فورجینگ های گیربکس توربین بادی چگونه کار می کنند

آهنگری‌های گیربکس توربین بادی با تشکیل هسته ساختاری و باربر گیربکس، انتقال و ضرب گشتاور چرخشی از شفت روتور چرخشی آهسته به محور چرخشی بسیار سریع‌تر ژنراتور عمل می‌کنند، در حالی که در مقابل تنش چرخه‌ای ثابت، بارگذاری باد متغیر، و برگشت‌های گشتاور ده ساله مقاومت می‌کنند. اجزایی مانند چرخ دنده‌های حلقه‌ای، حامل سیاره‌ها، شفت‌های خورشیدی و شفت‌های اصلی معمولاً به‌جای ریخته‌گری به‌عنوان آهنگری تولید می‌شوند، زیرا ساختار دانه‌های داخلی آن‌ها باید قوی و جهت دار باشد تا از این بارگذاری مکرر مکانیکی جان سالم به در ببرند. قطعه ای که به درستی مهندسی شده است مانند فورجینگ های گیربکس توربین بادی به طور خاص طراحی شده است تا این مسیر گشتاور را به طور قابل اعتماد در طول عمر توربین کنترل کند.

بخش‌های زیر توضیح می‌دهند که چگونه گشتاور از نظر فیزیکی در هر جزء آهنگری حرکت می‌کند، چه تنش‌های مکانیکی را تحمل می‌کند، و چرا ساخت آهنگری برای نحوه عملکرد گیربکس در شرایط باد واقعی ضروری است.

مسیر گشتاور از طریق گیربکس

درک نحوه کار آهنگری گیربکس با پیروی از مسیری که گشتاور از پره های روتور به سمت پایین به ژنراتور می گیرد، شروع می شود.

از شفت روتور تا مرحله سیاره ای

برخورد باد به پره های توربین، شفت روتور اصلی را با سرعت نسبتاً آهسته، اغلب در محدوده 10 تا 20 دور در دقیقه برای توربین های مقیاس بزرگ این چرخش آهسته و گشتاور بالا از طریق اولین مرحله سیاره ای وارد جعبه دنده می شود، جایی که چرخ دنده خورشیدی، چرخ دنده های سیاره ای و چرخ دنده حلقه، همه اجزای معمولی فورج شده، با هم کار می کنند تا سرعت چرخش را افزایش دهند و همزمان بار را در چندین دندانه دنده توزیع کنند.

چند مرحله دنده افزایش سرعت

بیشتر گیربکس‌های توربین بادی از دو یا سه مرحله استفاده می‌کنند که اغلب ترکیبی از دنده‌های سیاره‌ای و مارپیچ هستند تا به تدریج سرعت چرخش را از ورودی آهسته روتور به سرعت بسیار سریع‌تر مورد نیاز ژنراتور افزایش دهند و گاهی اوقات به بیش از آن می‌رسند. 1500 دور در دقیقه در شفت خروجی بسته به طراحی ژنراتور. هر مرحله برای کنترل سرعت چرخش فزاینده و تنش گریز از مرکز وابسته به شفت‌های آهنگری و جعبه‌دنده‌ها متکی است.

هر جزء جعلی چگونه بار را کنترل می کند

قطعات آهنگری مختلف در داخل گیربکس بر اساس نقش خاص خود در مسیر گشتاور، انواع مختلفی از تنش های مکانیکی را تجربه می کنند.

چرخ دنده

چرخ دنده حلقه ای مرحله سیاره ای را احاطه کرده و ثابت می ماند یا بسته به پیکربندی گیربکس می چرخد و گشتاور واکنشی را از چرخ دنده های سیاره ای که به سمت بیرون روی دندانه های داخلی آن فشار می دهند جذب می کند. از آنجایی که این قطعه بارگذاری چرخه ای مداوم دندان را تجربه می کند، ساختار دانه آهنگری آن، که به صورت محیطی از طریق فرآیند نورد حلقه تراز شده است، مقاومت خستگی لازم برای جلوگیری از ترک خوردن ریشه دندان در میلیون ها چرخه بار را فراهم می کند.

حامل های سیاره

حامل سیاره، چرخ دنده های سیاره را در موقعیت خود نگه می دارد در حالی که گشتاور را از مرحله سیاره ای به مرحله دنده بعدی منتقل می کند. این جزء بارهای خمشی و پیچشی ترکیبی پیچیده ای را تجربه می کند، به همین دلیل است که حامل های آهنگری با جریان دانه پیوسته در بازوهای ساختاری خود به طور کلی بر جایگزین های ریخته گری که فاقد استحکام جهت یکسان هستند ترجیح داده می شوند.

