Mik azok a hidroturbinás kovácsolások?

Hidroturbinás kovácsolás vannak kovácsolási eljárásokkal előállított víziturbinák szerkezeti és forgó alkatrészei — ahol a fémet nagy nyomóerő hatására formálják, nem pedig olvadt fémből öntik vagy rúdanyagból dolgozzák meg. A kovácsolási eljárás finomított, irányban igazított szemcseszerkezetet hoz létre a fémben, amely lényegesen nagyobb szilárdságot, kifáradásállóságot és szívósságot biztosít a kész alkatrésznek, mint egy ekvivalens öntvény. Ezek a tulajdonságok kritikus fontosságúak a folyamatos hidraulikus ütési terhelések, nagy víznyomás mellett működő turbina-alkatrészek esetében, valamint az igényes hidraulikus környezetben több évtizedes megszakítás nélkül.

Kulcsfontosságú alkatrészek hidroturbinás kovácsolásként

A hidroturbinák számos kritikus alkatrésze megköveteli azokat a kiváló mechanikai tulajdonságokat, amelyeket csak a kovácsolás képes biztosítani:

Futópengék

A futómű a turbina forgó szíve – az áramló víz mozgási és nyomási energiáját közvetlenül mechanikus forgássá alakítja. A Francis, Kaplan és Pelton turbinák futólapátjainak ellenállniuk kell folyamatos ciklikus hidraulikus terhelés 10 MPa-t meghaladó nyomáson eróziós kavitációs károsodásokkal kombinálva olyan felületeken, ahol a víz áramlási sebessége helyi nyomásesést hoz létre a gőznyomás alá. A kovácsolt rozsdamentes acél futólapátok biztosítják azt a kifáradási szilárdságot és erózióállóságot, amely az évtizedekben mért élettartamok teljesítéséhez szükséges.

Turbina tengelyek

A főtengely a futómű teljes forgatónyomatékát továbbítja a generátornak. A nagy hidroturbináknál a tengely átmérője meghaladhatja az 1 métert és a hossza több méter is lehet – ezek az ipari gyártásban gyártott legnagyobb precíziós kovácsolt termékek közé tartoznak. A tengelynek meg kell őriznie méretpontosságát és kifáradási integritását milliónyi start-stop cikluson és folyamatos teljes terhelésen keresztül, gyakran 40-60 éves élettartamra tervezett egységekben.

Vezetőlapátok és Wicket Gates

A vezetőlapátok szabályozzák a csúszóba belépő víz áramlását, szabályozzák a turbina sebességét és teljesítményét. Ezek az alkatrészek gyakori nyitási és zárási ciklusokat tapasztalnak nagy hidraulikus nyomás mellett – a kombinált mechanikai és hidraulikus terhelésnek köszönhetően a kovácsolt rozsdamentes acél vagy a duplex rozsdamentes acél a választott anyag a hosszú távú megbízható működéshez.

Csapágyházak és agyak

A kovácsolt acél csapágyházak és a futóagyak biztosítják a szerkezeti integritást, amely a csapágyrendszeren áthaladó terhelések elviseléséhez szükséges, míg a kovácsolt mikrostruktúra egyenletes mechanikai tulajdonságokat biztosít ezeken a vastag keresztmetszetű alkatrészeken.

Miért jobbak a kovácsolt anyagok a turbinás alkalmazásokhoz használt öntvényeknél?

A turbinaalkatrészek kovácsolása és öntése közötti választás nem önkényes – a hidroturbina működési környezete olyan tulajdonságokat kíván meg, amelyeket az öntvények szerkezetileg nem képesek elérni:

A hidroturbinás kovácsolásokhoz használt anyagok

Anyagválasztás ehhez hidroturbinás kovácsolások figyelembe kell vennie a nagy mechanikai szilárdság, a vízben való korrózió- és erózióállóság, valamint a hegeszthetőség együttes követelményeit a javítási munkákhoz:

• Martenzites rozsdamentes acél (pl. CA6NM, 13Cr4Ni): a futólapátok és vezetőlapátok domináns anyaga – kiváló ellenállást biztosít a kavitációs erózióval és a vízben történő korrózióval szemben, miközben megtartja a teherhordó alkatrészekhez szükséges magas folyáshatárt
• Szén és gyengén ötvözött acél: tengelyekhez, agyakhoz és szerkezeti elemekhez használják, ahol a korróziót védőbevonatok szabályozzák – biztosítja a nagy nyomatékú tengelyekhez szükséges szívósságot és kifáradási szilárdságot
• Duplex rozsdamentes acél: egyre gyakrabban olyan alkatrészekhez írják elő, amelyek nagy szilárdságot és kiváló korrózióállóságot igényelnek kihívást jelentő vízkémiai környezetben

Gyártási folyamat és minőségellenőrzés

A hidroturbinás kovácsolt anyagok gyártása a folyamat lépéseinek és ellenőrzési pontjainak szigorúan ellenőrzött sorrendjét követi:

1. A tuskó kiválasztása és olvasztása: kiváló minőségű acél tuskákat választanak ki, és a kritikus alkatrészeknél vákuumíves újraolvasztják (VAR) vagy elektrosalak újraolvasztják (ESR) a nem fémes zárványok minimalizálása érdekében
2. Meleg kovácsolás: a fűtött tuskót hidraulikus préssel vagy kalapácskovácsolással alakítják ki a kívánt formára, szabályozott redukciókkal, amelyek finomítják a szemcseszerkezetet az egész szakaszon
3. Hőkezelés: az edzési és temperálási ciklusok optimalizálják a szilárdság és a szívósság egyensúlyát a kész anyagban
4. Roncsolásmentes vizsgálat (NDT): ultrahangos vizsgálat (UT) igazolja a belső hibák hiányát; A mágneses részecskevizsgálat (MPI) ellenőrzi a felületi és felületközeli integritást; a festék behatoló vizsgálat (DPI) megerősíti a felület minőségét
5. Mechanikai tulajdonságok vizsgálata: minden egyes kovácsolt mintát szakító-, ütés- és keménységi vizsgálatnak vetnek alá, hogy igazolják, hogy megfelelnek-e az anyagspecifikációnak.
6. Méretvizsgálat: A CMM vagy a kézi mérés megerősíti, hogy minden kritikus méret a rajz tűréshatárán belül van, mielőtt az alkatrészt megmunkálásra bocsátják