Ветровые турбины должны быть экологически чистыми, высокоэффективными, рентабельными и способны надежно работать не менее 20 лет. Однако по мере того, как турбины становятся все более мощными, требования к используемым компонентам растут, как и риск усталости материала.
Дефекты материала, такие как включения из шлака, известные как окалина, считаются нежелательными, поскольку они значительно снижают несущую способность деталей из чугуна с шаровидным графитом. Этот особый вид чугуна также используется для изготовления основной рамы ветряной турбины и ступиц ротора.
Изготовление таких компонентов затруднено из-за накопления окалины, которое часто происходит, несмотря на хитрости в методах литья.Вот почему литейные заводы следят за тем, чтобы обильно удаляли весь окалин и выпускали для использования только продукты, не содержащие окалины. Поскольку подобные дефекты обычно обнаруживаются на поверхности отливки или на несколько сантиметров ниже корки отливки, необработанная отливка тщательно шлифуется вручную. «По сравнению с другими дефектами материала, такими как полости в компоненте, пока нет способа надежно справиться с окалиной», — говорит д-р Кристоф Блейхер из Института прочности конструкций и надежности системы им.
Фраунгофера LBF в Дармштадте. С начала 2015 года он является лидером консорциума проекта unverDROSSen, целью которого является отойти от обычных требований к продуктам без окалины и, таким образом, избавиться от трудоемкой постпроизводственной работы.
«Чтобы сделать это, мы должны предоставить производителям и пользователям концепцию измерения звука, чтобы они могли оценить степень и тип окалины. Вот почему вместе с Институтом неразрушающего контроля им. Фраунгофера IZFP в Саарбрюккене мы разрабатываем экспериментально проверенная система классификации прочности окалины », — говорит Блейхер.
Минимизация переделокСпециалистам Fraunhofer удалось разработать методы испытаний, с помощью которых они могут обнаруживать, отображать и характеризовать окалину.
Они используют механизированное ультразвуковое исследование для отображения и измерения распределения в трехмерном формате. Они также проверяют обработанные поверхности компонентов с помощью магнитных и электромагнитных методов. С помощью этих методов они сканируют не только нижнюю часть отливки, как это принято, но и верхнюю часть, пораженную окалиной. «Используя нашу технологию неразрушающего контроля, мы измерили кубы размером 500 x 500 x 200 миллиметров каждый. Мы обнаружили, что распределение окалины в испытательных образцах сильно различается.
Иногда дефект материала распространяется на очень большую площадь поверхности, а глубина может варьироваться. от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров », — сообщает Фабиан Вебер из Fraunhofer IZFP. «Наши результаты не позволили нам вывести какую-либо закономерность». Это означает, что в будущем компоненты также придется проверять индивидуально. Однако, обладая ценной информацией, которую предоставляют технологии неразрушающего контроля IZFP, производители могут, по крайней мере, минимизировать необходимые переделки.Классифицирующая сила
На втором этапе проекта данные Fraunhofer IZFP будут использоваться для оценки прочности конструкции. С этой целью исследователи Fraunhofer LBF извлекают образцы усталости, каждый размером точно 150 x 35 миллиметров, из доставленных образцов для испытаний. «На основе статических и циклических методов испытаний мы определяем значения прочности для различных проявлений.
Для этого мы помещаем образец в один из наших испытательных стендов, разбираем его и затем снова сжимаем каждый образец вместе до десяти миллионов раз. «Такие эксперименты длятся около десяти дней», — поясняет Блейхер. Всего в течение трехлетнего проекта запланировано около 500 испытаний на усталость.
К концу 2017 года исследователи хотят выяснить, ослабевают ли образцы, пораженные окалиной, под нагрузкой, и в какой степени, так что они могут выйти из строя при максимальной нагрузке. Известно, что окалина приводит к образованию трещин, что значительно снижает способность компонента выдерживать циклические нагрузки. «Однако такие чугунные компоненты полностью подходят для других целей», — говорит Блейхер. «В будущем мы предложим концепцию для надежного обращения с дефектами материалов при проектировании компонентов, производстве и выпуске крупных литых компонентов из чугуна с шаровидным графитом.
Это будет применяться не только к ветряным электростанциям, но и ко всему сектору промышленного и машиностроения. ", — уверенно заключает Блейхер.