Izboljšanjeodpornost proti utrujenostiod Q355Djeklo pri izdelavi stolpov vetrnih turbin je več-plasten inženirski izziv. Medtem ko sam Q355Dponuja dobro žilavost pri -20 stopinjah, njegova odpornost proti utrujenosti pri neusmiljeni,-ciklični obremenitvi s spremenljivo amplitudo vetrne turbine je najpomembnejša za 20-25-letno življenjsko dobo konstrukcije.
Poudarek mora biti na zmanjšanju koncentracij napetosti, ohranjanju celovitosti materiala in zagotavljanju brezhibne izdelave.
Tukaj je celovita strategija:
1. Optimizacija zasnove za zmanjšanje koncentracije napetosti
To je najučinkovitejši način za izboljšanje odpornosti sistema na utrujenost.
Optimizirani prehodi odsekov: namesto nenadnih sprememb premera uporabite postopne zožitve v odsekih stožčastega stolpa. Vsi geometrijski prehodi morajo imeti velike radije.
Zasnova odprtine prirobnice in vrat: Ojačajte odprtine vrat, jaškov in električnih prebojev z dvojnimi ploščami ali kovanimi/stisnjenimi obroči za prerazporeditev napetosti. Izogibajte se ostrim kotom; uporabite zaobljene odprtine.
Notranje povezave ploščadi: Oblikujte ploščadi in notranje lestve s prožnimi povezavami (npr. luknje z režami, prožni nosilci), da preprečite, da bi postali nenamerni elementi,-nosilni, ki ustvarjajo lokalne napetostne "vroče točke" v steni stolpa.
2. Izdelava in varjenje: kritična faza
Utrudilne razpoke se skoraj vedno začnejo na zvarih. Zato sta kakovost zvara in podrobnosti vse.
A. Oblikovanje in priprava zvarnega spoja
Vari s popolnim prebojem: uporabite dvo-stranske soležne zvare (ali eno-stranske s podpornim delom in zadnjim-dolbenjem) za vse primarne obodne (vodoravne) in vzdolžne (navpične) spoje. Brez kotnih zvarov za primarni prenos obremenitve.
Nadzor profila zvara: Dosezite gladek, konkaven profil zvara z nežnim prehodom na osnovno kovino (obvezno je brušenje koncev zvara). S tem se zmanjša faktor koncentracije napetosti (Kt).
Natančnost prileganja: Zagotovite natančno poravnavo plošč. Neusklajenost (hi-lo) ustvarja hude sekundarne upogibne napetosti, ki so glavni ubijalec utrujenosti. Toleranca mora biti < 10 % debeline plošče ali 2 mm, kar je manjše.
B. Nadzor varilnega procesa in postopkov
Izbira postopka: Uporabite obločno varjenje pod praškom (SAW) za vzdolžne/obodne spoje. Zagotavlja globoko penetracijo, visoko kakovost in odlično konsistenco profila. Plinsko obločno varjenje (GMAW) je primerno za manjše zvare.
Strogo upoštevanje WPS: Upoštevajte kvalificirano specifikacijo varilnega postopka (WPS) z nadzorovanim srednjim vnosom toplote, da se izognete velikemu, krhkemu toplotno-prizadetemu območju (HAZ).
Praksa z nizko vsebnostjo-vodika: uporabite pečene elektrode/talila, da preprečite razpoke,-ki jih povzroči vodik, ki deluje kot pobudnik utrujenosti.
C. Po-obdelava zvara (najbolj neposredna izboljšava)
Brušenje prstov: ni-mogoče se pogajati. Zbrusite vse vzdolžne in obodne konice zvara, da odstranite podreze, vdore žlindre in ustvarite gladek radij. To lahko poveča odpornost proti utrujenosti za 30-50%.
Metode luščenja: Za kritične spoje uporabite:
Peening s kladivom: uporaba zaobljenega orodja za plastično deformacijo konice zvara, kar povzroča koristne tlačne preostale napetosti.
