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    技术知识

    风电乐动体育app工艺和技术

    更新时间:2019-06-05 点击数:342

    随着世界经济的发展以及石油等不可再生能源的日益枯竭,新兴的可再生绿色能源正越来越广泛地受到关注。风能作为一种绿色能源,无污染、发电成本低、风力发电场建设工期短等优点,在上世纪末逐步发展与壮大起来。随着对风力发电项目不断地探索,风电技术日趋成熟,产品质量可靠,可用率已达95%以上,已是一种安全可靠的能源。我国有丰富的风能资源,又有国外成熟的技术可以借鉴,大力发展此项目无疑是未来的必然趋势。

     发电机组目前的发展趋势主要是科学的化学成分设计、完善的冶金质量控制、与风电零部件供应商紧密的技术合作(包括钢材生产链向下游延伸),使主要风电零部件的强度达到Gpa水平,同时使强塑积(抗拉强度与伸长率的乘积)显著提高,使主要风电零部件的服役寿命提高到G次数量级。

    风电用的高强度乐动体育app由于长期野外服役,环境恶劣,维修条件差,所以要求风机稳定性强。正常连续工作情况下,风电乐动体育app要求必须保证15a以上的使用寿命。对于乐动体育app行业来说,风电用乐动体育app无疑将是一个潜在巨大的市场。

    工艺和材料作为机械制造的基础,以螺栓为例,特别是风力发电设备用高强度螺栓,作为主机、叶片、塔架和减速箱的连接件,与主机一起承担者基本性能、钩键基本功能的各项要求。

    目前,大致有如下三类:

    a.塔筒螺栓:即风力发电机塔座上使用的螺栓,主要使用的事GB/T 1228~1231, DIN 6914~6916以及DAST等大六角头钢结构连接副螺栓。
    b.整机螺栓:即风力发电机上使用的螺栓,主要使用的是GB/T 5782,GB/T 5783, GB/T 70.1, GB/T 6170, GB/T 97等六角头螺栓、内六角螺栓、六角乐动体育直播及垫圈。

    c.叶片螺栓:即连接风力发电机叶片的螺栓,主要为一些产品的非标双头螺栓及T型圆乐动体育直播等。

    风电用高强度乐动体育app的制造工艺,从技术的角度涉及多学科,从生产的角度涉及各道工序,从管理的角度涉及多部门、多环节,从措施的角度涉及生产成本。

    风电乐动体育app在技术上有一系列特点:高强度、高精度等级;服务条件严酷,它将随主机一起常年经受酷暑严寒和极端温差的考验,承受高温、低温的侵蚀;功率高,最高达到5MW级;速差大、震动、腐蚀、重载等;除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外,还会在工作中受到附加的拉伸交变载荷、横向剪切交变载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用,有时还受到冲击载荷;附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动,轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂。而在环境介质的作用下,轴向拉伸载荷会引起螺栓的延迟断裂,以及高温条件下引起螺栓的螺变等。

    风电高强度螺栓技术要求:

    在降低成本的同时,乐动体育app使用者提出了大幅度减轻重量、较高的强度,以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损;可靠的韧性以减少对偏斜、缺口应力集中和表面质量的敏感性。在潮湿的大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓,还要求其有足够低的延迟断裂敏感性,以及良好的冷镦性。
    风电高强度螺栓采用的钢是碳含量为0.30%~0.55%的中碳结构钢、中碳合金结构钢,在正常温度淬火后进行450-600℃间的高温回火,称为调质处理,获得的组织是回火索氏体或回火托氏体,其中渗碳体呈颗粒状均匀分布。中碳结构钢调质处理后的抗拉强度要求>750-900Mpa,屈服强度>600-750Mpa;而中碳合金结构钢调质处理后的抗拉强度要求>1000-1250Mpa,屈服强度>850-1150Mpa,断后伸长率9%-13%,强塑积一般应大于10000Mpa%,尤其是适合于要求强度及韧性的较好匹配,即高的强韧性。
    目前,风电高强度螺栓大部分选择10.9级,少量为8.8级。10.9级高强度螺栓,其硬度值33-39HRC,抗拉强度Rm≥1040Mpa,断后伸长率A≥9%,断面收缩率Z≥48%,低温冲击吸收能量(—40℃~—45℃)KV2≥27J。因此,大多数都采用合金结构钢制造,经过调质处理。风电高强螺栓的用途正在逐步扩大,随着风电机组的高性能化和材料应用应力提高,主机尺寸减小,减速箱的轻量化,对螺栓提出了更高的设计应力和减重的要求,而最有效的措施是提高螺栓用钢的使用强度。

