Mitä ovat hydroturbiinitakiot?

Hydroturbiinin taot ovat taontaprosesseilla valmistettujen vesivoimaturbiinien rakenteelliset ja pyörivät komponentit — jossa metallia muotoillaan suurella puristusvoimalla sen sijaan, että se olisi valettu sulasta metallista tai koneistettu tangosta. Taontaprosessi tuottaa metalliin hienostuneen, suunnatun raerakenteen, joka antaa valmiille komponentille huomattavasti paremman lujuuden, väsymiskestävyyden ja sitkeyden kuin vastaavalla valulla. Nämä ominaisuudet ovat kriittisiä turbiinikomponenteille, jotka toimivat jatkuvassa hydraulisessa iskukuormituksessa, korkeassa vedenpaineessa ja vuosikymmenten keskeytymättömässä käytössä vaativissa hydraulisissa ympäristöissä.

Tärkeimmät komponentit valmistetaan hydroturbiinitakoina

Useat vesiturbiinin kriittiset komponentit vaativat erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, jotka vain takominen voi tarjota:

Runner Blades

Juokseja on turbiinin pyörivä sydän – se muuntaa virtaavan veden kineettisen ja paineenergian suoraan mekaaniseksi pyörimiseksi. Francis-, Kaplan- ja Pelton-turbiinien juoksulapojen on kestettävä jatkuva syklinen hydraulinen kuormitus paineilla, jotka voivat ylittää 10 MPa , yhdistettynä erosiiviseen kavitaatiovaurioon pinnoilla, joilla veden virtausnopeus aiheuttaa paikallisia painehäviöitä alle höyrynpaineen. Taotut ruostumattomasta teräksestä valmistetut juoksulevyt tarjoavat väsymislujuuden ja eroosionkestävyyden, joita tarvitaan vuosikymmenten käyttöiän täyttämiseen.

Turbiinien akselit

Pääakseli välittää juoksuputken täyden vääntömomentin generaattorille. Suurissa vesiturbiineissa akselin halkaisija voi olla yli 1 metri ja pituus useita metrejä – nämä ovat suurimpia teollisessa valmistuksessa valmistettuja tarkkuustakoja. Akselin on säilytettävä mittatarkkuus ja väsymisen eheys miljoonien start-stop-jaksojen ja jatkuvan täyden kuormituksen kautta, usein yksiköissä, jotka on suunniteltu 40–60 vuoden käyttöikään.

Opassiivet ja Wicket Gates

Ohjaussiivet säätelevät juoksuputkeen tulevan veden virtausta ja säätelevät turbiinin nopeutta ja tehoa. Nämä komponentit kokevat usein avautumis- ja sulkemisjaksot korkeassa hydraulisessa paineessa – yhdistetty mekaaninen ja hydraulinen kuormitus tekee taotusta ruostumattomasta teräksestä tai duplex-ruostumattomasta teräksestä pitkän aikavälin luotettavan toiminnan materiaalin.

Laakeripesät ja navat

Taotut teräksiset laakeripesät ja kannattimen navat tarjoavat rakenteellisen eheyden, jota tarvitaan laakerijärjestelmän läpi siirtyvien kuormien tukemiseen, kun taas taottu mikrorakenne varmistaa tasaiset mekaaniset ominaisuudet näissä paksuprofiilisissa komponenteissa.

Miksi takeet ovat parempia kuin valut turbiinisovelluksissa

Valinta turbiinikomponenttien takomisen ja valun välillä ei ole mielivaltainen – vesiturbiinin käyttöympäristö vaatii ominaisuuksia, joita valukappaleilla ei rakenteellisesti saavuteta:

Hydroturbiinitakoissa käytetyt materiaalit

Materiaalin valinta varten hydroturbiinien taotokset on otettava huomioon korkean mekaanisen lujuuden, korroosion ja eroosionkestävyyden vedessä sekä hitsattavuuden yhdistettyjä vaatimuksia korjaustöissä:

• Martensiittista ruostumatonta terästä (esim. CA6NM, 13Cr4Ni): hallitseva materiaali juoksulevyille ja ohjaussiivekkeille — tarjoaa erinomaisen kestävyyden kavitaatioeroosiota ja korroosiota vastaan vedessä säilyttäen samalla korkean myötörajan, jota tarvitaan kantaville komponenteille
• Hiili- ja niukkaseosteinen teräs: käytetään akseleissa, navoissa ja rakenneosissa, joissa korroosiota hallitaan suojapinnoitteilla – tarjoaa lujuuden ja väsymislujuuden, jota vaaditaan suuria vääntömomentteja vaativissa akselisovelluksissa
• Duplex ruostumaton teräs: määrätään yhä enemmän komponenteille, jotka vaativat sekä suurta lujuutta että erinomaista korroosionkestävyyttä haastavissa vesikemian ympäristöissä

Valmistusprosessi ja laaduntarkastus

Vesiturbiinin taomien valmistuksessa seurataan tiukasti valvottua prosessivaiheiden ja tarkastuspisteiden sarjaa:

1. Harkon valinta ja sulatus: valitaan korkealaatuiset teräsharkot ja kriittisten komponenttien osalta tyhjiökaarisulatetaan (VAR) tai sähkökuona (ESR) ei-metallisten sulkeumien minimoimiseksi.
2. Kuuma taonta: lämmitetty aihio muotoillaan hydraulisella puristimella tai vasaratakolla haluttuun muotoon kontrolloiduilla kavennuksilla, jotka hienostavat raerakennetta läpi osan
3. Lämpökäsittely: karkaisu- ja karkaisujaksot optimoivat valmiin materiaalin lujuuden ja sitkeyden tasapainon
4. Rikkomaton testaus (NDT): ultraäänitestaus (UT) varmistaa sisäisten vikojen puuttumisen; magneettinen hiukkastarkastus (MPI) tarkistaa pinnan ja pinnan lähellä olevan eheyden; dye penetrant -tarkastus (DPI) vahvistaa pinnan laadun
5. Mekaanisten ominaisuuksien testaus: kustakin takomonäytteet testataan vetolujuus-, iskutestauksella ja kovuustestillä, jotta varmistetaan, että ne ovat materiaalispesifikaatioiden mukaisia
6. Mittatarkastus: CMM tai manuaalinen mittaus varmistaa, että kaikki kriittiset mitat ovat piirustustoleranssien sisällä ennen kuin komponentti luovutetaan koneistukseen