Forgiati per l'energia eolica: il "supporto fondamentale" per la generazione stabile di energia delle turbine eoliche, su cui fanno affidamento tutti i componenti principali!

Forgiati per l'energia eolica: il "supporto fondamentale" per la generazione stabile di energia delle turbine eoliche, su cui fanno affidamento tutti i componenti principali!

Nel contesto del rapido sviluppo del settore eolico verso grandi capacità, alta quota e profondità marine, le apparecchiature per turbine eoliche devono resistere a molteplici test, come forti carichi di vento, sollecitazioni alternate ed escursioni termiche estreme. Le forgiature, in quanto "nucleo portante" delle apparecchiature eoliche, sono diventate il processo di produzione preferito per componenti chiave come l'albero principale, il mozzo e la flangia della torre delle turbine eoliche, grazie alle loro eccellenti proprietà meccaniche e alla resistenza alla fatica. Molti produttori di turbine eoliche e acquirenti di componenti sono perplessi: in quali componenti principali vengono utilizzate specificamente le forgiature delle turbine eoliche? Perché le forgiature di alta qualità possono determinare la durata utile delle ventole? Come selezionare prodotti forgiati adatti alle diverse condizioni del campo eolico? Questo articolo analizzerà in modo completo il valore fondamentale delle forgiature per l'energia eolica da tre dimensioni principali: scenari applicativi, vantaggi di processo e punti chiave per la selezione.

I. Forgiati per l'energia eolica: i componenti principali del "cuore" e dello "scheletro" delle turbine eoliche

Il funzionamento stabile di una turbina eolica da megawatt non può prescindere dal supporto coordinato di decine di componenti forgiati ad alta precisione. Dall'albero principale che trasmette la potenza, al mozzo che supporta le pale, fino alla flangia che collega la torre, i componenti forgiati attraversano i componenti portanti principali della turbina eolica e sono essenziali per garantire l'efficienza della generazione di energia:

Forgiatura dell'albero principale: il "centro di trasmissione della potenza" del ventilatore

L'albero principale della turbina eolica è il componente fondamentale che collega la girante al riduttore e deve sopportare a lungo l'enorme coppia, il carico alternato e le sollecitazioni da impatto generate dalla rotazione delle pale. I componenti forgiati dell'albero principale sono solitamente realizzati in acciai strutturali legati ad alta resistenza, come il 42CrMo, e vengono prodotti attraverso molteplici processi, tra cui la forgiatura a stampo e il trattamento termico di tempra e rinvenimento. I componenti forgiati dell'albero principale di alta qualità presentano una struttura interna uniforme e densa, priva di pori, porosità e altri difetti. La loro resistenza alla trazione può superare gli 800 MPa, garantendo una trasmissione di potenza stabile senza deformazioni o rotture per una durata di servizio superiore a 20 anni. Rappresentano la "linea vitale" per l'efficiente generazione di energia delle turbine eoliche.

Forgiature del mozzo: il "nucleo di supporto" delle pale

In quanto componente chiave che collega le tre pale, il mozzo della turbina eolica deve concentrare e trasferire la forza di rotazione delle pale all'albero principale, sopportando al contempo il carico irregolare generato dal vento forte. I pezzi forgiati del mozzo presentano per lo più una struttura di forgiatura integrale. Rispetto alle fusioni, la loro resistenza agli urti e alla fatica è migliorata di oltre il 50%, il che può efficacemente evitare il rischio di cricche causate dalla concentrazione di sollecitazioni locali. Nei parchi eolici offshore, i mozzi forgiati in lega resistente alla corrosione possono anche resistere alla corrosione di nebbia salina e umidità elevate, prolungando così il ciclo di manutenzione dell'intera macchina.

Flange forgiate della torre: il "collegamento" della torre

La torre della turbina eolica è composta da più sezioni di tubi in acciaio e la flangia della torre è il componente principale che consente la connessione salda di ciascuna sezione della torre. Deve sopportare il peso proprio dell'intera turbina eolica e il carico del vento. Le flange forgiate sono realizzate mediante un processo di forgiatura ad anello per garantire la planarità del piano della flangia e la precisione di posizionamento dei fori per i bulloni. La sua elevata resistenza impedisce alla torre di allentarsi o deformarsi in caso di vento forte, fornendo un "supporto scheletrico" stabile per la ventola. Inoltre, componenti chiave come l'alloggiamento del cuscinetto dell'albero principale e il porta-satelliti del riduttore sono tutti prodotti forgiati personalizzati.

