อะไรคือลักษณะของการตีขึ้นรูปกังหันน้ำ?

การตีขึ้นรูปกังหันน้ำ ถูกกำหนดโดยชุดคุณลักษณะเฉพาะและความต้องการที่แยกความแตกต่างจากการตีขึ้นรูปที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมอื่น ๆ คุณลักษณะที่สำคัญที่สุด 6 ประการ ได้แก่ ความแข็งแรงเชิงกลที่เหนือกว่า ความต้านทานต่อความล้าที่ดีเยี่ยม ทนต่อการเกิดโพรงอากาศและการกัดเซาะสูง ความสมบูรณ์ของมิติที่แม่นยำสำหรับขนาดหน้าตัดขนาดใหญ่ คุณสมบัติความหนาทะลุผ่านที่สม่ำเสมอ และความต้านทานการกัดกร่อนในระยะยาวเมื่อสัมผัสกับน้ำอย่างต่อเนื่อง คุณลักษณะแต่ละอย่างเหล่านี้เป็นการตอบสนองโดยตรงต่อสภาวะไฮดรอลิก กลไก และสภาพแวดล้อมที่รุนแรงภายในกังหันน้ำที่ใช้งานอยู่ ซึ่งเป็นสภาวะที่ไม่มีกระบวนการผลิตหรือวิธีการเลือกใช้วัสดุอื่นใดสามารถจัดการได้อย่างน่าเชื่อถือตามที่ระบุไว้อย่างเหมาะสมและผลิตการตีขึ้นรูป

ส่วนด้านล่างจะตรวจสอบคุณลักษณะแต่ละอย่างโดยละเอียด พร้อมด้วยข้อมูลสนับสนุนและบริบทเชิงปฏิบัติเพื่ออธิบายว่าคุณสมบัติเหล่านี้แปลงเป็นประสิทธิภาพของกังหันในโลกแห่งความเป็นจริงและอายุการใช้งานที่ยืนยาวได้อย่างไร

ความแข็งแรงทางกลสูงทั่วทั้งหน้าตัดขนาดใหญ่

ลักษณะพื้นฐานที่สุดของการตีขึ้นรูปกังหันน้ำคือความสามารถในการรับภาระทางกลที่สูงมากโดยไม่ให้ผลผลิต แตกร้าว หรือเสียรูปอย่างถาวร เพลาหลักของกังหัน ดุมทางรันเนอร์ และตัวพาใบพัดจะต้องต้านทานการบิด การโค้งงอ แรงดันไฮดรอลิก และแรงเหวี่ยงไปพร้อมๆ กัน ซึ่งมักจะอยู่รวมกันจนเข้าใกล้ขีดจำกัดการออกแบบของวัสดุ

ข้อกำหนดด้านแรงดึงและกำลังรับแรงดึง

โดยทั่วไปแล้วการตีขึ้นรูปเพลากังหันโลหะผสมเหล็กจะระบุด้วย กำลังรับผลผลิตขั้นต่ำ 550 ถึง 750 MPa และความต้านทานแรงดึง 700 ถึง 900 MPa ขึ้นอยู่กับเกรดโลหะผสมและเงื่อนไขการบริการ มีการระบุการตีขึ้นรูปสเตนเลสสตีลมาร์เทนซิติก (เกรด CA6NM) ที่ กำลังรับผลผลิตขั้นต่ำ 550 MPa และความต้านทานแรงดึง 755 MPa ในสภาวะที่ได้รับความร้อนเต็มที่ ระดับความแข็งแรงเหล่านี้ต้องได้รับและตรวจสอบไม่เพียงแต่ที่พื้นผิวของการตีขึ้นรูปเท่านั้น แต่ยังสม่ำเสมอทั่วทั้งหน้าตัดทั้งหมด รวมถึงจุดศูนย์กลางของเพลากังหันที่อาจ เส้นผ่านศูนย์กลาง 1,000 ถึง 2,000 มม .

การบรรลุคุณสมบัติหน้าตัดที่สม่ำเสมอในหน้าตัดขนาดใหญ่ถือเป็นหนึ่งในแง่มุมที่ท้าทายทางเทคนิคมากที่สุดในการผลิตกังหันตีขึ้นรูป อัตราการดับที่จุดศูนย์กลางของเพลาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,500 มม. จะช้ากว่าที่พื้นผิวอย่างมาก ส่งผลให้โครงสร้างจุลภาคหยาบขึ้นและอาจมีความแข็งแรงลดลงหากไม่ได้เลือกโลหะผสมสำหรับขนาดหน้าตัดอย่างถูกต้อง นี่คือสาเหตุที่การตีขึ้นรูปเพลากังหันมักผลิตจากเหล็กกล้าโลหะผสมโครเมียม-โมลิบดีนัมหรือโครเมียม-โมลิบดีนัม-วานาเดียมซึ่งมีความสามารถในการชุบแข็งเพียงพอเพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคที่ต้องการ แม้ที่อัตราการเย็นตัวที่ช้าในส่วนลึกภายในส่วนตัดก็ตาม

