Rüzgar Türbini Şanzıman Dövme Parçaları Nelerdir?

Rüzgar Türbini Şanzıman Dövme Parçaları Maksimum yorulma direnci ve yük taşıma kapasitesi için çeliğin tane yapısını hizalayan sıcak veya kapalı kalıpta dövme işlemleriyle üretilen, rüzgar türbini dişli kutusunun dahili güç aktarım yapısını oluşturan hassas şekillendirilmiş çelik bileşenlerdir. Rüzgar türbini dişli kutusundaki birincil dövme bileşenler, halka dişlisi, planet dişlileri, planet taşıyıcı, güneş dişlisi, giriş ve çıkış milleri ve pinyon dişlileridir. Bu parçalar döküm yerine dövülmüştür çünkü dişli kutusu değişken rüzgar girdilerinden kaynaklanan sürekli alternatif yükler altında çalışmaktadır ve dövme ile üretilen yoğun, hatasız metal yapı, modern bir rüzgar türbininin tipik 20 yıllık tasarım ömrünü karşılamak için gereken yorulma ömrünü sağlamaktadır (Kaynak: Zhangqiu Ağır Dövme, Dövme Planet Dişli Taşıyıcı). Dişli kutusu sınıfı bileşenler için dövme, döküm ile değiştirilemez çünkü iki işlem arasındaki mekanik özellik farklılıkları, dişli kutusunun gerçek çalışma yükleri altında ne kadar süre dayanabileceğini doğrudan belirler.

Rüzgar Türbininde Dişli Kutusunun Rolü

Dişli kutusu bileşenlerinin dövme kalitesinin neden bu kadar önemli olduğunu anlamak için dişli kutusunun türbin içinde ne yaptığını ve çalıştığı mekanik ortamın ciddiyetini anlamak gerekir.

Bir rüzgar türbini rotoru, rüzgara tepki olarak yavaş yavaş döner; multi-megawatt'lık büyük bir türbin için tipik olarak dakikada 10 ila 22 devir arasında. Mekanik enerjiyi elektriğe dönüştüren jeneratörün çok daha yüksek hızlarda, genellikle dakikada 1.000 ila 1.500 devir veya daha fazla dönmesi gerekir. Şanzıman bu hız farkını kapatıyor. Fuhong Steel, işlevi doğrudan açıklıyor: Rüzgar enerjisi dişli kutusu, rüzgar türbininin temel bileşenidir; ana işlevi, rüzgarın etkisi altında rüzgar çarkı tarafından üretilen kinetik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmek ve son olarak jeneratöre aktarmaktır (Kaynak: Fuhong Steel, Rüzgar Enerjisi Ekipmanı Dövmeleri için Özel Çelik). Dişli kutusu grubunu açıklayan bir patent başvurusu, rotor şaftının dişli kutusuna düşük hızlı, yüksek torklu bir giriş sağladığını ve bunun daha sonra bu girişi jeneratörü çalıştıran yüksek hızlı, daha düşük torklu bir çıkışa dönüştürmek üzere yapılandırıldığını doğruladı (Kaynak: USPTO Patent 11085421, Geliştirilmiş Yağlayıcı Yolu olan Rüzgar Türbini Şanzımanının Gezegen Taşıyıcısı).

Bu dönüşümün mekanik talepleri aşırıdır. Şanzımanın idare etmesi gerekiyor sürekli değişken tork yükleri rüzgar hızı dalgalandıkça, sert rüzgarlar sırasında ani şok yükleri, 20 yıl veya daha uzun süre devam eden sürekli döngüsel yorgunluk ve tüm bunları, bakımın pahalı olduğu ve ana bileşenlerin değiştirilmesinin olay başına yüzbinlerce dolara mal olabileceği, yerden yüksekte bulunan bir motor bölmesinde güvenilir bir şekilde yapın. Bu talepler, dişli kutusunun içindeki her önemli yapısal bileşenin döküm yerine dövme olarak belirlenmesinin nedenidir.

Rüzgar Türbini Şanzımanındaki Birincil Dövme Bileşenler

Rüzgar türbini dişli kutusu tek bir dövme parça değildir. Her biri tam hız arttırıcı aktarma organlarını oluşturan planeter ve helisel dişli kademelerinde belirli bir işlevi yerine getiren birkaç farklı dövme bileşenden oluşan bir montajdır.