Forgiature di imbardata e beccheggio: la "chiave per la regolazione intelligente" delle turbine eoliche

Anche il sistema di imbardata (che regola la direzione della gondola per allinearla con la direzione del vento) e il sistema di beccheggio (che regola l'angolo della pala per controllare la potenza) della turbina eolica, i loro componenti principali come l'alloggiamento del cuscinetto di imbardata e gli ingranaggi del beccheggio, si basano su forgiati. Questi pezzi forgiati devono avere caratteristiche di alta precisione ed elevata resistenza all’usura per garantire la risposta precisa delle azioni di imbardata e beccheggio, consentendo alla turbina eolica di mantenere il miglior stato di generazione di energia a diverse velocità del vento.

Ii. Processo di forgiatura: il "codice fondamentale" per le forgiature eoliche per adattarsi a condizioni di lavoro estreme

L'ambiente di servizio delle apparecchiature eoliche è estremamente ostile: le turbine eoliche onshore devono far fronte a sbalzi di temperatura che vanno da -30 °C a +40 °C e all'erosione causata da sabbia e polvere. Le turbine eoliche offshore devono resistere alla corrosione da nebbia salina e all'impatto di onde enormi. I normali pezzi fusi o saldati non sono in grado di soddisfare i requisiti di un funzionamento stabile a lungo termine, mentre i pezzi forgiati si distinguono per i loro vantaggi tecnologici unici:

Massima resistenza, resistente a carichi estremi

Il processo di forgiatura prevede il trattamento delle billette metalliche ad alta temperatura e alta pressione, che può scomporre i grani grossolani all'interno del metallo, raffinarli e distribuirli lungo la direzione della forza, eliminando completamente difetti comuni come fori di gas, fori di sabbia e cavità di ritiro nelle fusioni. I componenti eolici forgiati presentano resistenza alla trazione, allo snervamento e alla fatica di gran lunga superiori a quelli delle fusioni, e possono facilmente resistere a carichi alternati e forti impatti del vento durante il funzionamento delle turbine eoliche, riducendo significativamente il rischio di guasti dei componenti.

Ha una forte resistenza alla fatica e può prolungare la durata della ventola

La durata di vita prevista di un ventilatore è in genere di 20-25 anni e i suoi componenti principali devono resistere a decine di migliaia di cicli di sollecitazione. La struttura in fibra metallica continua del pezzo forgiato è coerente con la direzione della forza del componente e il suo limite di resistenza alla fatica è molto più elevato rispetto a quello di altri prodotti lavorati. Ad esempio, dopo che i pezzi forgiati dell'albero principale sono stati sottoposti a trattamento di tempra e rinvenimento, la loro resistenza alla fatica può essere aumentata da 2 a 3 volte rispetto a quella dei getti, garantendo l'assenza di fratture da fatica durante il funzionamento a lungo termine e una generazione di energia stabile per l'intero ciclo di vita della turbina eolica.

Le dimensioni precise migliorano l'efficienza dell'assemblaggio

La tecnologia di forgiatura di precisione consente di ottenere una "formatura quasi netta" di componenti forgiati per l'energia eolica, con tolleranze dimensionali controllate a livello micrometrico. Solo una piccola quantità di lavorazione di precisione è richiesta successivamente per soddisfare i requisiti di assemblaggio. Prendiamo ad esempio la forgiatura della flangia della torre. Il suo errore di planarità può essere controllato entro 0,5 mm e la deviazione della precisione di posizionamento dei fori dei bulloni non supera 0,1 mm. Può essere collegato direttamente con precisione al tubo in acciaio della torre, evitando vibrazioni e rumori anomali causati da un gioco di montaggio eccessivo e migliorando la stabilità operativa dell'intera macchina.

Il materiale è controllabile e adatto a diverse condizioni di lavoro

Per le condizioni di lavoro di diversi parchi eolici, il processo di forgiatura può combinare in modo flessibile i materiali: per i parchi eolici onshore a bassa velocità del vento, è possibile selezionare forgiati in lega ordinaria per contenere i costi. Per i campi eolici ad alta quota e a bassa temperatura, è possibile selezionare forgiati in lega resistenti alle basse temperature per prevenire la frattura fragile dei componenti. Per i parchi eolici offshore, è possibile selezionare forgiati in acciaio inossidabile resistente alla corrosione, combinati con rivestimenti anticorrosivi, per resistere all'erosione da nebbia salina. Questa selezione personalizzata di materiali consente ai forgiati per l'energia eolica di adattarsi a diversi scenari applicativi complessi.