ความเหนียวและทนต่อแรงกระแทก

ความแข็งแรงคงที่สูงเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ — การตีกังหันจะต้องดูดซับพลังงานโดยไม่แตกหักเมื่ออยู่ภายใต้แรงกะทันหันจากเหตุการณ์ค้อนน้ำ การปฏิเสธโหลดชั่วคราว หรือสภาวะความผิดปกติของกริด ซึ่งต้องใช้ความทนทานต่อการแตกหักสูง โดยวัดจากพลังงานกระแทก Charpy V-notch ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการตีเพลากังหันต้องใช้พลังงานกระแทกแบบชาร์ปี 40 ถึง 70 จูล ที่ 0°C ทดสอบกับชิ้นงานทดสอบในทิศทางที่ให้ผลเสียมากที่สุดสัมพันธ์กับการไหลของเกรนการตีขึ้นรูป สำหรับการตีขึ้นรูปถัง Pelton runner ที่สัมผัสกับแรงกระแทกของน้ำความเร็วสูง จะมีการระบุค่าความเหนียวที่สูงขึ้นเพื่อต้านทานการแพร่กระจายของรอยแตกจากความเสียหายที่พื้นผิว

ต้านทานความเหนื่อยล้าได้ดีเยี่ยมภายใต้การโหลดแบบวนรอบ

ความเหนื่อยล้า — การพัฒนาอย่างต่อเนื่องและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวภายใต้ความเครียดแบบวน — เป็นรูปแบบความล้มเหลวหลักสำหรับส่วนประกอบกังหันที่หมุน กังหันน้ำที่สตาร์ทและหยุดวันละครั้งจะสะสม รอบการโหลดประมาณ 15,000 รอบตลอดอายุการใช้งาน 40 ปี โดยแต่ละรอบจะขึ้นอยู่กับเพลา ดุมรันเนอร์ และก้านใบพัดนำทางเพื่อการพลิกกลับความเค้นอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งที่วางทับบนโหลดความเมื่อยล้ารอบต่ำเหล่านี้คือการสั่นสะเทือนความถี่สูงจากการไหลวนของกระแสน้ำวนไฮดรอลิก ปฏิกิริยาระหว่างโรเตอร์-สเตเตอร์ และการกระชากของท่อร่างที่สามารถเข้าถึงความถี่ 5 ถึง 50 เฮิรตซ์ ซึ่งสะสมเหตุการณ์ความล้ารอบสูงนับล้านครั้งต่อปีของการทำงาน

บทบาทของโครงสร้างเกรนในชีวิตที่เหนื่อยล้า

กระบวนการตีขึ้นรูปช่วยยืดอายุความล้าได้โดยตรงโดยการปรับและจัดตำแหน่งโครงสร้างเกรนของเหล็ก การเสียรูปที่ได้รับการควบคุมในระหว่างการทุบขึ้นรูปด้วยความร้อนจะทำให้โครงสร้างการแข็งตัวของเดนไดรต์หยาบแตกออกจากแท่งโลหะเดิม และแทนที่ด้วยโครงสร้างเกรนที่ละเอียดและสมดุล ส่วนประกอบที่ปลอมแปลงแสดงให้เห็นถึงขีดจำกัดความทนทานต่อความล้าที่สูงกว่าการหล่อที่เทียบเท่ากับองค์ประกอบเดียวกัน 30 ถึง 60% อย่างสม่ำเสมอ เนื่องจากโครงสร้างเกรนที่ผ่านการขัดเกลาทำให้มีขอบเขตเกรนมากขึ้นในการเบี่ยงเบนและยับยั้งรอยแตกร้าวจากความล้าที่เพิ่มขึ้น และเนื่องจากการตีขึ้นรูปจะขจัดความพรุนภายในและกลุ่มการรวมตัวที่ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกเมื่อยล้าในการหล่อ

การควบคุมความเข้มข้นของผิวสำเร็จและความเครียด

แม้ในการตีขึ้นรูปโลหะที่ยอดเยี่ยม รอยแตกเมื่อยล้ามักจะเริ่มต้นที่ความเข้มข้นของความเค้นที่พื้นผิว เช่น ร่องสลัก รัศมีของเนื้อ ร่องซีล และจุดสูงสุดของความขรุขระของพื้นผิว ข้อมูลจำเพาะการตีกังหันจึงรวมข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับการตกแต่งพื้นผิว (โดยทั่วไป Ra ≤ 1.6 µm ที่ส่วนวิกฤต) และรัศมีเนื้อขั้นต่ำ (บ่อยครั้ง 30 ถึง 80 มม ที่การเปลี่ยนบ่าเพลา เทียบกับ 5 ถึง 10 มม. ในการใช้งานที่มีความสำคัญน้อยกว่า) ข้อกำหนดทางเรขาคณิตเหล่านี้บรรลุได้เพียงเพราะความสามารถในการขึ้นรูปที่เหนือกว่าของการตีขึ้นรูปคุณภาพสูงช่วยให้การตัดเฉือนที่มีความแม่นยำมีพิกัดความเผื่อที่แคบโดยไม่ทำให้เกิดความเสียหายต่อพื้นผิวที่เกิดจากการตัดเฉือน

