การตีแหวน Pitch และการตีแหวน Yaw: กระบวนการ วัสดุ และการใช้งานกังหันลม

คืออะไร การตีขึ้นรูปแหวนสนาม และการตีขึ้นรูปแหวน Yaw?

ในกังหันลม วงแหวนฟอร์จที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่สองวงทำหน้าที่พื้นฐานที่แตกต่างกันแต่มีความสำคัญเท่าเทียมกัน ที่ การตีแหวนพิทช์ สร้างแกนโครงสร้างของลูกปืนระยะพิทช์ ทำให้ใบพัดแต่ละใบสามารถหมุนรอบแกนตามยาวและปรับมุมให้สัมพันธ์กับลมที่เข้ามา ที่ หันเหแหวนปลอม ซึ่งวางอยู่ที่ฐานของ nacelle ช่วยให้ชุด nacelle และโรเตอร์ทั้งหมดหมุนในแนวนอนและติดตามการเปลี่ยนแปลงทิศทางลมได้

ส่วนประกอบทั้งสองจัดอยู่ในประเภทการตีขึ้นรูปแหวนรีดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 1,000 มม. ถึงมากกว่า 3,000 มม ในเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกขึ้นอยู่กับประเภทของกังหัน — และทั้งสองจะต้องรักษารอบการโหลดนับสิบล้านครั้งตลอดอายุการใช้งาน 20 ถึง 30 ปี ผลที่ตามมาของความล้มเหลวก่อนกำหนดในส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่งคือการหยุดการทำงานของกังหันโดยสมบูรณ์ ทำให้การเลือกวัตถุดิบและการควบคุมกระบวนการตีขึ้นรูปเป็นปัจจัยที่ไม่สามารถต่อรองได้ในการผลิต

กระบวนการตีขึ้นรูป: จากเหล็กแท่งไปจนถึงแหวนสำเร็จรูป

ทั้งวงแหวนพิทช์และวงแหวนหันเหผลิตผ่าน กระบวนการตีแหวนรีดร้อน ซึ่งให้คุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการหล่อหรือการผลิตแผ่น ลำดับการผลิตโดยทั่วไปจะเป็นดังนี้:

1. การตัดเหล็กแท่งและความร้อน — เหล็กแท่งยาวถูกตัดให้ได้ปริมาตรที่คำนวณได้ และให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการตีที่เหมาะสม (โดยทั่วไปคือ 1,100–1,250 °C สำหรับโลหะผสมเหล็ก)
2. อารมณ์เสียและต่อย — บิลเล็ตถูกกดให้หงุดหงิดเพื่อลดความสูงและเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลาง จากนั้นจึงเจาะเพื่อสร้างรูตรงกลาง ขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปล่วงหน้าเป็นรูปโดนัท
3. แมนเดรลและการกลิ้งเรเดียล — ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นจะถูกวางบนโรงรีดวงแหวน โดยที่ลูกกลิ้งขับเคลื่อนและแมนเดรลจะใช้แรงกดในแนวรัศมีและแนวแกนอย่างต่อเนื่อง ช่วยลดความหนาของผนังและขยายเส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวนให้ใหญ่ขึ้นจนกระทั่งถึงขนาดเป้าหมาย
4. การรักษาความร้อน — การชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทา (Q&T) ถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้โปรไฟล์ความแข็งที่ต้องการ โดยทั่วไป 260–320 ฮ สำหรับการใช้งานแหวนพิทช์และแหวนหันเห
5. การกลึงหยาบและการเก็บผิวละเอียด — การกลึง CNC การกัด การยึดเฟืองเกียร์ (สำหรับแหวนหันเหแบบฟันเฟือง) และการเจาะ เป็นไปตามข้อกำหนดด้านมิติ
6. การทดสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) — การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UT) และการตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็ก (MPI) จะตรวจสอบความสมบูรณ์ภายในและความสมบูรณ์ของพื้นผิวก่อนส่งมอบ

กระบวนการนี้ทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคที่ผ่านการขัดแต่งด้วยเกรนอย่างสมบูรณ์ โดยมีเส้นไหลเป็นเส้นที่วางแนวเป็นเส้นรอบวง — การวางแนวในอุดมคติสำหรับการต้านทานแรงบิดและการโค้งงอที่วงแหวนพิทช์และแหวนหันเผชิญในการให้บริการ