Iii. Guida alla selezione delle forgiature per l'energia eolica: 3 punti fondamentali per evitare incomprensioni in fase di approvvigionamento

Per i produttori di turbine eoliche e le aziende che si occupano di gestione e manutenzione, la scelta dei componenti forgiati giusti è fondamentale per ridurre i tassi di guasto delle apparecchiature e migliorare l'efficienza della produzione di energia. Al momento dell'acquisto, è necessario prestare particolare attenzione ai seguenti tre punti:

Verificare il processo e il rapporto di prova

Dare priorità alla scelta di pezzi forgiati per l'energia eolica realizzati mediante processo di forgiatura a stampo. Le prestazioni dei pezzi forgiati a stampo sono di gran lunga superiori a quelle dei pezzi forgiati a stampo libero. Allo stesso tempo, i fornitori sono tenuti a fornire rapporti di ispezione completi, inclusi rapporti di prova sui materiali, rapporti di prove non distruttive (rilevamento di difetti a ultrasuoni, rilevamento di difetti tramite particelle magnetiche), rapporti di prova sulle proprietà meccaniche, ecc., per garantire che i pezzi forgiati non presentino difetti interni e che tutti gli indicatori di prestazione siano conformi agli standard nazionali o di settore.

Selezionare il materiale più adatto alle condizioni del parco eolico

Selezionare il materiale corrispondente per i pezzi forgiati in base al tipo di parco eolico (onshore/offshore, alta/bassa quota): per i parchi eolici offshore, concentrarsi sulla resistenza alla corrosione e dare priorità ai pezzi forgiati in acciaio inossidabile o acciaio resistente agli agenti atmosferici. Per i parchi eolici ad alta quota e bassa temperatura, è necessario selezionare pezzi forgiati in lega con tenacità agli urti a bassa temperatura conforme agli standard. Per i ventilatori di grande capacità, è necessario selezionare pezzi forgiati ad alta resistenza per soddisfare i requisiti di trasmissione di coppia elevata.

Prestare attenzione al processo di trattamento termico

Il trattamento termico è un passaggio fondamentale per migliorare le prestazioni dei pezzi forgiati per l'energia eolica. I fornitori di forgiati di alta qualità, in base all'applicazione dei componenti, adotteranno diversi processi di trattamento termico come tempra e rinvenimento, cementazione e nitrurazione per garantire che durezza, tenacità e resistenza all'usura dei pezzi forgiati raggiungano il miglior equilibrio. Al momento dell'acquisto, è possibile richiedere la revisione dei registri del processo di trattamento termico per evitare guasti prematuri dei componenti dovuti a un trattamento termico inadeguato.

Iv. Tendenze del settore: le turbine eoliche da grandi megawatt guidano l'ammodernamento delle forgiature eoliche

Con l'evoluzione del settore eolico verso megawatt più grandi e pesi più leggeri, anche le dimensioni e la capacità di carico dei componenti delle turbine eoliche sono in costante aumento. Ad esempio, l'albero principale di una turbina eolica offshore da 16 MW è lungo oltre 10 metri e pesa più di 100 tonnellate, il che pone requisiti più elevati in termini di capacità produttiva dei pezzi forgiati. In futuro, i pezzi forgiati per l'energia eolica si svilupperanno verso dimensioni super-grandi, elevata precisione e forgiatura integrata. Nel frattempo, l'applicazione di tecnologie di forgiatura digitale (come i gemelli digitali e il rilevamento intelligente) migliorerà ulteriormente la stabilità qualitativa dei pezzi forgiati e aiuterà il settore eolico a ridurre i costi e ad aumentare l'efficienza.

Riepilogo

I pezzi fucinati sono il "fondamento fondamentale" delle apparecchiature eoliche. Dall'albero principale, al mozzo fino alla flangia della torre, la qualità di ciascuna chiave forgiata determina direttamente la stabilità operativa e la durata della turbina eolica. Nell’attuale era di rapido sviluppo del settore dell’energia eolica, la scelta di forgiati adatti e di alta qualità è la chiave fondamentale per i produttori di turbine eoliche per migliorare la competitività dei prodotti e per le imprese di gestione e manutenzione per ridurre i costi di manutenzione.

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