ความต้านทานการกัดกร่อนของโพรงอากาศ: การปกป้องพื้นผิวจากการทำลายด้วยระบบไฮดรอลิก

การกัดเซาะของโพรงอากาศถือเป็นกลไกการย่อยสลายที่โดดเด่นและท้าทายที่สุดโดยเฉพาะกับส่วนประกอบของกังหันน้ำ เกิดขึ้นเมื่อแรงดันน้ำในท้องถิ่นต่ำทำให้น้ำระเหยและก่อตัวเป็นฟอง ซึ่งจะยุบตัวอย่างรุนแรงเมื่อเคลื่อนเข้าสู่บริเวณที่มีความกดอากาศสูงกว่า ทำให้เกิดพัลส์แรงดันเฉพาะที่เกินกว่า เกรดเฉลี่ย 1 ที่กัดกร่อนพื้นผิวโลหะทางกายภาพในอัตราที่สามารถกำจัดวัสดุมิลลิเมตรต่อปีในกรณีที่รุนแรง

เหตุใดเหล็กกล้าไร้สนิม Martensitic จึงเป็นมาตรฐานสำหรับส่วนประกอบไฮดรอลิก

ความต้านทานของวัสดุต่อการกัดเซาะของโพรงอากาศมีความสัมพันธ์อย่างมากกับความแข็ง ความแข็งแรงของผลผลิต และความสามารถในการชุบแข็งในงาน ซึ่งคุณสมบัติทั้งหมดนี้ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นโดยกระบวนการตีขึ้นรูปและโดยการเลือกใช้เกรดสเตนเลสมาร์เทนซิติก เกรดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ CA6NM (13% Cr, 4% Ni, 0.5% Mo) มีการผสมผสานระหว่าง ความต้านทานการกัดกร่อนของคาวิเทชั่นมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนประมาณ 3 ถึง 5 เท่า ในการทดสอบคาวิเทชั่นแบบสั่นสะเทือนที่ได้มาตรฐาน ขณะเดียวกันก็ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่จำเป็นสำหรับการทำงานต่อเนื่องในน้ำจืดและน้ำเกลืออ่อน

ส่วนประกอบ CA6NM ปลอมแปลงได้ประโยชน์จากโครงสร้างจุลภาคมาร์เทนซิติกที่มีเนื้อละเอียดสม่ำเสมอตลอดทั้งหน้าตัด ส่วนประกอบหล่อของโลหะผสมชนิดเดียวกันอาจมีขนาดเกรนที่หยาบกว่า การแยกตัวของเดนไดรต์ และความแปรผันขององค์ประกอบเฉพาะที่ลดความต้านทานต่อการเกิดคาวิเทชันในโซนเฉพาะ — โซนที่การโจมตีด้วยคาวิเทชั่นมีแนวโน้มรุนแรงที่สุด เช่น หน้าดูดของใบมีดรันเนอร์ใกล้กับขอบท้าย

ความต้านทานการสึกหรอจากการเสียดสีในน้ำที่มีตะกอน

กังหันน้ำจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเอเชีย อเมริกาใต้ และภูมิภาคภูเขา ทำงานบนแม่น้ำที่มีตะกอนจำนวนมาก เช่น อนุภาคของควอตซ์และเฟลด์สปาร์ ที่มีค่าความแข็ง 7 ถึง 8 ในระดับ Mohs อนุภาคเหล่านี้จะขัดถูใบพัดกังหัน พื้นผิวใบพัดนำทาง และหน้าซีลในอัตราสัดส่วนกับความเข้มข้นของอนุภาค ขนาดอนุภาค ความเร็วการไหล และความแข็งของวัสดุกังหัน ส่วนประกอบเหล็กสเตนเลสหลอมที่มีความแข็งพื้นผิว 250 ถึง 350 HB ต้านทานการสึกหรอจากการเสียดสีได้ดีกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนชนิดอ่อนกว่าอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีอัตราการสึกหรอในการทดสอบภาคสนามโดยทั่วไป ลดลง 40 ถึง 60% ที่ความเข้มข้นของตะกอนและความเร็วการไหลที่เท่ากัน

