فورجینگ های هیدروتوربین چیست؟

آهنگری های هیدروتوربین هستند اجزای ساختاری و چرخشی توربین های برق آبی که از طریق فرآیندهای آهنگری تولید می شوند - در جایی که فلز به جای ریخته گری از فلز مذاب یا ماشین کاری از استوک میله، تحت نیروی فشاری بالا شکل می گیرد. فرآیند آهنگری یک ساختار دانه‌ای تصفیه‌شده و هم‌تراز جهت‌دار در فلز ایجاد می‌کند که به اجزای نهایی استحکام، مقاومت در برابر خستگی و چقرمگی بسیار بالاتری نسبت به یک ریخته‌گری معادل می‌دهد. این ویژگی‌ها برای اجزای توربین که تحت بارهای ضربه‌ای هیدرولیکی پیوسته، فشار بالای آب، و دهه‌ها خدمات بدون وقفه در محیط‌های هیدرولیک نیازمند کار می‌کنند، حیاتی هستند.

اجزای کلیدی تولید شده به عنوان فورجینگ هیدروتوربین

چندین جزء حیاتی در یک توربین آبی به خواص مکانیکی برتری نیاز دارند که فقط آهنگری می تواند ارائه دهد:

تیغه های دونده

رانر قلب چرخان توربین است - انرژی جنبشی و فشار آب جاری را مستقیماً به چرخش مکانیکی تبدیل می کند. پره های دونده در توربین های فرانسیس، کاپلان و پلتون باید مقاومت کنند بارگذاری هیدرولیک سیکلی پیوسته در فشارهایی که می تواند بیش از 10 مگاپاسکال باشد ، همراه با آسیب کاویتاسیون فرسایشی در سطوحی که سرعت جریان آب باعث افت فشار موضعی زیر فشار بخار می شود. تیغه های دونده فولاد ضد زنگ فورج شده، استحکام خستگی و مقاومت در برابر فرسایش مورد نیاز برای برآورده کردن طول عمر عملیاتی اندازه گیری شده در دهه ها را فراهم می کند.

شفت های توربین

شفت اصلی گشتاور کامل چرخشی رانر را به ژنراتور منتقل می کند. برای توربین‌های آبی بزرگ، قطر شفت می‌تواند بیش از 1 متر و طول آن از چندین متر بیشتر باشد - اینها از بزرگترین آهنگری‌های دقیق تولید شده در تولید صنعتی هستند. شفت باید دقت ابعادی و یکپارچگی خستگی را از طریق میلیون‌ها چرخه راه‌اندازی توقف و عملکرد مداوم با بار کامل، اغلب در واحدهایی که برای عمر کاری 40 تا 60 سال طراحی شده‌اند، حفظ کند.

راهنمای پره ها و ویکت گیت ها

پره های راهنما جریان آب ورودی به رانر را تنظیم می کنند و سرعت توربین و توان خروجی را کنترل می کنند. این قطعات چرخه‌های باز و بسته شدن مکرر را تحت فشار هیدرولیک بالا تجربه می‌کنند - بارگذاری ترکیبی مکانیکی و هیدرولیکی باعث می‌شود که فولاد زنگ نزن آهنگری یا فولاد ضد زنگ دوبلکس ماده انتخابی برای عملکرد طولانی‌مدت قابل اعتماد باشد.

بلبرینگ هاوس و هاب

محفظه های یاتاقان فولادی آهنگری و توپی های دونده یکپارچگی ساختاری مورد نیاز برای تحمل بارهای منتقل شده از طریق سیستم بلبرینگ را فراهم می کنند، در حالی که ریزساختار آهنگری خواص مکانیکی ثابت را در سراسر این قطعات ضخیم تضمین می کند.

چرا فورجینگ ها نسبت به ریخته گری برای کاربردهای توربین برتری دارند؟

انتخاب بین آهنگری و ریخته گری برای اجزای توربین خودسرانه نیست - محیط عملیاتی یک توربین آبی خواصی را می طلبد که ریخته گری از نظر ساختاری نمی تواند به آن دست یابد:

مواد مورد استفاده در آهنگری های هیدروتوربین

انتخاب مواد برای آهنگری توربین های آبی باید نیازهای ترکیبی استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و فرسایش در آب و جوش پذیری را برای کارهای تعمیر در نظر بگیرد:

• فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (به عنوان مثال، CA6NM، 13Cr4Ni): ماده غالب برای تیغه های دونده و پره های راهنما - مقاومت بسیار خوبی در برابر فرسایش حفره ای و خوردگی در آب ایجاد می کند و در عین حال استحکام تسلیم بالای مورد نیاز برای اجزای باربر را حفظ می کند.
• کربن و فولاد کم آلیاژ: مورد استفاده برای شفت ها، توپی ها و اجزای ساختاری که در آن خوردگی توسط پوشش های محافظ کنترل می شود - چقرمگی و استحکام خستگی مورد نیاز برای کاربردهای شافت با گشتاور بالا را فراهم می کند.
• فولاد ضد زنگ دوبلکس: به طور فزاینده ای برای قطعاتی که هم به استحکام بالا و هم مقاومت در برابر خوردگی برتر در محیط های چالش برانگیز شیمی آب نیاز دارند، مشخص می شود.

فرآیند تولید و بازرسی کیفیت

تولید فورجینگ های توربین آبی از یک توالی کاملاً کنترل شده از مراحل فرآیند و پست های بازرسی پیروی می کند:

1. انتخاب و ذوب شمش: شمش های فولادی با کیفیت بالا انتخاب می شوند و برای اجزای حیاتی، ذوب مجدد قوس خلاء (VAR) یا ذوب مجدد با سرباره الکتریکی (ESR) برای به حداقل رساندن آخال های غیرفلزی انجام می شود.
2. آهنگری داغ: شمش گرم شده تحت فشار هیدرولیک یا آهنگری چکشی به شکل مورد نیاز شکل می گیرد، با کاهش های کنترل شده که ساختار دانه را در سراسر بخش اصلاح می کند.
3. عملیات حرارتی: چرخه‌های خاموش کردن و تمپر کردن، تعادل استحکام و چقرمگی را در مواد نهایی بهینه می‌کنند
4. تست غیر مخرب (NDT): تست اولتراسونیک (UT) عدم وجود نقص داخلی را تأیید می کند. بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) یکپارچگی سطح و نزدیک به سطح را بررسی می کند. بازرسی رنگ نافذ (DPI) کیفیت سطح را تایید می کند
5. تست خواص مکانیکی: نمونه‌های هر آهنگری برای بررسی انطباق با مشخصات مواد، کشش، ضربه و سختی آزمایش می‌شوند.
6. بازرسی ابعادی: CMM یا اندازه‌گیری دستی تأیید می‌کند که تمام ابعاد بحرانی قبل از اینکه مؤلفه برای ماشین‌کاری آزاد شود، در تلورانس‌های ترسیمی قرار دارند.