Halka Dişli (Halka Dişli)

Halka dişli, planet dişli kademesinin dış sınırını oluşturan iç dişlere sahip büyük dış dişlidir. Planet dişliler, güneş dişlisinin yörüngesinde dönerken iç yüzeyine kenetlenir ve halka dişli, dişli kutusu tasarımına bağlı olarak ya sabit kalır ya da döner. Çevre dişlisi planet kademesinin tüm tork yükünü aktardığından ve aynı anda üç veya daha fazla planet dişlisi ile sürekli diş teması içinde olduğundan, malzeme özellikleri ve boyutsal doğruluğu tüm dişli kutusunun performansı açısından kritik öneme sahiptir. Çevre dişlisi üretim sürecini açıklayan bir USPTO patenti, halka dişlisinin genellikle dövme yoluyla oluşturulduğunu ve gerekli sertliği elde etmek için daha sonra ısıl işleme tabi tutulması gerektiğini ve ısıl işlemin makineyle düzeltme gerektiren boyutsal bozulmaya neden olabileceğinden dövme ve ısıl işlem süreci yoluyla boyutsal doğruluğun kritik olduğunu belirtir (Kaynak: USPTO Patent 10495210, Rüzgar Türbini Şanzımanı için Entegre Halka Dişli ve Tork Kolu).

Gezegen Dişlileri

Planet dişliler, halka dişli ile güneş dişlisi arasında yörüngede dönen, ikisi arasında tork ileten ve aynı zamanda kendi eksenleri üzerinde dönen ara dişlilerdir. Büyük bir rüzgar türbini planet kademesinde, tipik olarak üç veya dört planet dişlisi toplam yükü paylaşarak, yükü aynı anda birden fazla diş temasına dağıtır. Bu düzenleme, kompakt bir pakette yüksek tork yoğunluğu sağlar, ancak aynı zamanda her bir planet dişlisinin sürekli yorulma döngüsünde toplam yükün önemli bir kısmını taşıdığı anlamına da gelir. Zhangqiu Heavy Forging, su verme ve temperleme ısıl işleminden sonra dövme planeter dişli taşıyıcılarının uzun süreli değişken strese dayanabildiğini ve uzun bir hizmet ömrüne sahip olduğunu doğruladı. 2 ila 3 kat daha uzun Sıradan işlemlerle üretilen bileşenlere göre, planet dişlilerin kendisi için de eşit derecede geçerli olan bir orandır (Kaynak: Zhangqiu Ağır Dövme, Dövme Planet Dişli Taşıyıcı).

Gezegen Taşıyıcı

Planet taşıyıcı, planet dişli millerini birbirlerine, halka ve güneş dişlilerine göre doğru yörünge konumlarında tutan yapısal bileşendir. Tüm planet dişlilerini aynı anda uygun ağda tutmak için yük altında hassas konum doğruluğunu korumalıdır; bu da hem yüksek sertlik hem de mükemmel yorulma direnci gerektirir. Zhangqiu Heavy Forging, dövme bir planet taşıyıcı için temel gereksinimleri açıklıyor: Hassas işlemeyle birleştirilmiş ağa yakın şekillendirme işlemi, boyut doğruluğu ve konum toleransının sıkı kontrolünü sağlayarak planet dişliler, güneş dişlileri ve çıkış milleriyle hassas işbirliği sağlayarak iletim kaybını ve gürültüyü azaltır (Kaynak: Zhangqiu Heavy Forging, Dövme Planet Dişli Taşıyıcı). Gezegen taşıyıcıları için kullanılan malzemeler arasında 42CrMo, 20CrMnTi ve 35CrMo yüksek mukavemetli alaşımlı çelikler yer alır; yüzey sertliği ve çekirdek tokluğu arasında doğru dengeyi elde etmek için su verme ve temperleme artı karbonlamadan oluşan ısıl işlem dizileri bulunur (Kaynak: Zhangqiu Heavy Forging).

Güneş Dişlisi ve Pinyon Dişlileri

Güneş dişlisi planet kademesinin merkezinde yer alır ve tüm planet dişlileriyle aynı anda iç içe geçer; pinyon dişlileri ise çok kademeli bir dişli kutusunun ek hız artışlarının gerekli olduğu helisel kademelerinde görünür. Her iki tip de, kaba işlemeden sonra karbürleme veya nitrürleme yoluyla yüzeyi sertleştirilmiş diş yanakları elde etmek için yeterli sertleşebilirliğe sahip alaşımlı çelik kalitelerinden dövülmeli ve onlarca yıllık döngüsel yükleme boyunca oyuklanma ve diş yanağı yorgunluğuna direnmek için gerekli yüzey sertliğini sağlamalıdır.

Giriş ve Çıkış Milleri

Giriş mili, ana rotor milini dişli kutusunun ilk planeter kademesine bağlar ve yüksek hızlı çıkış mili, son dişli kademesini jeneratör kaplinine bağlar. Her iki şaft da farklı yük profillerine sahiptir: giriş şaftı, rotordan gelen yüksek bükülme momentleriyle düşük hızda yüksek tork taşırken, çıkış şaftı, jeneratör yük geçişlerinden kaynaklanan burulma yorgunluğuyla yüksek hızda daha düşük tork taşır. Tiptop Heavy Forging, rüzgar türbini sistemindeki yüksek hızlı şaftın dişli kutusundan sonra yer aldığını, çok daha hızlı döndüğünü ancak jeneratöre daha düşük tork ilettiğini ve her iki şaft tipinin de büyük boyutlar ve güçlü dövme malzemeler gerektirdiğini belirtiyor (Kaynak: Tiptop Heavy Forging, Shaft of a Wind Turbine: Structure, Materials and Forging).