ความสมบูรณ์ของมิติและความแม่นยำของส่วนประกอบขนาดใหญ่

การตีขึ้นรูปกังหันน้ำ เป็นหนึ่งในส่วนประกอบทางกลที่มีความแม่นยำที่ใหญ่ที่สุดที่ผลิตขึ้นในทุกอุตสาหกรรม เพลาหลักที่ปลอมสำหรับกังหันฟรานซิสขนาดใหญ่อาจเป็นได้ ความยาว 4 ถึง 8 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 1,000 ถึง 2,000 มม. และหนัก 50 ถึง 150 ตัน . ศูนย์กลางกังหันของ Kaplan ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับการติดตั้งในแม่น้ำขนาดใหญ่มากสามารถมีน้ำหนักเกิน 200 ตัน ในระดับเหล่านี้ การรักษาความถูกต้องของมิติและความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตที่จำเป็นสำหรับการติดตั้งและการทำงานที่ถูกต้องถือเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมและการผลิตที่สำคัญ

ข้อกำหนดด้านความตรงและความกลม

เพลาหลักของกังหันจะต้องตรงเข้าไปด้านใน 0.1 ถึง 0.2 มม. ต่อความยาวเมตร หลังการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย เพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนที่เกิดจากส่วนโค้งของเพลา ความกลมของพื้นผิวเจอร์นัล - โดยที่เพลาวิ่งในตลับลูกปืนนำทาง - โดยทั่วไปจะระบุไว้ภายใน 0.02 ถึง 0.05 มม ตัวบ่งชี้หมดสิ้นทั้งหมด การจะบรรลุเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนเหล่านี้ในส่วนประกอบที่มีน้ำหนัก 50 ตันนั้น จะต้องทำให้การตีขึ้นรูปนั้นปราศจากการบิดเบี้ยวที่เกิดจากความเครียดที่หลงเหลืออยู่ การอบชุบด้วยความร้อนจะต้องดำเนินการในลักษณะที่ได้รับการควบคุมซึ่งไม่ทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนที่ไม่สมมาตร และค่าเผื่อการตีขึ้นรูปนั้นเพียงพอที่จะตัดเฉือนการแยกชิ้นส่วนหรือตะกรันออกจากพื้นผิวโดยไม่ทิ้งข้อบกพร่องใต้ผิวดินไว้

การจัดการความเครียดตกค้าง

การตีขึ้นรูปขนาดใหญ่จะสะสมความเค้นตกค้างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการตีขึ้นรูปและการบำบัดความร้อนในภายหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการชุบแข็ง ซึ่งการระบายความร้อนที่พื้นผิวอย่างรวดเร็วจะสร้างชั้นพื้นผิวที่ถูกบีบอัดเหนือแกนแรงดึง หากความเค้นตกค้างเหล่านี้ไม่ได้รับการบรรเทาก่อนการตัดเฉือน การกำจัดวัสดุระหว่างการตัดเฉือนหยาบอาจทำให้การตีขึ้นรูปบิดเบี้ยว ทำลายความแม่นยำของมิติที่ไม่สามารถคืนสภาพได้หากไม่มีการตัดเฉือนใหม่ การอบชุบคลายความเครียดขั้นสุดท้ายที่อุณหภูมิ 550°C ถึง 650°C เป็นเวลาหลายชั่วโมงต่อความหนาของส่วน 25 มม. จึงเป็นคุณลักษณะมาตรฐานของการตีขึ้นรูปกังหันที่ผลิตอย่างดี และต้องได้รับการตรวจสอบความสมบูรณ์ในเอกสารรับรองวัสดุ

ความสม่ำเสมอของคุณสมบัติความหนาทะลุ

หนึ่งในคุณลักษณะที่มีความต้องการทางเทคนิคมากที่สุดของการตีขึ้นรูปกังหันน้ำคือข้อกำหนดที่ว่าคุณสมบัติทางกลจะต้องสม่ำเสมอตั้งแต่พื้นผิวไปจนถึงศูนย์กลางของส่วนประกอบ ซึ่งเป็นสภาวะที่เรียกว่าความสม่ำเสมอของคุณสมบัติความหนาทะลุหรือความเพียงพอในการชุบแข็ง

คุณลักษณะนี้ได้รับการตรวจสอบโดยการตัดชิ้นงานทดสอบจากหลายตำแหน่งภายในการตี รวมถึงจากศูนย์กลางของหน้าตัดที่ใหญ่ที่สุด โดยทั่วไปข้อกำหนดกำหนดให้คุณสมบัติแรงดึงที่อยู่ตรงกลางของส่วนต้องไม่ตกเกิน ต่ำกว่าค่าพื้นผิว 10 ถึง 15% และพลังงานกระแทกแบบชาร์ปีที่ศูนย์กลางจะตรงกับค่าต่ำสุดสัมบูรณ์เดียวกันกับชิ้นงานพื้นผิว สำหรับเพลาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,500 มม. จุดศูนย์กลางจะอยู่ห่างจากพื้นผิวใดๆ ประมาณ 750 มม. ซึ่งเป็นความลึกที่อัตราการเย็นตัวในระหว่างการชุบแข็งอาจน้อยกว่าหนึ่งในสิบของอัตราการเย็นตัวของพื้นผิว ทำให้ความสามารถในการชุบแข็งเป็นข้อกำหนดในการออกแบบโลหะผสมที่เข้มงวด

