않습니다. 주조 공정의 모든 단계는 다음과 같이 규율되어야 합니다.
- 결절화. 흑연을 단괴로 변환하기 위해 마그네슘을 용융물에 첨가합니다. 이 처리의 일관성에 따라 부품의 결절성 정도가 90% 이하인지 여부가 결정됩니다.
- 접종. 페로실리콘 기반 접종제를 반복적으로 접종하면 결절 수가 증가하고 얇은 가장자리의 유리 탄화물이 억제됩니다.
- 붓는 것. 필터와 제어된 주입 속도는 불순물과 재산화 생성물이 중요한 부하 경로에 들어가는 것을 방지합니다.
- 급송. 냉각 중에 고립된 핫스팟이 줄어들지 않도록 응고 시뮬레이션을 통해 라이저 설계를 검증해야 합니다.
- 열처리. Ferritising 어닐링은 탄화물을 용해하고 매트릭스를 균질화하여 사양에서 요구하는 연신율과 충격 값을 복원합니다.
문서화된 열처리 루틴과 충진 및 응고 시뮬레이션 능력을 갖춘 주조업체는 이 제품 등급에서 결정적인 이점을 갖고 있습니다.
대형 연성주철은 응고되는 순간 등급이 매겨집니다. 어떤 기계 가공으로도 적절하게 발달하지 못한 미세 구조를 수정할 수 없습니다.
책임있는 구매자가 지정하는 것
따라서 구매자의 경우 연성철 풍력 터빈 주물에 대한 논의는 요구 사항에 대한 논의입니다. 심각한 기술 사양에는 최소한 다음이 포함되어야 합니다.
- 재료 등급 및 표준: 유럽에서는 EN-GJS-400-18U-LT에서 EN 1563까지, 또는 ASTM A536 Grade 65-45-12(북미 프로젝트에 대해서는 합의된 저온 영향 조항 포함).
- 미세구조 수용: 최소 구상화도, 흑연 크기 범위 및 매트릭스의 최대 펄라이트 함량.
- 테스트 샘플 위치 및 빈도: 주조 샘플과 주조 샘플을 별도로 분리하고 용융물당 샤르피 테스트가 필요한 횟수를 알아봅니다.
- 비파괴 테스트: 가공된 중요 표면의 초음파 테스트 수준, 허용 한계 및 자분 입자 검사.
- 수리 정책: 어떤 사소한 결함을 수리할 수 있는지, 어떤 절차를 사용하는지, 수리된 부분을 어떻게 재검사하는지.
- 문서: EN 10204 3.1 재료 인증서, 열처리 차트 및 NDT 보고서.
주조 능력이 주조 무결성을 결정합니다
소형 연성철 주물에서 풍력 터빈 규모까지의 단계는 선형적이지 않습니다. 대형 섹션에는 대형 섹션 주조 작업자만이 축적하는 게이팅, 피딩, 접종, 열처리, 크레인 핸들링 및 비파괴 테스트 경험이 필요합니다. 따라서 터빈 OEM 또는 1차 공급업체는 화학뿐 아니라 파운드리의 전체 생산 현장도 평가합니다.
연간 주조 용량 20,000톤, 작업장 30,000평방미터, 덴마크, 독일, 이탈리아, 스페인, 미국으로 수출 납품하는 중국 연성 및 회주철 주조소인 Haian Aoyu Machinery Manufacturing이 실제적인 예입니다. 일상적인 생산에는 무거운 구조용 주조물, 압력 함유 본체, 복잡한 코어 조립품이 포함되며, 모두 풍력 터빈 부품에 필요한 동일한 야금학적 및 치수 원칙을 공유합니다.
기계 베이스와 기둥은 터빈 베드 프레임에서와 마찬가지로 제어된 구상화성과 다공성 방지가 결정적인 크고 견고한 구조입니다.
펌프 본체와 밸브 본체는 수십 년 동안 내부 압력을 유지해야 하므로 기어박스 케이싱이 요구하는 것과 동일한 조밀한 미세 구조가 필요합니다.
압축기 본체와 실린더는 풍력 터빈 허브에 요구되는 것과 동일한 규율인 반복적인 치수 및 금속학적 정확성이 필수적인 복잡한 코어 어셈블리입니다.
요약하자면, 풍력 터빈용 연성주철은 특이한 재료가 아닙니다. 이는 현대 터빈의 검증된 엔지니어링 백본입니다. 신뢰할 수 있는 공급업체를 구별하는 것은 파운드리가 무거운 부분의 미세 구조를 실제로 제어하고, 저온 충격 테스트를 통해 이를 입증하고, NDT 결과에 대해 정직하게 전달하는지 여부입니다. 등급을 지정합니다. 시험 온도를 고정하십시오. 프로세스를 감사합니다. 이 주물은 20년간의 겨울 폭풍 속에서도 로터를 조용히 운반할 것입니다.
