Rèn tuabin thủy lực là gì?

Rèn tuabin thủy điện là các bộ phận cấu trúc và quay của tuabin thủy điện được sản xuất thông qua quá trình rèn - nơi kim loại được tạo hình dưới lực nén cao thay vì được đúc từ kim loại nóng chảy hoặc được gia công từ phôi thanh. Quá trình rèn tạo ra cấu trúc hạt tinh tế, thẳng hàng trong kim loại giúp thành phần hoàn thiện có độ bền, khả năng chống mỏi và độ bền cao hơn đáng kể so với vật đúc tương đương. Những đặc tính này rất quan trọng đối với các bộ phận tuabin hoạt động dưới tải tác động thủy lực liên tục, áp suất nước cao và hoạt động liên tục trong nhiều thập kỷ trong môi trường thủy lực đòi hỏi khắt khe.

Các thành phần chính được sản xuất dưới dạng rèn tuabin thủy điện

Một số thành phần quan trọng trong tuabin thủy điện đòi hỏi các đặc tính cơ học vượt trội mà chỉ rèn mới có thể cung cấp:

Lưỡi chạy

Con lăn là trái tim quay của tuabin - nó chuyển đổi động năng và áp suất của nước chảy trực tiếp thành chuyển động quay cơ học. Các cánh truyền trong tuabin Francis, Kaplan và Pelton phải chịu được Tải thủy lực tuần hoàn liên tục ở áp suất có thể vượt quá 10 MPa , kết hợp với hư hỏng do xói mòn do xâm thực tại các bề mặt nơi tốc độ dòng nước tạo ra áp suất cục bộ giảm xuống dưới áp suất hơi. Các lưỡi chạy bằng thép không gỉ được rèn mang lại độ bền mỏi và khả năng chống xói mòn cần thiết để đáp ứng tuổi thọ hoạt động được tính bằng nhiều thập kỷ.

Trục tuabin

Trục chính truyền toàn bộ mômen quay của bánh dẫn tới máy phát điện. Đối với các tuabin thủy điện lớn, đường kính trục có thể vượt quá 1 mét và dài vài mét - đây là một trong những vật rèn có độ chính xác lớn nhất được sản xuất trong sản xuất công nghiệp. Trục phải duy trì độ chính xác về kích thước và tính toàn vẹn của mỏi thông qua hàng triệu chu kỳ khởi động-dừng và vận hành đầy tải liên tục, thường ở các bộ phận được thiết kế cho tuổi thọ sử dụng từ 40–60 năm.

Cánh dẫn hướng và cổng Wicket

Cánh dẫn hướng điều chỉnh dòng nước đi vào máy chạy, kiểm soát tốc độ tuabin và công suất đầu ra. Các bộ phận này trải qua chu kỳ đóng mở thường xuyên dưới áp suất thủy lực cao - tải trọng cơ học và thủy lực kết hợp làm cho thép không gỉ rèn hoặc thép không gỉ song trở thành vật liệu được lựa chọn để vận hành đáng tin cậy lâu dài.

Vỏ ổ trục và trung tâm

Vỏ ổ trục bằng thép rèn và trục dẫn hướng cung cấp tính toàn vẹn về cấu trúc cần thiết để hỗ trợ tải trọng truyền qua hệ thống ổ trục, trong khi cấu trúc vi mô được rèn đảm bảo các đặc tính cơ học nhất quán trong toàn bộ các bộ phận có tiết diện dày này.

Tại sao vật rèn lại tốt hơn vật đúc cho các ứng dụng tuabin

Sự lựa chọn giữa rèn và đúc cho các bộ phận tuabin không phải là tùy ý - môi trường vận hành của tuabin thủy điện đòi hỏi các đặc tính mà kết cấu đúc không thể đạt được:

Vật liệu được sử dụng trong quá trình rèn tuabin thủy lực

Material selection for rèn tuabin thủy điện phải tính đến các nhu cầu tổng hợp về độ bền cơ học cao, khả năng chống ăn mòn và xói mòn trong nước cũng như khả năng hàn cho công việc sửa chữa:

• Thép không gỉ Martensitic (ví dụ CA6NM, 13Cr4Ni): vật liệu chủ đạo cho các cánh dẫn hướng và cánh dẫn hướng - cung cấp khả năng chống xói mòn và ăn mòn do bọt khí xuất sắc trong nước trong khi vẫn duy trì cường độ năng suất cao cần thiết cho các bộ phận chịu tải
• Thép cacbon và thép hợp kim thấp: được sử dụng cho trục, trục và các bộ phận kết cấu nơi sự ăn mòn được kiểm soát bằng lớp phủ bảo vệ - mang lại độ bền và độ bền mỏi cần thiết cho các ứng dụng trục mô-men xoắn cao
• Thép không gỉ kép: ngày càng được chỉ định cho các bộ phận đòi hỏi cả độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vượt trội trong môi trường hóa học nước đầy thách thức

Quy trình sản xuất và kiểm tra chất lượng

Việc sản xuất các thiết bị rèn tuabin thủy điện tuân theo trình tự các bước quy trình và điểm kiểm tra được kiểm soát chặt chẽ:

1. Lựa chọn phôi và nấu chảy: Các thỏi thép chất lượng cao được lựa chọn và đối với các thành phần quan trọng, được nấu lại bằng hồ quang chân không (VAR) hoặc nấu lại bằng điện xỉ (ESR) để giảm thiểu tạp chất phi kim loại
2. Rèn nóng: Phôi được gia nhiệt được tạo hình dưới máy ép thủy lực hoặc rèn bằng búa theo hình dạng yêu cầu, với mức giảm được kiểm soát để tinh chỉnh cấu trúc hạt trong toàn bộ mặt cắt
3. Xử lý nhiệt: chu trình làm nguội và ủ tối ưu hóa sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo dai trong vật liệu hoàn thiện
4. Kiểm tra không phá hủy (NDT): kiểm tra siêu âm (UT) xác minh không có khuyết tật bên trong; kiểm tra hạt từ tính (MPI) kiểm tra tính toàn vẹn bề mặt và gần bề mặt; Kiểm tra thẩm thấu thuốc nhuộm (DPI) xác nhận chất lượng bề mặt
5. Kiểm tra tính chất cơ học: các mẫu từ mỗi lần rèn được kiểm tra độ bền kéo, kiểm tra độ va đập và kiểm tra độ cứng để xác minh sự phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của vật liệu
6. Kiểm tra kích thước: CMM hoặc đo thủ công xác nhận rằng tất cả các kích thước quan trọng đều nằm trong dung sai bản vẽ trước khi bộ phận được đưa ra để gia công