นี่คือสาเหตุที่โลหะผสมชอบ 34CrNiMo6 และ 30CrNiMo8 — ที่มีปริมาณนิกเกิล 1.4% และ 1.8–2.2% ตามลำดับ — ได้รับการระบุไว้สำหรับการตีขึ้นรูปเพลากังหันที่ใหญ่ที่สุด การเติมนิกเกิลจะเปลี่ยนแผนภาพการเปลี่ยนแปลงความเย็นอย่างต่อเนื่อง (CCT) เป็นระยะเวลานานขึ้น ช่วยให้ส่วนลึกของการตีขึ้นรูปขนาดใหญ่พัฒนามาร์เทนไซต์หรือเบนไนต์ที่เพียงพอในระหว่างการชุบแข็งเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรง

ความต้านทานการกัดกร่อนเมื่อสัมผัสน้ำอย่างต่อเนื่อง

ส่วนประกอบกังหันน้ำทำงานโดยสัมผัสกับน้ำไหลอย่างต่อเนื่อง บางครั้งอาจใช้เวลานานหลายปีระหว่างการปิดซ่อมบำรุง นี่เป็นข้อกำหนดเฉพาะเกี่ยวกับความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุตีขึ้นรูป ซึ่งจะแตกต่างกันไปอย่างมากขึ้นอยู่กับเคมีของน้ำในการติดตั้งเฉพาะ

น้ำจืดและสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเล็กน้อย

สำหรับสถานีพลังน้ำภายในประเทศส่วนใหญ่ที่ทำงานบนแม่น้ำหรืออ่างเก็บน้ำที่มีค่า pH น้ำจืดใกล้เคียงเป็นกลาง การตีขึ้นรูปเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก (CA6NM / 13Cr4Ni) ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่เพียงพอสำหรับส่วนประกอบที่รับภาระด้วยระบบไฮดรอลิก เช่น รางน้ำและใบพัดนำ การตีเหล็กกล้าคาร์บอนที่ใช้สำหรับส่วนประกอบโครงสร้าง (เพลา หน้าแปลน ฝาครอบ) ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ได้รับการปกป้องด้วยการเคลือบสีและระบบป้องกันแคโทด แทนที่จะต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมโดยธรรมชาติ ฟิล์มโครเมียมออกไซด์แบบพาสซีฟบนสแตนเลส CA6NM คงความสมบูรณ์ในน้ำที่มีค่า pH 6 ถึง 9 — ครอบคลุมช่วงที่พบในการติดตั้งพลังน้ำน้ำจืดธรรมชาติเกือบทั้งหมด

การใช้งานเคมีน้ำเชิงรุก

ในรูปแบบการจัดเก็บแบบสูบที่ทำงานในพื้นที่ที่มีน้ำใต้ดินที่เป็นกรด ในการติดตั้งขึ้นน้ำลงหรือทางน้ำไหลของแม่น้ำที่มีน้ำกร่อย หรือในการใช้งานพลังน้ำทางอุตสาหกรรมที่น้ำในกระบวนการผลิตมีสารเคมีละลายอยู่ เหล็กกล้าไร้สนิมมาตรฐาน CA6NM อาจไม่เพียงพอ การใช้งานเหล่านี้ต้องการการตีขึ้นรูปจากเกรดโลหะผสมที่สูงกว่า เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ (2205 / S31803 พร้อมด้วย Cr 22% และ Ni 5%) หรือเกรดซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (25% Cr) ซึ่งมีดัชนีความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุน (PREN = Cr 3.3Mo 16N) 35 ถึง 43 เทียบกับประมาณ 25 สำหรับ CA6NM ความสามารถในการขึ้นรูปของเกรดดูเพล็กซ์เป็นที่ยอมรับ แต่ต้องมีการควบคุมอุณหภูมิการตีขึ้นรูปและอัตราส่วนการลดอย่างระมัดระวัง เพื่อหลีกเลี่ยงการเปราะจากการสร้างเฟสซิกมา

การกัดกร่อนตามรอยแยกและความเข้ากันได้ทางไฟฟ้า

คุณลักษณะที่มักถูกมองข้ามในข้อกำหนดการตีขึ้นรูปกังหันคือความเสี่ยงของการกัดกร่อนของรอยแยกที่จุดเชื่อมต่อระหว่างโลหะที่ไม่เหมือนกันหรือที่ข้อต่อที่แน่นหนาระหว่างส่วนประกอบที่หลอมผสมพันธุ์ ส่วนเชื่อมต่อแบบเบลดถึงฮับบน Kaplan runners, ส่วนต่อประสานระหว่างก้านใบพัดถึงบุชชิ่งของใบพัด และพื้นผิวรูโบลต์ล้วนเป็นจุดที่อาจเกิดการกัดกร่อนตามรอยแยกได้ โดยทั่วไปมาตรฐานการออกแบบกำหนดให้วัสดุผสมพันธุ์มีความต่างศักย์ไฟฟ้าน้อยกว่า 50 มิลลิโวลต์ ในเคมีของน้ำบริการ และการบำบัดพื้นผิวหรือสารเคลือบหลุมร่องฟันจะถูกใช้ที่ส่วนต่อประสานเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำเข้าไปในรูปทรงรอยแยก