Visoko-obdelava z udarci (HiFIT)/ultrazvočna obdelava z udarci (UIT): Napredne tehnike, ki temeljito podaljšajo življenjsko dobo proti utrujenosti z ustvarjanjem globoke, stabilne plasti tlačne napetosti in izboljšanjem mikrostrukture površine.
3. Kontrola kakovosti materiala in proizvodnje
Kakovost plošče: Določite lastnosti "Z-smer" (skozi-debelino) (npr. Z15, Z25), da preprečite trganje lamel v zelo omejenih spojih (kot so prirobnični obroči).
Dimenzijska toleranca: strog nadzor nad ravnostjo in cilindričnostjo plošče, da zmanjšate "iz-o-okroglost" in potrebo po korektivnih silah med erekcijo.
Ne{0}}destruktivno testiranje (NDT):
100 % ultrazvočno testiranje (UT) vseh sočelnih zvarov.
Preskus z magnetnimi delci (MT) vseh koncev zvara po brušenju.
To zagotavlja, da ni nobenih okvar,-ki bi sprožile razpoke.
4. Vprašanja postavitve in-delovanja
Nadzor prednapetosti vijakov: Za priključke stolpov s prirobnico uporabite hidravlične napenjalce ali kalibrirane momentne ključe, da zagotovite enakomerno visoko prednapetost v vijakih. To zagotavlja, da ostanejo ploskve prirobnic med delovanjem stisnjene, prenašajo obremenitev s trenjem in ščitijo vijake pred utrujenostjo.
Zaščita pred korozijo: Vzdržujte premazni sistem. Korozijske jamice so močni povzročitelji razpok zaradi utrujenosti. Žilavost stopnje "D" ni pomembna, če pride do luknjičaste korozije.
Tabela povzetka strategije izboljšanja življenja zaradi utrujenosti
| Oder | Ključni ukrep | Mehanizem izboljšanja utrujenosti |
|---|---|---|
| Oblikovanje | Optimizirajte geometrijo; uporabite velikodušne radije; okrepiti odprtine. | Zmanjša strukturni faktor koncentracije napetosti (K_s). |
| Izdelava (varjenje) | Uporabite sočelne zvare-s popolno penetracijo; zagotoviti popolno poravnavo. | Odpravlja učinke zarez zaradi delne penetracije ali neusklajenosti. |
| Obdelava-po varjenju | Zbrusite vse konice zvara do gladkega profila. Nanesite HFIT/UIT peening. | 1. Zmanjša koncentracijo geometrijskih napetosti (K_t). 2. Povzroča globoko tlačno preostalo napetost, ki preprečuje natezne obremenitve zaradi utrujenosti. |
| Kontrola kakovosti | 100 % UT/MT zvarov; določite jeklo razreda Z- za debele plošče. | Odpravlja notranje napake (žlindra, razpoke), ki so pobudniki razpok. |
| Erekcija | Zagotovite enakomerno visoko prednapetost vijakov v prirobničnih povezavah. | Prenaša obremenitev prek trenja, ščitnih vijakov in prirobnice pred ciklično obremenitvijo. |
Zaključek
Ne morete spremeniti inherentne krivulje S-N (napetost v primerjavi s cikli do okvare) navadne kovine Q355D. Zato je celotna strategija zagotoviti, da končna struktura deluje čim bližje intrinzični meji utrujenosti osnovne kovine.
To se doseže z:
Oblikovanje sredstev za dvig stresa.
Izdelava popolnih zvarov in njihovo izboljšanje s prstnim brušenjem in luknjanjem.
Nenehno pregledovanje za odpravo napak.
Pri stolpih vetrnih turbin je -obdelava po varjenju (brušenje + luščenje) obodnih zvarov na koncih segmentov stolpa (kjer so upogibni momenti največji) pogosto stroškovno-najučinkovitejši ukrep za dramatično podaljšanje življenjske dobe. Ta postopek je pogosto določen v naprednih standardih za proizvodnjo stolpov in pri večjih proizvajalcih originalne opreme turbin.