การเลือกใช้วัสดุ: เกรดโลหะผสมที่ตรงตามมาตรฐานพลังงานลม

การเลือกวัสดุสำหรับการตีขึ้นรูปแหวนพิทช์และแหวนเยื้องนั้นขึ้นอยู่กับความจำเป็นในการสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแรงสูง ความเหนียวเพียงพอที่อุณหภูมิต่ำ และความสามารถในการชุบแข็งที่ดีในส่วนที่หนา เกรดต่อไปนี้มีการระบุอย่างกว้างขวางที่สุด:

สำหรับการติดตั้งนอกชายฝั่งหรืออาร์กติก ความเหนียวกระแทกแบบชาร์ปีต่ำกว่าศูนย์ (โดยทั่วไปคือ ≥27 J ที่ −40 °C) จะกลายเป็นข้อกำหนดจำเพาะ ในกรณีเหล่านี้ ควรใช้เกรดโลหะผสมนิกเกิล เช่น 34CrNiMo6 หรือเหล็กโครงสร้างเม็ดละเอียดแบบมาตรฐานมากกว่าเกรดโครเมียม-โมลิบดีนัมมาตรฐาน

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง Pitch Ring และ การตีขึ้นรูปแหวนหันเห

แม้ว่าส่วนประกอบทั้งสองจะเป็นไปตามเส้นทางการตีขึ้นรูปแกนเดียวกัน แต่ข้อกำหนดในการออกแบบมีความแตกต่างกันอย่างมากในทางปฏิบัติ:

• ปริมาณต่อกังหัน: กังหันแบบสามใบพัดใช้ วงแหวนสามวง (หนึ่งใบต่อใบมีด) แต่เท่านั้น แหวนหันเหหนึ่งอัน .
• ฟันเกียร์: แหวนหันเหอยู่เกือบตลอดเวลา ฟันด้านในหรือด้านนอก (วงแหวนเกียร์แบบเฟือง) ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ขับเคลื่อนแบบหันเหหลายตัว แหวนพิทช์อาจมีฟันเฟืองหรือใช้การออกแบบเฟืองและส่วน ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของ OEM
• โหลดตัวละคร: ประสบการณ์แหวนสนาม การเคลื่อนที่แบบไมโครความถี่สูงแบบสั่น เนื่องจากมีการปรับระยะห่างของใบมีดอย่างต่อเนื่องระหว่างการทำงานของกังหัน แหวนหันเหได้รับ การหมุนช้าลงและมีแรงบิดสูงขึ้น เมื่อติดตามทิศทางลม
• ข้อกำหนดความแข็งของร่องน้ำ: โดยทั่วไปแล้ววงแหวนพิทช์จะต้องมีทางวิ่งที่ชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำ ( 58–62 เหล็กแผ่นรีดร้อน ) เพื่อต้านทานความเมื่อยล้าของการสัมผัสขณะกลิ้งภายใต้การเคลื่อนไหวระดับไมโครที่มีรอบสูง แหวน Yaw มักระบุถึงความแข็งของพื้นผิวที่ต่ำกว่าเล็กน้อย แต่ต้องการความต้านทานการดัดงอของรากฟันเฟืองที่เหนือกว่า
• ความอดทนมิติ: ทั้งสององค์ประกอบเป็นส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ แต่ความคลาดเคลื่อนของวงแหวนการหันเหและความแม่นยำของระยะพิทช์มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากข้อผิดพลาดจะแพร่กระจายโดยตรงไปยังการจัดตำแหน่ง nacelle และประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อน

มาตรฐานคุณภาพและข้อกำหนดการรับรอง

การตีขึ้นรูประยะพิทช์ของกังหันลมและวงแหวนหันเหอยู่ภายใต้ข้อกำหนดด้านคุณภาพที่เข้มงวดที่สุดในอุตสาหกรรมการตีขึ้นรูป ข้อกำหนดการจัดซื้อโดยทั่วไปจะอ้างอิงหรือสอดคล้องกับ:

• EN 10228-3 / EN 10228-4 — การทดสอบการตีเหล็กโดยไม่ทำลาย (การตรวจสอบอนุภาคอัลตราโซนิกและแม่เหล็ก)
• มาตรฐาน ASTM A388 — การตรวจสอบอัลตราโซนิกของการตีขึ้นรูปเหล็กหนัก
• ISO 6336 — การคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักเกียร์ (สำหรับส่วนแหวนฟัน)
• แนวทาง DNV-ST-0361 / GL — ข้อกำหนดการรับรองประเภทสำหรับแบริ่งกังหันลมและการตีขึ้นรูปโครงสร้าง
• IEC 61400-1 — ข้อกำหนดการออกแบบกังหันลม รวมถึงอายุการใช้งานความล้าของส่วนประกอบโครงสร้าง

ในทางปฏิบัติ OEM ระดับเทียร์ 1 ส่วนใหญ่เสริมมาตรฐานสาธารณะเหล่านี้ด้วยการตรวจสอบคุณสมบัติของซัพพลายเออร์ ระเบียบวิธีการตรวจสอบบทความแรก และข้อกำหนดในการตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุที่ขยายไปถึงความร้อนหลอมของเหล็ก การตรวจสอบพยานบุคคลที่สาม โดยองค์กรต่างๆ เช่น Bureau Veritas, TÜV หรือ SGS ในระหว่างการตีขึ้นรูป การบำบัดความร้อน และการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย เป็นเรื่องปกติสำหรับสัญญากังหันนอกชายฝั่งขนาดใหญ่

เทรนด์การขับเคลื่อนนวัตกรรมในการตีแหวน Pitch และ Yaw

เนื่องจากกำลังการผลิตจัดอันดับของกังหันลมยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยปัจจุบันมีโมเดลนอกชายฝั่งเกินขีดจำกัดแล้ว 15 เมกะวัตต์ต่อยูนิต — การตีขึ้นรูปแหวนพิทช์และการหันกำลังถูกผลักดันไปสู่ขีดจำกัดด้านมิติและประสิทธิภาพใหม่ การพัฒนาหลายอย่างกำลังปรับเปลี่ยนวิธีการออกแบบและผลิตส่วนประกอบเหล่านี้:

• เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวนที่ใหญ่ขึ้น: วงแหวน Yaw สำหรับแพลตฟอร์มขนาด 12–15 MW สามารถเข้าถึงเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกได้ 3,500–4,500 มม โดยต้องใช้โรงรีดวงแหวนที่มีกำลังการผลิตเกิน 500 ตัน และเตาบำบัดความร้อนแบบพิเศษ
• การออกแบบแหวนลูกปืนแบบรวม: ระบบพิทช์เจเนอเรชันหน้าบางระบบกำลังมุ่งสู่การออกแบบแหวนแกว่งแบบ monobloc ปลอมแปลงที่รวมร่องน้ำลูกปืน ฟันเฟือง และหน้าแปลนโครงสร้างไว้ในส่วนประกอบปลอมแปลงชิ้นเดียว ช่วยลดส่วนต่อประสานการประกอบและปรับปรุงอายุการใช้งานความเมื่อยล้า
• การจำลองขั้นสูง: การจำลองกระบวนการตีขึ้นรูปตาม FEA (เช่น การใช้ DEFORM หรือ Simufact) ถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการไหลของเกรน ลดข้อบกพร่องในการตีขึ้นรูป และลดอัตราเศษวัสดุก่อนการทดลองทางกายภาพครั้งแรก
• การหลอมเหล็กที่สะอาดกว่า: มีการระบุการไล่แก๊สด้วยสุญญากาศ (VD/VOD) และการหลอมด้วยไฟฟ้าแลกแลก (ESR) บ่อยขึ้นเพื่อให้ได้ปริมาณไฮโดรเจนที่ต่ำกว่า 1.5 แผ่นต่อนาที และอัตราการรวมที่ต่ำมาก ช่วยยืดอายุความล้าในการใช้งานพิทช์รอบสูง
• การแปลห่วงโซ่อุปทาน: ในขณะที่การใช้พลังงานลมในเอเชีย อเมริกาเหนือ และยุโรปเร่งตัวขึ้น กลุ่ม OEM กำลังพิจารณาคัดเลือกซัพพลายเออร์การปลอมแปลงระดับภูมิภาค เพื่อลดเวลาในการผลิตและต้นทุนด้านลอจิสติกส์สำหรับส่วนประกอบขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมากเหล่านี้