ความสะอาดภายในและปราศจากข้อบกพร่อง

คุณลักษณะที่กำหนดของการตีขึ้นรูปกังหันน้ำระดับพรีเมี่ยมคือระดับความสะอาดภายในที่จำเป็นเป็นพิเศษ ไม่เพียงแต่ปราศจากข้อบกพร่องร้ายแรงที่ตรวจพบได้โดยการทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง แต่ยังควบคุมจำนวนการรวมตัวของอโลหะด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ตรวจสอบประสิทธิภาพความล้าในระบบวงจรสูง

ความสะอาดของเหล็กและการรวมอโลหะ

สิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ออกไซด์ ซัลไฟด์ และซิลิเกตที่ติดอยู่ในเหล็กระหว่างการหลอมและการแข็งตัว ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นความเค้นที่ทำให้เกิดรอยแตกเมื่อยล้าภายใต้การโหลดแบบวนรอบ ระบบการให้คะแนนแบบรวม ASTM E45 จะให้คะแนนการรวมในระดับ 0 (สะอาดที่สุด) ถึง 3 (รุนแรงที่สุด) สำหรับทั้งซีรีส์บางและหนัก โดยทั่วไปการตีเพลากังหันแบบพรีเมียมจะต้องมีอัตราการรวมสูงสุด 1.5 บางและหนัก 1.0 สำหรับประเภทรวมทุกประเภท — การให้คะแนนที่สามารถทำได้โดยการกำจัดแก๊สแบบสุญญากาศหรือการกลั่นทัพพี ตามด้วยการบำบัดด้วยแคลเซียมเพื่อปรับเปลี่ยนสัณฐานวิทยาแบบรวมจากสตริงเกอร์ที่ยาวไปจนถึงทรงกลมที่โค้งมนและสร้างความเสียหายน้อยกว่า

ปริมาณไฮโดรเจนได้รับการควบคุมแยกกัน โดยมีข้อกำหนดโดยทั่วไปด้านล่าง 1.5 ppm หลังจากการไล่แก๊สแบบสุญญากาศ เพื่อป้องกันการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน (หรือที่เรียกว่าการแตกเป็นแผ่นหรือจุดสีขาว) ที่อาจเกิดขึ้นในการตีขึ้นรูปขนาดใหญ่และเย็นอย่างช้าๆ หากไฮโดรเจนที่ละลายตกตะกอนเป็นก๊าซไฮโดรเจนโมเลกุลที่ขอบเขตของเมล็ดพืชและส่วนต่อประสานแบบรวม

มาตรฐานการยอมรับอัลตราโซนิก

คุณภาพภายในของการตีขึ้นรูปกังหันสำเร็จรูปได้รับการตรวจสอบโดยการทดสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเชิงปริมาตร (UT) เต็มรูปแบบ ตามมาตรฐานที่อ้างอิงในรหัสสากล เช่น EN 10228-3 (สำหรับการตีขึ้นรูปเพลาเหล็กโลหะผสม) หรือ ASTM A388 มาตรฐานเหล่านี้กำหนดระดับการยอมรับในแง่ของขนาดข้อบกพร่องเทียบเท่าสูงสุดที่อนุญาต ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางรูก้นแบน (FBH) โดยทั่วไปแล้วการตีขึ้นรูปเพลากังหันที่สำคัญจะได้รับการยอมรับในระดับคุณภาพ 3 หรือดีกว่าของ EN 10228-3 ซึ่งสอดคล้องกับข้อบ่งชี้ที่ไม่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเทียบเท่ากับ FBH เกิน 3 มม. โดยมีข้อจำกัดเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อบ่งชี้แบบคลัสเตอร์ภายในพื้นที่อ้างอิงที่กำหนดไว้ สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการมากที่สุด จะมีการระบุขีดจำกัด FBH ที่ 2 มม. ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่บังคับใช้กับสต๊อกลิ่มโลหะที่หลอมด้วยไฟฟ้าสแล็ก (ESR) หรือโลหะที่หลอมด้วยอาร์คสุญญากาศ (VAR)

ความสามารถในการเชื่อม: ช่วยให้สามารถซ่อมแซมและผลิตได้

คุณลักษณะที่สำคัญแต่มักจะไม่ค่อยได้รับการชื่นชมของการตีขึ้นรูปกังหันน้ำคือความสามารถในการเชื่อม — ความสามารถของวัสดุการตีขึ้นรูปที่จะเชื่อมได้โดยไม่แตกร้าว การเปราะ หรือการสูญเสียคุณสมบัติทางกลที่ไม่สามารถยอมรับได้ในเขตที่ได้รับความร้อน (HAZ)

