ハイドロタービン鍛造品とは何ですか?

ハイドロタービン鍛造品 いる 鍛造プロセスによって製造される水力発電タービンの構造部品および回転部品 — 溶融金属から鋳造したり棒材から機械加工したりするのではなく、金属を高い圧縮力の下で成形する場合。鍛造プロセスでは、金属内に洗練された方向に整列した結晶粒構造が生成され、完成したコンポーネントに同等の鋳造品よりも大幅に高い強度、耐疲労性、靱性が与えられます。これらの特性は、継続的な水圧衝撃負荷、高い水圧、および要求の厳しい水圧環境における数十年にわたる中断のない稼働の下で動作するタービン部品にとって非常に重要です。

ハイドロタービン鍛造品として製造される主要コンポーネント

水力タービンのいくつかの重要なコンポーネントには、鍛造のみが提供できる優れた機械的特性が必要です。

ランナーブレード

ランナーはタービンの回転中心部であり、流れる水の運動エネルギーと圧力エネルギーを直接機械的回転に変換します。フランシス水車、カプラン水車、ペルトン水車のランナーブレードは耐久性が必要です 10 MPaを超える可能性のある圧力での連続的な周期的な油圧負荷 、水の流速が蒸気圧を下回る局所的な圧力降下を引き起こす表面での侵食性キャビテーション損傷と組み合わされます。鍛造ステンレス鋼のランナー ブレードは、数十年に及ぶ運用寿命を満たすのに必要な疲労強度と耐浸食性を備えています。

タービンシャフト

メインシャフトはランナーの回転トルクをすべて発電機に伝達します。大型の水力タービンの場合、シャフトの直径は 1 メートル、長さは数メートルを超える場合があり、工業生産で製造される精密鍛造品としては最大のものの 1 つです。シャフトは、多くの場合 40 ～ 60 年の耐用年数を想定して設計されたユニットで、数百万回の起動停止サイクルと連続全負荷運転を通じて、寸法精度と疲労完全性を維持する必要があります。

ガイドベーンとウィケットゲート

ガイドベーンはランナーに入る水の流れを調整し、タービンの速度と出力を制御します。これらのコンポーネントは、高い油圧下で頻繁に開閉サイクルを経験します。機械的負荷と油圧負荷が組み合わさることにより、鍛造ステンレス鋼または二相ステンレス鋼が長期にわたる信頼性の高い動作に最適な材料となります。

ベアリングハウジングとハブ

鍛造鋼製ベアリング ハウジングとランナー ハブは、ベアリング システムを通じて伝達される荷重をサポートするために必要な構造的完全性を提供するとともに、鍛造微細構造により、これらの厚肉コンポーネント全体にわたって一貫した機械的特性が保証されます。

タービン用途において鍛造品が鋳物よりも優れている理由

タービン部品の鍛造と鋳造のどちらを選択するかは任意ではありません。水力タービンの動作環境では、鋳造では構造的に達成できない特性が求められます。

ハイドロタービン鍛造品に使用される材料

材料の選択 水力タービン鍛造品 高い機械的強度、水中での耐腐食性と浸食性、および修理作業のための溶接性の複合的な要求を考慮する必要があります。

• マルテンサイト系ステンレス鋼 (例: CA6NM、13Cr4Ni): ランナー ブレードとガイド ベーンの主要な材料 — 耐荷重コンポーネントに必要な高い降伏強度を維持しながら、水中でのキャビテーション浸食と腐食に対する優れた耐性を提供します。
• 炭素鋼および低合金鋼: 保護コーティングによって腐食が制御されるシャフト、ハブ、および構造コンポーネントに使用され、高トルクのシャフト用途に必要な靭性と疲労強度を提供します。
• 二相ステンレス鋼: 厳しい水化学環境において高強度と優れた耐食性の両方を必要とするコンポーネント向けに指定されることが増えています

製造工程と品質検査

水力タービンの鍛造品の製造は、厳密に制御された一連のプロセスステップと検査チェックポイントに従って行われます。

1. インゴットの選択と溶解: 高品質の鋼インゴットが選択され、重要なコンポーネントについては、非金属介在物を最小限に抑えるために真空アーク再溶解 (VAR) またはエレクトロスラグ再溶解 (ESR) が行われます。
2. 熱間鍛造： 加熱されたビレットは、油圧プレスまたはハンマー鍛造で必要な形状に成形され、断面全体の結晶粒構造を微細化する制御された圧下が行われます。
3. 熱処理： 焼入れと焼き戻しのサイクルにより、完成した材料の強度と靭性のバランスが最適化されます。
4. 非破壊検査 (NDT): 超音波検査 (UT) により、内部欠陥がないことを確認します。磁粉検査 (MPI) は、表面および表面近くの完全性をチェックします。染料浸透検査 (DPI) により表面品質を確認
5. 機械的特性試験: 各鍛造品からのサンプルは、材料仕様への適合性を確認するために、引張試験、衝撃試験、硬度試験が行われます。
6. 寸法検査： CMM または手動測定により、コンポーネントが加工にリリースされる前に、すべての重要な寸法が図面公差内にあることを確認します