İyileştirmeyorulma direnciile ilgili Q355Drüzgar türbini kulesi imalatında çelik kullanımı-çok yönlü bir mühendislik sorunudur. Q355D'nin kendisi-20 derecede iyi bir dayanıklılık sunar; bir rüzgar türbininin aralıksız, yüksek-döngülü, değişken genlikli yüklemesi altındaki yorulma performansı, yapının 20-25 yıllık tasarım ömrü açısından çok önemlidir.
Odak noktası, stres konsantrasyonlarını en aza indirmek, malzeme bütünlüğünü korumak ve kusursuz imalat sağlamak olmalıdır.
İşte kapsamlı bir strateji:
1. Gerilim Yoğunlaşmasını Azaltacak Tasarım Optimizasyonu
Bu, sistemin yorulma direncini arttırmanın en etkili yoludur.
Optimize Edilmiş Bölüm Geçişleri: Konik kule bölümlerinde ani çap değişiklikleri yerine kademeli incelmeleri kullanın. Tüm geometri geçişleri cömert yarıçaplara sahip olmalıdır.
Flanş ve Kapı Açıklığı Tasarımı: Gerilimi yeniden dağıtmak için kapı, menhol ve elektrik giriş açıklıklarını çift plakalarla veya dövme/preslenmiş halkalarla güçlendirin. Keskin köşelerden kaçının; yuvarlak açıklıklar kullanın.
Dahili Platform Bağlantıları: Platformları ve dahili merdivenleri, kule duvarında yerel stres "sıcak noktaları" oluşturan istenmeyen yük-taşıma elemanları haline gelmelerini önlemek için esnek bağlantılara (örneğin oluklu delikler, esnek montaj parçaları) sahip olarak tasarlayın.
2. İmalat ve Kaynak: Kritik Aşama
Yorulma çatlakları neredeyse her zaman kaynaklarda başlar. Bu nedenle kaynak kalitesi ve detay her şeydir.
A. Kaynak Bağlantı Tasarımı ve Hazırlanması
Tam Penetrasyonlu Kaynaklar: Tüm birincil çevresel (yatay) ve boylamasına (dikey) dikişler için çift-taraflı alın kaynakları (veya arka pasolu ve arka-oluklu tek-taraflı) kullanın. Birincil yük aktarımı için köşe kaynağı yok.
Kaynak Profili Kontrolü: Ana metale yumuşak bir geçişle pürüzsüz, içbükey bir kaynak başlığı profili elde edin (kaynak uçlarının taşlanması zorunludur). Bu, stres konsantrasyon faktörünü (Kt) azaltır.
Yerleştirme Doğruluğu-: Plakanın hassas hizalanmasını sağlayın. Yanlış hizalama (hi-lo), önemli bir yorgunluk öldürücü olan ciddi ikincil bükülme gerilimleri yaratır. Tolerans, plaka kalınlığının < %10'u veya 2 mm (hangisi daha küçükse) olmalıdır.
B. Kaynak Prosesi ve Prosedür Kontrolü
Proses Seçimi: Boyuna/çevresel dikişler için Tozaltı Ark Kaynağını (SAW) kullanın. Derin nüfuz, yüksek kalite ve mükemmel profil tutarlılığı sağlar. Gaz Metal Ark Kaynağı (GMAW) daha küçük kaynaklar için uygundur.
Sıkı WPS Uyumu: Büyük, kırılgan bir Isıdan- Etkilenen Bölgeden (HAZ) kaçınmak için kontrollü, orta ısı girişiyle nitelikli bir Kaynak Prosedürü Şartnamesini (WPS) izleyin.
Düşük-Hidrojen Uygulaması: Yorulma başlatıcısı görevi gören hidrojenin- neden olduğu çatlamayı önlemek için fırınlanmış elektrotları/akıları kullanın.
C.-Kaynak Sonrası İşlem (En Doğrudan İyileştirme)
Ayak Parmağını Gıcırdatma:-Pazarlık yapılamaz. Alttaki kesikleri ve cüruf girintilerini gidermek ve pürüzsüz bir yarıçap oluşturmak için tüm uzunlamasına ve çevresel kaynak uçlarını taşlayın. Bu, yorulma mukavemetini %30-50 oranında artırabilir.
Dövme Yöntemleri: Kritik eklemler için şunları uygulayın:
Çekiçli Dövme: Kaynak ucunu plastik olarak deforme etmek için yuvarlak bir aletin kullanılması, yararlı basınç artık gerilimlerinin oluşmasına neden olur.