ความสามารถในการเชื่อมมีความสำคัญด้วยเหตุผลหลักสองประการ ประการแรก ส่วนประกอบทางวิ่งกังหันจำนวนมากได้รับการผลิตขึ้นโดยใช้องค์ประกอบที่หลอมและเชื่อมเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น รางกังหันฟรานซิสที่เม็ดมะยมและสายรัดถูกหลอมแยกกัน จากนั้นจึงเชื่อมเข้ากับใบมีดแบบหล่อหรือแบบหลอม ประการที่สอง ความเสียหายจากการกัดเซาะของคาวิเทชันต่อรันเนอร์เบลดได้รับการซ่อมแซมโดยการฝากโลหะเชื่อมไว้ในบริเวณที่ถูกกัดเซาะ และเจียรกลับคืนสู่รูปแบบเดิม ซึ่งเป็นขั้นตอนการบำรุงรักษาที่อาจทำซ้ำได้หลายครั้งตลอดอายุการใช้งานของกังหัน

เหล็กกล้าไร้สนิม CA6NM มีคุณค่าเป็นพิเศษในอุตสาหกรรมกังหันเนื่องจากมีความสามารถในการเชื่อมที่ดีเมื่อเทียบกับเกรดสเตนเลสมาร์เทนซิติกอื่นๆ โดยมีปริมาณคาร์บอนเทียบเท่ากันโดยทั่วไป คาร์บอนน้อยกว่า 0.06% สามารถเชื่อมด้วยโลหะตัวเติมที่เข้ากันหรือโลหะผสมเกินได้โดยไม่ต้องใช้ความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT) ในการใช้งานหลายประเภท แม้ว่าแนะนำให้ใช้ PWHT ที่อุณหภูมิ 580°C ถึง 620°C สำหรับข้อต่อที่มีข้อจำกัดสูงและส่วนที่หนา เพื่อให้มั่นใจถึงความเหนียวสูงสุดใน HAZ

คุณสมบัติเฉพาะที่เปรียบเทียบ: การตีขึ้นรูปกังหันน้ำกับเส้นทางการผลิตทางเลือก

ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบโดยตรงของลักษณะเฉพาะที่สำคัญระหว่างแนวทางการปลอมแปลง การหล่อ และแบบประดิษฐ์ (แผ่นเชื่อม) สำหรับส่วนประกอบกังหันน้ำที่เทียบเท่ากัน:

ความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับและการจัดทำเอกสาร: คุณลักษณะที่กำหนดการประกันคุณภาพ

ลักษณะเฉพาะที่ทำให้การตีขึ้นรูปกังหันน้ำระดับพรีเมียมแตกต่างจากทางเลือกเกรดต่ำคือเส้นทางการจัดทำเอกสารที่ครอบคลุมซึ่งมาพร้อมกับส่วนประกอบทุกส่วนตั้งแต่วัตถุดิบไปจนถึงสภาพที่ติดตั้ง การตรวจสอบย้อนกลับนี้ไม่ได้เป็นเพียงข้อกำหนดของระบบราชการเท่านั้น แต่ยังเป็นคุณลักษณะสำคัญทางเทคนิคที่ช่วยให้สามารถตรวจสอบสภาพ การประเมินอายุการใช้งานที่เหลืออยู่ และการตัดสินใจในการบำรุงรักษาตามหลักฐานเชิงประจักษ์ตลอดอายุการใช้งานของกังหัน

แพคเกจเอกสารสำหรับการตีเพลากังหันแบบพรีเมียมโดยทั่วไปจะประกอบด้วย:

• ใบรับรองความร้อน: การวิเคราะห์ทางเคมีเต็มรูปแบบของความร้อนของเหล็ก รวมถึงองค์ประกอบโลหะผสมที่ระบุและองค์ประกอบที่เหลือทั้งหมด ด้วยค่าจริงเมื่อเปรียบเทียบกับขีดจำกัดข้อกำหนด
• บันทึกกระบวนการหลอมและการปลอม: น้ำหนักแท่งโลหะ อุณหภูมิการตีขึ้นรูป อัตราส่วนการลดแท่งโลหะ อุณหภูมิการตีขึ้นรูปที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของความร้อนในการตีแต่ละครั้ง และอัตราส่วนการลดลงทั้งหมด
• บันทึกการรักษาความร้อน: แผนภูมิอุณหภูมิเวลาสำหรับขั้นตอนการบำบัดความร้อนทั้งหมด (การทำให้เป็นมาตรฐาน การดับ การแบ่งเบาบรรเทา การบรรเทาความเครียด) รวมถึงบันทึกการสอบเทียบเตาเผาและตำแหน่งเทอร์โมคัปเปิล
• ใบรับรองการทดสอบทางกล: แรงดึง ผลผลิต การยืดตัว การลดลงของพื้นที่ พลังงานกระแทกแบบชาร์ปี และผลความแข็งจากชิ้นงานทดสอบที่ถ่าย ณ ตำแหน่งที่ระบุภายในการตีขึ้นรูป พร้อมการวางแนวของชิ้นงานทดสอบและแผนภาพตำแหน่งการสุ่มตัวอย่าง
• รายงานการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย: บันทึกการสแกนการทดสอบอัลตราโซนิกแสดงแผนที่ความครอบคลุมและตำแหน่งบ่งชี้ใดๆ รายงานการตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็กที่ครอบคลุมพื้นผิวที่สำคัญทั้งหมด รายงานการตรวจสอบมิติด้วยการวัดจริง ณ จุดตรวจสอบที่กำหนดทั้งหมด
• ใบรับรองการอนุมัติการตรวจสอบโดยบุคคลที่สาม: การยืนยันโดยหน่วยงานตรวจสอบอิสระว่าการทดสอบทั้งหมดเป็นพยานและผลลัพธ์ทั้งหมดตรงตามข้อกำหนดเฉพาะ