شفت های اصلی و خروجی

شفت هایی که هر مرحله دنده را به هم متصل می کنند باید گشتاور را بدون پیچش یا انحراف بیش از حد منتقل کنند، زیرا ناهماهنگی ایجاد شده توسط خم شفت می تواند باعث تماس ناهموار دندانه دنده و سایش شتاب شود. شفت های آهنگری سختی پیچشی و مقاومت در برابر خستگی لازم برای حفظ تراز ثابت تحت بارهای نوسان باد را فراهم می کنند.

چرا ساختار دانه بر نحوه عملکرد این قطعات تحت بار تأثیر می گذارد

عملکرد مکانیکی آهنگری گیربکس مستقیماً به نحوه شکل گیری ساختار دانه داخلی آن در طول ساخت بستگی دارد.

این ویژگی‌های ساختاری، که آهنگری بیشتر از ریخته‌گری فراهم می‌کند، مستقیماً بر نحوه رفتار گیربکس در شرایط عملیاتی دنیای واقعی تأثیر می‌گذارد، به‌ویژه در هنگام وزش بادهای ناگهانی یا اختلالات شبکه که به‌طور لحظه‌ای گشتاور را از طریق پیشرانه افزایش می‌دهد.

مدیریت بارهای متغیر و معکوس کردن

برخلاف بسیاری از گیربکس‌های صنعتی که تحت بار نسبتاً ثابت کار می‌کنند، گیربکس‌های توربین بادی باید شرایط گشتاور دائماً در حال تغییر و گاهی معکوس‌کننده ناشی از تغییرپذیری باد را تحمل کنند.

1. وزش باد باعث افزایش ناگهانی گشتاور می شود که قطعات فورج شده باید بدون تغییر شکل دائمی جذب شوند.
2. آرام بودن سرعت باد باعث افت سریع گشتاور می شود و باعث برگشت تنش چرخه ای روی دندانه های دنده می شود.
3. رویدادهای اتصال به شبکه یا ترمز اضطراری می توانند بارگذاری گشتاور بالا با مدت کوتاه را ایجاد کنند
4. انبساط حرارتی ناشی از گرمای عملیاتی، تغییرات تنش اضافی را در اجزای گیربکس اضافه می کند

این پروفیل بار در حال نوسان دائمی دلیل اصلی تکیه اجزای گیربکس بر ساختار آهنگری است، زیرا مقاومت در برابر خستگی حاصل از جریان دانه جهت دار به طور خاص چیزی است که به این قطعات اجازه می دهد تا در برابر برگشت تنش های مکرر بدون ترک زودرس مقاومت کنند.

چگونه کیفیت آهنگری بر قابلیت اطمینان طولانی مدت گیربکس تأثیر می گذارد

از آنجایی که دسترسی به گیربکس های توربین بادی برای تعمیر پس از نصب بر روی یک برج دشوار و پرهزینه است، قابلیت اطمینان قطعات داخلی فورج شده تأثیر مستقیمی بر هزینه های کلی تعمیر و نگهداری توربین دارد.

• عیوب داخلی در آهنگری می تواند به عنوان نقاط تمرکز تنش عمل کند که در طول زمان باعث ایجاد ترک های خستگی می شود
• عملیات حرارتی ناسازگار می تواند سطوح دندانه دنده را نرم تر از حد مشخص کرده و سایش را تسریع کند.
• عدم دقت ابعادی در جعبه دنده آهنگری می تواند باعث تماس ناهموار دندان و لرزش شود.
• تراز ضعیف جریان دانه، توانایی قطعه را برای مقاومت در برابر چرخه گشتاور مکرر کاهش می دهد.

از آنجایی که خرابی گیربکس اغلب نیاز به دسترسی جرثقیل و توقف طولانی مدت برای تعمیر دارد، تامین قطعات جعلی مانند فورجینگ های گیربکس توربین بادی از تامین کنندگان با کنترل کیفی دقیق به طور کلی به عنوان یک تصمیم مهم در طراحی پیشرانه توربین به جای یک تمرین مقایسه هزینه ساده تلقی می شود.

خلاصه

آهنگرهای گیربکس توربین بادی با تشکیل ستون فقرات مکانیکی پیشرانه، حمل گشتاور از طریق چرخ دنده‌های حلقه، حامل سیاره‌ها و شفت‌ها در حالی که در برابر بارگذاری چرخه‌ای ثابت، افزایش ناگهانی گشتاور ناشی از وزش باد، و معکوس شدن تنش در طول چندین دهه خدمات مقاومت می‌کنند، کار می‌کنند. ساختار دانه آهنگری آنها همان چیزی است که به این قطعات مقاومت در برابر خستگی و چقرمگی لازم برای حفظ عملکرد قابل اطمینان گیربکس می دهد، به همین دلیل است که آهنگری روش استاندارد تولید برای اجزای بار بحرانی در داخل پیشرانه های مدرن توربین بادی است.