Yüksek-Frekanslı Darbe Tedavisi (HiFIT)/Ultra Sonik Darbe Tedavisi (UIT): Derin, stabil bir basınç gerilimi katmanı oluşturarak ve yüzey mikro yapısını iyileştirerek yorulma ömrünü büyük ölçüde artıran gelişmiş teknikler.
3. Malzeme ve Üretim Kalite Kontrolü
Plaka Kalitesi: Yüksek düzeyde kısıtlanmış bağlantılarda (flanş halkaları gibi) katmanlı yırtılmayı önlemek için "Z-yönü" (-kalınlığa kadar) özelliklerini (örneğin, Z15, Z25) belirtin.
Boyutsal Toleranslar: "Yuvarlaklık-kötülüğünü-en aza indirmek ve montaj sırasında düzeltici kuvvet ihtiyacını en aza indirmek için plakanın düzlüğü ve silindirikliği üzerinde sıkı kontrol.
-Tahribatsız Muayene (NDT):
Tüm alın kaynaklarının %100 Ultrasonik Testi (UT).
Taşlamadan sonra tüm kaynak uçlarının Manyetik Parçacık Testi (MT).
Bu, hiçbir çatlak-başlangıç kusurunun mevcut olmamasını sağlar.
4. Montaj ve{1}Hizmet İçi Hususlar
Cıvata Ön Yük Kontrolü: Flanşlı kule bağlantıları için, cıvatalarda eşit, yüksek ön yük sağlamak amacıyla hidrolik gergiler veya kalibre edilmiş tork anahtarları kullanın. Bu, flanş yüzlerinin çalışma sırasında basınç altında kalmasını, yükün sürtünme yoluyla aktarılmasını ve cıvataların yorulmaya karşı korunmasını sağlar.
Korozyon Koruması: Kaplama sisteminin bakımını yapın. Korozyon çukurları güçlü yorulma çatlağı başlatıcılarıdır. Çukurlaşma korozyonu meydana gelirse "D" sınıfı tokluğun bir önemi yoktur.
Yorgunluk Ömrünü İyileştirme Stratejisi Özet Tablosu
| Sahne | Anahtar Eylem | Yorulma İyileştirme Mekanizması |
|---|---|---|
| Tasarım | Geometriyi optimize edin; cömert yarıçaplar kullanın; Açıklıkları güçlendirin. | Yapısal stres konsantrasyon faktörünü (K_s) azaltır. |
| İmalat (Kaynak) | Tam-penetrasyonlu alın kaynakları kullanın; mükemmel hizalama sağlayın. | Kısmi nüfuziyet veya yanlış hizalamadan kaynaklanan çentik etkilerini ortadan kaldırır. |
| {0}Kaynak Sonrası İşlem | Tüm kaynak uçlarını pürüzsüz profile taşlayın. HFIT/UIT dövme uygulayın. | 1. Geometrik gerilim konsantrasyonunu (K_t) azaltır. 2. Çekme yorulma yüklerine karşı koyarak derin kompresif artık gerilime neden olur. |
| Kalite Kontrol | Kaynakların %100 UT/MT'si; kalın levhalar için Z-kaliteli çeliği belirtin. | Çatlak başlatıcı olan iç kusurları (cüruf, çatlak) ortadan kaldırır. |
| Ereksiyon | Flanş bağlantılarında eşit, yüksek cıvata ön yükünü sağlayın. | Yükü sürtünme, koruyucu cıvatalar ve flanş yoluyla döngüsel gerilimden aktarır. |
Çözüm
Q355D ana metalinin doğal S-N eğrisini (gerilme ve arızaya kadar olan döngüler) değiştiremezsiniz. Bu nedenle tüm strateji, nihai yapının ana metalin içsel yorulma sınırına mümkün olduğunca yakın performans göstermesini sağlamaktır.
Bu şu şekilde sağlanır:
Stres artırıcıları tasarlamak.
Mükemmel kaynaklar üretmek ve ardından bunları uç taşlama ve çekiçleme yoluyla geliştirmek.
Kusurları gidermek için aralıksız denetleme.
Rüzgar türbini kuleleri için, kule bölümlerinin uçlarındaki (bükülme momentlerinin en yüksek olduğu yerler) çevresel kaynakların kaynak sonrası işlemi (taşlama + çekiçleme)-yorulma ömrünü önemli ölçüde uzatmak için genellikle en uygun maliyetli tek önlemdir (taşlama + çekiçleme). Bu süreç, gelişmiş kule üretim standartlarında ve büyük türbin OEM'leri tarafından sıklıkla belirtilmektedir.