เอกสารนี้จะมีคุณค่ามากขึ้นตามอายุของกังหัน เมื่อตรวจพบรอยแตกร้าวหรือความผิดปกติในระหว่างการตรวจสอบตามกำหนดเวลา 20 หรือ 30 ปีหลังการติดตั้ง ใบรับรองวัสดุดั้งเดิมจะช่วยให้วิศวกรสามารถคำนวณกลไกการแตกหักตามคุณสมบัติของวัสดุจริงของการตีขึ้นรูปเฉพาะ แทนที่จะสันนิษฐานว่าเป็นค่าข้อกำหนดขั้นต่ำ อาจเป็นไปได้ ขยายระยะเวลาการทำงานที่ปลอดภัยออกไปหลายปี และเลื่อนการเปลี่ยนส่วนประกอบราคาแพงออกไปจนกว่าจะถึงกรอบเวลาหยุดทำงานตามแผน

ลักษณะตามประเภทส่วนประกอบ: ข้อมูลอ้างอิงเชิงปฏิบัติ

คุณลักษณะเฉพาะที่สำคัญที่สุดจะแตกต่างกันไปตามประเภทของส่วนประกอบและการออกแบบกังหัน ตารางด้านล่างสรุปคุณลักษณะลำดับความสำคัญสำหรับส่วนประกอบกังหันฟอร์จที่ใช้บ่อยที่สุด:

ลักษณะเหล่านี้แปลไปสู่อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นได้อย่างไร

การรวบรวมคุณลักษณะที่อธิบายไว้ข้างต้น ได้แก่ ความแข็งแรงสูง ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ความต้านทานต่อการเกิดโพรงอากาศ ความสมบูรณ์ของมิติ ความสะอาดภายใน ความสามารถในการเชื่อม และเอกสารประกอบฉบับสมบูรณ์ ไม่เพียงแต่สร้างส่วนประกอบที่ดีกว่าเมื่อแยกออกจากกันเท่านั้น คุณลักษณะเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์และประกอบกันเพื่อสร้างการติดตั้งกังหันที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ 30 ถึง 50 ปี โดยมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและเวลาหยุดทำงานต่ำกว่าสิ่งที่สามารถทำได้ด้วยส่วนประกอบเกรดต่ำกว่ามาก

ตัวอย่างเช่น: เพลาหลักที่มีความทนทานต่อความล้าที่เหนือกว่าต้องมีการตรวจสอบน้อยลง ส่งผลให้ความถี่ไฟดับลดลง รันเนอร์ที่มีความต้านทานการเกิดโพรงอากาศสูงต้องการการซ่อมแซมการเชื่อมบ่อยน้อยกว่า ซึ่งช่วยลดต้นทุนการซ่อมแซมและการหยุดทำงานที่เกี่ยวข้อง เอกสารประกอบวัสดุฉบับสมบูรณ์ช่วยให้สามารถกำหนดเวลาการบำรุงรักษาตามเงื่อนไข หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนทดแทนก่อนกำหนด (สิ้นเปลือง) และดำเนินการเกินขีดจำกัดที่ปลอดภัย (เป็นอันตราย) คุณลักษณะแต่ละอย่างมีส่วนช่วยแยกกัน และเมื่อรวมกันแล้วจะทำให้เกิดระบบขับเคลื่อนและผลิตไฟฟ้าซึ่งมีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานทั้งหมด ซึ่งคิดเป็นต้นทุนด้านทุน การบำรุงรักษา การซ่อมแซม และการหยุดทำงาน ซึ่งต่ำกว่าการติดตั้งที่เทียบเท่าซึ่งสร้างจากส่วนประกอบที่มีข้อกำหนดต่ำกว่าอย่างมาก แม้ว่าต้นทุนล่วงหน้าของการตีขึ้นรูปคุณภาพสูงอาจอยู่ที่ สูงขึ้น 30 ถึง 80% กว่าทางเลือกด้านงบประมาณ