Şanzıman Bileşenleri İçin Dövme Neden Gerekli İşlemdir?

Dişli kutusu sınıfı bileşenlerin döküm yerine dövülmesi kararı bir tercih değildir; rüzgar türbini operasyonunun yorulma ömrü taleplerinden kaynaklanan bir gerekliliktir.

Tahıl Akışı ve Mekanik Üstünlük

Dövme, metali yüksek basınç kuvveti altında şekillendirerek iç boşlukları kapatır, tane yapısını iyileştirir ve tane akışını parçanın geometrisi boyunca hizalar. Bu, aynı alaşımdan döküm yoluyla üretilen aynı geometriye göre önemli ölçüde daha yüksek akma dayanımı, çekme dayanımı ve yorulma direncine sahip bir bileşen üretir. Tiptop Heavy Forging, dövme işleminin metalin iç yapısını, ağır hizmet hizmetleri için büyük, güvenilir bileşenler üretmeye yardımcı olacak şekilde değiştirdiğini ve rüzgar türbini ana şaftlarının, bu yapısal farklılık nedeniyle özel olarak döküm yerine normalde dövme çelikten yapıldığını açıklıyor (Kaynak: Tiptop Heavy Forging, Shaft of a Wind Turbine).

Döngüsel Yüklemede Yorulma Ömrü

Rüzgar türbini dişli kutusu bileşenleri, rotorun her dönüşünde yorulma yüküne maruz kalır ve çalışma hızında 20 yıllık tasarım ömrü, dişli dişleri ve şaft kesitleri boyunca yüz milyonlarca gerilim döngüsüne karşılık gelir. Dökme bileşenler, yorulma çatlaklarının başlayabileceği ve yayılabileceği stres konsantrasyonları yaratan büzülme gözenekliliği, gaz kalıntıları ve rastgele tane yönelimi içerir. Kapalı gözenekliliğe ve hizalanmış tanecik yapısına sahip dövme bileşenler, önemli ölçüde daha yüksek bir yorulma sınırı sağlayarak, bunların çatlak başlangıcından önce çok daha fazla döngü boyunca aynı gerilim genliğini sürdürmelerine olanak tanır. Zhangqiu Heavy Forging'in dövme planeter dişli taşıyıcılarının sıradan işlemlere göre 2 ila 3 kat daha uzun hizmet ömrü elde ettiğine ilişkin belgelemesi, bu yorulma avantajını uygulamaya özel terimlerle doğrudan ölçmektedir (Kaynak: Zhangqiu Heavy Forging, Forged Planetary Gear Carrier).

Yük Altında Boyutsal Kararlılık

Dişli ağının doğruluğu, her dövme bileşenin hem statik hem de dinamik yükleme altındaki boyutsal stabilitesine bağlıdır. Bir planet taşıyıcı yük altında planet dişli millerinin göreceli konumlarını değiştirecek şekilde saparsa, planet dişliler arasındaki yük paylaşımı eşitsiz hale gelir ve aşırı yüklenmiş planet dişlileri zamanından önce arızalanır. Tahmin edilebilir, tekdüze malzeme özelliklerine sahip dövme bileşenlerin, sertlik gereksinimleri için modellenmesi ve tasarlanması, kesit boyunca değişken özelliklere sahip dökümlere göre daha kolaydır.

Rüzgar Türbini Şanzıman Dövülerek Kullanılan Çelik Kaliteleri

Dişli kutusu dövme parçaları için malzeme seçimi, küresel tedarik zincirlerinde sertleşebilirliği, tokluğu, işlenebilirliği ve kullanılabilirliği dengeler.

Fuhong Steel, 18CrNiMo7-6 ve 8620'nin esas olarak Avrupalı ve Amerikalı müşteriler tarafından rüzgar enerjisi dişli kutuları için kullanılan çelik türleri olduğunu ve her büyük pazarda geliştirilen farklı malzeme standardı tercihlerini yansıttığını doğruladı (Kaynak: Fuhong Steel, Rüzgar Enerjisi Ekipmanı Dövmeleri için Özel Çelik). Bu kaliteler arasındaki seçim, dişlinin işlevine, karbürleme sonrasında gereken kasa derinliğine, spesifik stres durumu için gereken çekirdek sertliğine ve OEM'in sertifikasyon gerekliliklerine göre yapılır.

