Rèn tuabin thủy điện Nhà sản xuất

Rèn tuabin thủy điện rất quan trọng đối với độ tin cậy của các nhà máy thủy điện vì chúng phải chịu đựng liên tục sự tiếp xúc với nước áp suất cao, trầm tích bị mài mòn và các ứng suất cơ học có tính chu kỳ. Vì hỏng hóc có thể dẫn đến lũ lụt thảm khốc hoặc ngừng hoạt động trong nhiều năm, nên các bộ phận quay có ứng suất cao hầu như chỉ được sản xuất bằng phương pháp rèn thay vì đúc.

1. Các thành phần rèn thiết yếu

Tua bin thủy điện quy mô lớn (Francis, Kaplan và Pelton) dựa vào các bộ phận rèn cụ thể sau:

• Trục chính: Đây là các dầm lớn theo chiều dọc hoặc ngang nối trục tuabin với máy phát điện. Chúng thường được rèn khuôn hở để đảm bảo dòng hạt liên tục dọc theo chiều dài của trục nhằm chống lại sự uốn cong và mỏi xoắn.

• Đĩa Pelton Runner: Đối với tuabin xung lực đầu cao, đĩa trung tâm được rèn thành một bộ phận duy nhất. Sau đó, các thùng được gia công từ đĩa rèn đặc ("Được rèn hoàn toàn") hoặc được hàn vào đó.

• Trục và trục cánh Kaplan: Trong tuabin Kaplan, hệ thống "Quy định kép" yêu cầu các cánh quay. Các trục giữ các lưỡi dao này được rèn để chịu được lực ly tâm phức tạp.

• Cánh gạt cổng Wicket: Những "cửa chớp" có thể điều chỉnh này kiểm soát dòng nước. Cánh gạt được rèn có khả năng chống xói mòn xâm thực cao hơn so với phiên bản đúc.

2. Vật liệu hiệu suất cao

Việc rèn tuabin thủy điện phải "sạch" (không có tạp chất) và có khả năng chống ăn mòn và xói mòn cao.

3. Yêu cầu sản xuất đặc biệt

Bản chất "Phi tiêu chuẩn" của tua bin thủy điện có nghĩa là mỗi lần rèn là một dự án tùy chỉnh:

• Khử khí chân không (VD/VOD): Trong giai đoạn sản xuất thép, xử lý chân không được sử dụng để loại bỏ hydro và oxy. Điều này ngăn ngừa hiện tượng "mảnh hydro" có thể dẫn đến các vết nứt bên trong trục dày.

• Rèn hình dạng gần lưới: Đối với các thanh chạy Francis lớn, các lưỡi dao thường được rèn thành hình dạng gần giống với thiết kế cuối cùng để giảm thiểu việc gia công thép không gỉ đắt tiền.

• Rèn từng bước: Trục được rèn với các đường kính (bước) khác nhau trong một mảnh để loại bỏ nhu cầu hàn các mặt bích riêng biệt, điều này sẽ tạo ra các điểm yếu về cấu trúc.

4. Những thách thức quan trọng về chất lượng

• Khả năng chống xâm thực: Xâm thực xảy ra khi áp suất nước giảm nhanh, tạo thành bong bóng hơi "nổ" vào bề mặt kim loại. Cấu trúc vi mô dày đặc của vật rèn mang lại khả năng chống lại hiện tượng "rỗ" này tốt hơn so với cấu trúc xốp của vật đúc.

• Ứng suất dư: Vật rèn lớn có thể "di chuyển" hoặc cong vênh sau khi gia công nếu ứng suất bên trong không được giảm bớt đúng cách. Chu trình giải tỏa căng thẳng sâu là bắt buộc.

• Kiểm tra không phá hủy (NDT): Kiểm tra siêu âm 100% (UT) là cần thiết để đảm bảo không có "vật thể vùi" bên trong nào tồn tại ở trung tâm các trục có đường kính có thể trên 1 mét.

Câu hỏi thường gặp: Rèn tuabin thủy điện

Câu hỏi 1: Tại sao thép không gỉ 13Cr4Ni lại phổ biến trong việc rèn thủy lực?

• Đáp: Nó mang lại sự cân bằng độc đáo. Nó đủ cứng để chống lại tác động "giấy nhám" của phù sa trong nước (xói mòn), nhưng nó có đủ "độ bền va đập" để xử lý các mảnh vụn (khúc gỗ, đá) thỉnh thoảng đi qua tuabin.

Câu hỏi 2: Bạn có thể sửa chữa một thanh ray rèn nếu nó bị hư hỏng do xâm thực không?

• Đ: Vâng. Không giống như một số hợp kim chuyên dụng, vật liệu rèn thép không gỉ martensitic có khả năng “sửa chữa” cao khi sử dụng que hàn chuyên dụng (như AWS E309L). Điều này rất quan trọng vì việc thay thế một người chạy có thể tốn hàng triệu đô la và mất hơn một năm.

Câu 3: Những vật rèn này có thể lớn đến mức nào?

• Trả lời: Đối với các dự án lớn như Đập Tam Hiệp, trục tuabin có thể vượt quá 100 tấn chỉ trong một lần rèn, đòi hỏi một số máy ép thủy lực lớn nhất thế giới (lực lên tới 15.000–20.000 tấn).

Câu hỏi 4: Có xu hướng hướng tới người chạy bộ "Hybrid" không?

• Đ: Vâng. Nhiều nhà sản xuất hiện đại sử dụng phương pháp hàn rèn: các lưỡi dao có hình dạng phức tạp được rèn riêng để có độ bền tối đa và sau đó được hàn vào một trục rèn trung tâm. Điều này kết hợp sức mạnh của việc rèn với tính linh hoạt trong thiết kế của việc lắp ráp.