EN 
Hub rotor besi ulet untuk turbin angin modern dapat memiliki berat lebih dari sepuluh ton. Benda itu dicetak, dikerjakan, dan kemudian dibaut ke sebuah menara yang tingginya bisa mencapai tiga ratus meter di atas tanah. Setelah dipasang, muatan tersebut akan dimuat dan dibongkar jutaan kali, pada suhu serendah minus empat puluh derajat Celcius, dan diperkirakan akan tetap kokoh secara struktural selama dua puluh tahun atau lebih.
Kombinasi bagian yang berat, iklim yang keras, dan layanan yang didominasi kelelahan adalah alasan mengapa pengecoran turbin angin ditentukan hampir sama seringnya pada besi ulet feritik EN-GJS-400-18U-LT seperti halnya baja yang ditentukan untuk poros utama. Besi ulet memberi perancang kekuatan dan ketangguhan untuk membentuk bentuk struktural yang besar, dan hal ini dilakukan dengan biaya pengecoran dan pemesinan yang tidak dapat ditandingi oleh alternatif baja tempa atau fabrikasi.
Mengapa pengecoran besi ulet mendominasi perangkat keras turbin angin
Pada besi ulet, grafit di dalam struktur mikro berbentuk bola, bukan seperti serpihan. Nodul tersebut mengganggu matriks logam ulet jauh lebih sedikit dibandingkan serpihan grafit tajam dari besi abu-abu, itulah sebabnya besi ulet memberikan perpanjangan terukur dan kekuatan benturan pada rentang suhu yang luas. Untuk komponen turbin angin, hasil praktisnya adalah material yang dapat membawa beban berat, bertahan dalam iklim dingin, dan dibentuk menjadi struktur besar berbentuk jaring seperti hub, rangka, dan rumah.
Coran turbin angin utama yang dibuat dari besi ulet meliputi:
- Hub rotor
- Rumah bantalan utama
- Rangka tempat tidur dan rangka utama
- Rumah gearbox
- Lengan torsi
- Rumah penggerak yaw dan pitch
- Kaliper rem dan braket pemasangan
Besi abu-abu lebih murah dan mudah dituang, tetapi grafit serpihannya membuatnya rapuh; ini terbatas pada bagian yang bermuatan ringan seperti beban penyeimbang, penutup, dan baki kabel. Baja tuang menawarkan nilai kekuatan yang lebih tinggi di atas kertas, namun suhu lelehnya yang lebih tinggi, pencetakan yang lebih mahal, waktu pemesinan yang lebih lama, dan kecenderungan cacat penyusutan yang lebih besar menjadikannya pengecualian daripada aturan untuk komponen berpenampang besar ini. Itulah sebabnya besi ulet, kelompok material yang kami harap dapat dibuat lebih transparan Apa Itu Besi Ulet , menempati pusat dari setiap diskusi pengecoran turbin angin.
EN-GJS-400-18U-LT: Nilai yang menentukan kategori
Sebagian besar spesifikasi turbin angin Eropa merujuk pada standar EN 1563 dan menyebut EN-GJS-400-18U-LT, besi ulet feritik suhu rendah yang sebelumnya dikenal sebagai GGG 40.3. Kode grade menjelaskan materialnya: kekuatan tarik minimum 400 MPa, perpanjangan minimum 18 persen, U untuk uji impak berlekuk wajib, dan LT untuk ketangguhan suhu rendah.
Persyaratan minimum umum untuk grade ini dalam aplikasi turbin angin dirangkum di bawah.
| Properti | Persyaratan minimal | Kondisi pengujian |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik Rm | 400 MPa | Sampel uji dilemparkan secara terpisah |
| Kekuatan bukti 0,2% Rp0,2 | 240 MPa | Sampel uji dilemparkan secara terpisah |
| Pemanjangan A | 18% | Sampel uji dilemparkan secara terpisah |
| Kekuatan benturan KV | Rata-rata 12 J, tunggal 9 J | Pada -20 °C, takik V |
| Opsi suhu rendah | Rata-rata 10 J | Pada suhu -40 °C, ditambahkan oleh banyak OEM |
Persyaratan kritisnya adalah matriks feritik. Ferit adalah fase besi cor yang lunak dan ulet; ketika mengelilingi nodul grafit, retakan yang berkembang harus terus memulai kembali jalurnya alih-alih melewati perlit yang keras. Huruf U dalam penunjukan berarti nilai dampak harus ditunjukkan, bukan diasumsikan, sehingga pengecoran harus mengontrol struktur mikro as-cast atau anil dengan hati-hati. Untuk lokasi instalasi di utara, OEM turbin biasanya menambahkan uji dampak -40 °C, minimum nodularitas yang lebih tinggi, atau keduanya. Jika pengecoran tidak dapat menjamin nilai-nilai tersebut pada bagian hub seberat dua ton, pengecoran telah gagal memenuhi spesifikasi sebelum meninggalkan bengkel.
Kehidupan kelelahan mengatur desain
Pengecoran turbin angin dirancang berdasarkan kelelahan daripada kekuatan statis. Kisaran tegangan pada hub atau rangka alas dapat berputar sepuluh juta kali atau lebih, sehingga setiap cacat volumetrik berpotensi menjadi inti retakan. EN-GJS-400-18U-LT, dengan matriks feritiknya, menawarkan toleransi retak untuk menangani tugas tersebut. Namun nilai saja tidak cukup. Sensitivitas bagian adalah risiko tersembunyi: dinding di hub setebal 100 mm mendingin dengan kecepatan yang sangat berbeda dibandingkan rusuk tipis di sampingnya. Grafit yang lebih kasar, jumlah nodul yang lebih rendah, dan sisa karbida dapat muncul secara lokal, sehingga menurunkan ketangguhan dan ketahanan lelah.