Şanzıman Dövme Parçaları İçin Isıl İşlem Sıraları

Dövme durumundaki bir dövme, dişli kutusu servisi için gerekli mekanik özelliklere sahip değildir. Dövme ve kaba işleme sonrasında ısıl işlem, dişli dişleri ve şaft kesitlerinin gerektirdiği yüzey sertliği ve çekirdek tokluğu kombinasyonunu elde etmek için gereklidir.

1. Normalleştirme: artık gerilimleri gidermek, yapıyı homojenleştirmek ve normalleştirilmemiş dövmelerde meydana gelebilecek bozulma olmadan malzemeyi sonraki işleme ve ısıl işleme hazırlamak için dövme işleminden sonra uygulanır.
2. Su verme ve temperleme: yüksek çekirdek mukavemeti ve tokluğu geliştirmek için gezegen taşıyıcıları ve şaftlar gibi yapısal bileşenlerde kullanılır; söndürme hızı ve temper sıcaklığı, tasarım standardının gerektirdiği spesifik akma dayanımını ve darbe enerjisini hedefleyecek şekilde seçilir
3. Karbürleme ve yüzey sertleştirme: planet dişliler, güneş dişlileri, halka dişliler ve pinyonlardaki dişli dişleri için kullanılır; Karbon, belirli bir kasa derinliğine kadar yüzey katmanına yayılır, ardından çekirdek tok kalırken tipik olarak 58 ila 62 HRC aralığında yüzey sertliği elde etmek için su verme sertleştirmesi yapılır
4. Nitrürleme: karbürlemeden kaynaklanan bozulmanın kabul edilemez olduğu veya alaşım bileşiminin nitrojen difüzyon sertleştirmesine uygun olduğu durumlarda kullanılır; karbürlemeden daha düşük sıcaklıklarda ve daha az boyut değişikliği ile zor bir durum elde eder
5. İndüksiyonla sertleştirme: Tam karbürleme maliyeti olmadan lokal yüzey sertleştirmenin gerekli olduğu kaymalı yatak yuvaları gibi seçilmiş mil yüzeyleri için kullanılır

Zhangqiu Ağır Dövme, planet taşıyıcılar için malzeme ve ısıl işlem seçimini açıklıyor: 42CrMo, 20CrMnTi ve 35CrMo yüksek mukavemetli alaşımlı çelikler içeren malzemelerle, bu bileşen için gereken güç ve tokluk arasındaki dengeyi sağlamak için su verme ve temperleme artı karbürleme ve su verme ile birleştirilen tercih edilen kalıpta dövme ve serbest dövme işlemleri kullanılır (Kaynak: Zhangqiu Heavy Forging, Forged Planetary Gear Carrier).

Rüzgar Türbini Şanzıman Dövme Parçaları İçin Kalite ve Test Standartları

Rüzgar türbini dişli kutusu dövme parçaları, tedarik zinciri boyunca bileşenlere eşlik eden ve türbinin ömrü boyunca kullanılabilir durumda kalan belgelenmiş test kayıtları ile izlenebilir malzeme ve boyut standartlarına göre üretilir.

1. Geçerli standardın spesifikasyon limitleri dahilindeki malzeme kalitesini doğrulamak için her bir ısının spektrografik analizi ile kimyasal bileşimin doğrulanması
2. Belirtilen test sıcaklığında çekme mukavemeti, akma mukavemeti, uzama, alanın azalması ve Charpy darbe enerjisi dahil olmak üzere, dövmeden veya aynı koşullar altında dövülmüş bir test parçasından alınan kupon numuneleri üzerinde mekanik özellik testleri
3. Yüzeyde görünmeyen ancak kullanım sırasında yorulma mukavemetini azaltacak iç kusurları, kalıntıları veya ayrışmayı tespit etmek için tüm dövme hacminin ultrasonik testi
4. Dövme veya ısıl işlem sırasında ortaya çıkan yüzey çatlaklarını tespit etmek için yüzeylerin manyetik parçacık muayenesi veya boya penetrant muayenesi
5. Karmaşık geometriler için koordinat ölçüm makineleri ve kritik delik çapları ve kama yuvaları için hassas ölçüm kullanarak çizim toleranslarına kadar boyutsal inceleme
6. Isıl işlemin kesit boyunca gerekli özellikleri sağladığını doğrulamak için belirli konumlarda Brinell veya Rockwell testiyle sertlik doğrulaması

ACE Süreci Rüzgar Türbini Şanzıman Dövme Parçaları Rüzgar türbini OEM'lerinin ve bunların sertifikasyon kuruluşlarının izlenebilirlik ve sertifikasyon gereksinimlerini desteklemek için her dövme ile birlikte sağlanan malzeme sertifikaları, mekanik test raporları, tahribatsız muayene kayıtları ve boyutsal muayene belgeleriyle birlikte bu tam kalite standardına göre üretilir.