     

    材料的选用:

    对保证风电乐动体育app表层足够深度能够被淬透从而得到较高的强度,要求钢材应具有足够的淬透性,在钢中添加适量的Cr、Mn、Mo、Ni、B等合金元素可明显提高钢的淬透性和强度,还可改善钢材料的固溶强化、弥散强化和夹杂物的形成等冶金特性。通过加入少量的V、Nb等微量元素形成弥散细小的氮化物、碳化物或氮、碳话务或氮碳混合物,可起到弥散强化和晶粒细化效果,而这些弥散物通过增加晶界密度和位错可改善风电乐动体育app的冲击韧度。钢中合金元素含量越高,其淬透性以及强度也就越高,但相应的生产成本也明显增加。含硼钢由于合金成本方面的优势具有重要的发展潜力。此外,淬火介质的冷却能力越大,淬硬层越深。

    风电乐动体育app工艺:

    高强度乐动体育app的制造工艺除冷镦工艺外,还有温锻、冷挤压以及切削加工等。而风电乐动体育app高强冷镦螺栓生产工艺流程为:球化退火→冷镦成型→加工螺纹→淬火和回火→表面处理;风电乐动体育app高强温锻螺栓生产工艺流程为:冷拔→下料→温锻成型→六角整形→淬火和回火→加工螺纹→表面处理。风电用高强度螺栓需要经过球化退火和调质两道热处理,使其强度级别达到10.9级。
    对10.9级及以上高强度螺栓而言,淬火组织的均匀性尤为重要。为确保高强度螺栓淬火时奥实体化充分,淬火组织均匀且无未溶铁素体及非马氏体组织外,应充分重视淬火态组织的金相检测。国外的高强度螺栓热处理很重视充分奥氏体化,确保其组织的均匀性,以获得最佳的强韧性的配合,以保障螺栓服役时的安全。国内高强度螺栓制造商对此尚未引起足够重视,普遍存在的问题是螺栓淬火加热保温不足,奥氏体化不充分,导致淬火组织的不均匀。这种组织不均匀性在随后的回火过程中是不能被消除的;虽然螺栓的强度及强度值可达到10.9级性能的要求,但由于组织均匀性差,螺栓含铁素体量较多的区域,引起应力源造成早期失效。因此,在热处理调质工艺中应加强过程控制。

    风电乐动体育app技术期待:

    在一定条件下,原材料质量的优劣将影响乐动体育app生产工艺参数的选择,并直接影响风电用高强度乐动体育app综合力学性能和使用安全。在风电场风机安装过程中,风电高强度乐动体育app的开发和应用上,还存在着来自供应商和加工制造方面的挑战。
    1)高强度螺栓的开发应用面临原材料供应商的挑战
    选择正确的材料用在正确的位置是满足风电机组制造要求的最佳办法。
    根据风电高强度螺栓的生产实践,钢的奥氏体的实际晶粒度粗于1~4级,对工作冲击吸收能量值呈逐渐下降趋势,严重影响力学性能指标。随着晶粒度级别的提高(晶粒度越细小),低温冲击吸收能量越高。这是由于晶粒越细,晶粒越多,晶界就越多,裂纹扩展的阻力就越大,冲击强度值就越高,风电机组在实际运行过程中事故发生率就低。因此,对风电高强度螺栓原材料的实际晶粒度应控制在6~8级。
    2)高强度螺栓在加工方面的挑战
    目前,各风电主机厂在订购乐动体育app时,选用乐动体育app的标准通常并不相同,材料的选择也不尽一致,给风电乐动体育app供应商在采购原材料,组织生产,安排库存等诸多方面带来不便。考虑到与ISO898.1、ISO898.2和GB/T3098.1、GB/T3098.2乐动体育app标准中的众多差异,对风电机组的高强度乐动体育app技术期待,应在设计选用、采购、组织生产、检验验收中予以重视。


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