Desain yang bagus membantu. Pertahankan ketebalan bagian seseragam mungkin, gabungkan bagian yang berat menjadi rusuk dengan transisi bertahap, dan bulatkan setiap sudut yang masuk kembali, karena konsentrasi tegangan adalah tempat dimulainya retakan lelah.
Kontrol proses di pengecoran
Coran turbin angin besi ulet yang besar tidak dihasilkan secara kebetulan. Setiap langkah proses pengecoran harus disiplin:
- Nodularisasi. Magnesium ditambahkan ke dalam lelehan untuk mengubah grafit menjadi bintil; Konsistensi perawatan ini menentukan apakah bagian tersebut mencapai nodularitas 90 persen atau kurang.
- Inokulasi. Inokulasi berulang dengan inokulan berbasis ferrosilikon meningkatkan jumlah bintil dan menekan karbida bebas pada tepi tipis.
- Penuangan. Filter dan kecepatan penuangan yang terkontrol mencegah produk sampah dan reoksidasi berakhir di jalur muatan kritis.
- Makanan. Desain riser harus divalidasi terhadap simulasi solidifikasi sehingga titik panas yang terisolasi tidak menyusut selama pendinginan.
- Perawatan panas. Ferritising anneal melarutkan karbida dan menghomogenisasi matriks, mengembalikan nilai elongasi dan impact yang disyaratkan oleh spesifikasi.
Pabrik pengecoran dengan rutinitas perlakuan panas yang terdokumentasi dan kemampuan untuk mensimulasikan pengisian dan pemadatan memiliki keunggulan yang menentukan dalam kelas produk ini.
Pengecoran besi ulet besar dinilai pada saat mengeras. Tidak ada pemesinan sebanyak apa pun yang dapat memperbaiki struktur mikro yang gagal berkembang dengan baik.
Apa yang ditentukan oleh pembeli yang bertanggung jawab
Bagi pembeli, pembahasan tentang pengecoran turbin angin besi ulet adalah pembahasan tentang persyaratan. Spesifikasi teknis yang serius harus mencakup setidaknya:
- Kelas dan standar bahan: EN-GJS-400-18U-LT hingga EN 1563 di Eropa, atau ASTM A536 Grade 65-45-12 dengan klausul dampak suhu rendah yang disepakati untuk proyek di Amerika Utara.
- Penerimaan struktur mikro: nodularitas minimum, kisaran ukuran grafit, dan kandungan perlit maksimum dalam matriks.
- Uji posisi dan frekuensi sampel: sampel yang dicetak secara terpisah versus sampel yang dicetak, dan berapa banyak pengujian Charpy yang diperlukan untuk setiap lelehan.
- Pengujian non-destruktif: tingkat pengujian ultrasonik, batas penerimaan, dan inspeksi partikel magnetik pada permukaan kritis mesin.
- Kebijakan perbaikan: cacat kecil mana yang dapat diperbaiki, dengan prosedur apa, dan bagaimana area yang diperbaiki diperiksa ulang.
- Dokumentasi: EN 10204 3.1 sertifikat material, grafik perlakuan panas, dan laporan NDT.
Kemampuan pengecoran menentukan integritas pengecoran
Langkah dari pengecoran besi ulet kecil ke skala turbin angin tidaklah linier. Bagian berat memerlukan pengalaman dalam pembuatan gerbang, pengumpanan, inokulasi, perlakuan panas, penanganan derek, dan pengujian non-destruktif yang hanya dimiliki oleh operator pengecoran bagian besar. Oleh karena itu, OEM turbin atau pemasok tingkat satu tidak hanya mengevaluasi bahan kimia tetapi juga seluruh lantai produksi pengecoran.
Haian Aoyu Machinery Manufacturing, sebuah pabrik pengecoran besi ulet dan besi abu-abu Tiongkok dengan kapasitas pengecoran tahunan sebesar 20.000 ton, bengkel seluas 30.000 meter persegi, dan pengiriman ekspor ke Denmark, Jerman, Italia, Spanyol, dan Amerika Serikat, adalah contoh praktisnya. Produksi sehari-harinya mencakup pengecoran struktur berat, benda yang mengandung tekanan, dan rakitan inti yang kompleks, semuanya memiliki disiplin metalurgi dan dimensi yang sama yang dibutuhkan oleh komponen turbin angin.
Basis mesin dan kolom adalah struktur besar dan kaku yang nodularitasnya terkontrol dan bebas dari porositas sangat menentukan, persis seperti pada rangka dasar turbin.
Badan pompa dan badan katup harus menahan tekanan internal selama beberapa dekade, yang memaksa struktur mikro padat yang sama seperti yang dibutuhkan oleh casing gearbox.
Badan dan silinder kompresor adalah rakitan inti yang kompleks yang memerlukan pengulangan dimensi dan akurasi metalurgi, disiplin yang sama yang dibutuhkan oleh hub turbin angin.
Singkatnya, pengecoran besi ulet untuk turbin angin bukanlah bahan eksotik. Mereka adalah tulang punggung teknik turbin modern yang telah terbukti. Yang membedakan pemasok yang andal adalah apakah pengecoran benar-benar mengontrol struktur mikro di bagian yang berat, membuktikannya dengan pengujian dampak suhu rendah, dan mengomunikasikan hasil NDT secara jujur. Tentukan nilainya. Perbaiki suhu pengujian. Audit prosesnya. Pengecoran secara diam-diam akan membawa rotor melewati badai musim dingin selama dua puluh tahun.
