ピッチリング鍛造とヨーリング鍛造: プロセス、材料、風力タービンへの応用

とは何ですか ピッチリング鍛造品 ヨーリング鍛造品は？

風力タービンでは、2 つの大直径の鍛造リングが根本的に異なりますが、同様に重要な機能を実行します。の ピッチリング鍛造 ピッチベアリングの構造コアを形成し、各ブレードが長手方向軸の周りを回転し、入ってくる風に対する角度を調整できるようにします。の ヨーリング鍛造 はナセルの基部に配置されており、ナセルとローターアセンブリ全体が水平に回転し、風向の変化を追跡できます。

どちらのコンポーネントも大直径の圧延リング鍛造品として分類され、通常は以下の範囲にあります。 1,000mm以上3,000mm以上 タービンのクラスに応じて外径が異なり、どちらも 20 ～ 30 年の動作寿命にわたって数千万回の負荷サイクルに耐える必要があります。いずれかのコンポーネントの早期故障の結果はタービンの完全な停止につながり、製造において原材料の選択と鍛造プロセスの制御が交渉の余地のない要素になります。

鍛造プロセス: ビレットから完成したリングまで

ピッチリングとヨーリングは両方とも、 熱間圧延リング鍛造工程 鋳造やプレート製造と比較して優れた機械的特性を実現します。一般的な生産シーケンスは次のとおりです。

1. ビレットの切断と加熱 — 鋼ビレットは計算された体積に切断され、適切な鍛造温度 (合金鋼の場合は通常 1,100 ～ 1,250 °C) に加熱されます。
2. 動揺とパンチ — ビレットをプレスでアプセットして高さを低くし、直径を大きくした後、打ち抜きで中央の穴を作成し、ドーナツ状のプリフォームを形成します。
3. マンドレルとラジアルローリング — プリフォームはリングローリングミルに置かれ、ドライブロールとマンドレルが連続的に半径方向および軸方向の圧力を加え、目標寸法に達するまで壁厚を減らし、リング直径を拡大します。
4. 熱処理 — 焼き入れおよび焼き戻し (Q&T) は、通常、必要な硬度プロファイルを達成するために適用されます。 260～320HB ピッチリングとヨーリングの用途に。
5. 荒加工と仕上げ加工 — CNC 旋削、フライス加工、ギアホブ加工 (歯付きヨーリング用)、および穴あけ加工により、寸法要件を満たします。
6. 非破壊検査（NDT） — 超音波検査 (UT) と磁粉検査 (MPI) により、出荷前に内部の健全性と表面の完全性を検証します。

このプロセスにより、円周方向に配向された繊維流線を備えた完全に鍛錬された結晶粒微細構造が生成されます。これは、使用中にピ​​ッチリングおよびヨーリングが受けるねじれおよび曲げ荷重に抵抗するための理想的な配向です。

材料の選択: 風力エネルギー基準を満たす合金グレード

ピッチリングおよびヨーリング鍛造品の材料の選択は、高強度、低温での適切な靭性、および厚肉部分にわたる良好な焼入れ性のバランスをとる必要性によって決まります。以下のグレードが最も広く指定されています。

洋上または北極での設置の場合、 氷点下のシャルピー衝撃靭性 (通常、-40 °C で ≥27 J) が必須仕様となります。このような場合、標準のクロムモリブデングレードよりも、34CrNiMo6 などのニッケル合金グレードや正規化された細粒構造用鋼の方が優先されます。

ピッチリングとピッチリングの主な違い ヨーリング鍛造品

どちらのコンポーネントも同じコア鍛造ルートをたどりますが、実際の設計要件は大きく異なります。

• タービンあたりの数量: 3 ブレード タービンは、 3つのピッチリング (ブレードごとに 1 つ) ただし、 ヨーリング1つ .
• ギアの歯: ヨーリングはほぼ常に 内歯または外歯 (歯車リング)、複数のヨー駆動モーターによって駆動されます。 OEM 仕様に応じて、ピッチ リングには歯が付いているか、ピニオンとセグメントのデザインが使用されている場合があります。
• キャラクターをロードします: ピッチリング体験 振動する高周波の微小な動き ブレードのピッチはタービンの動作中に継続的に調整されるためです。ヨーリングが発生する 低速、高トルクの回転 風向きを追跡するとき。
• 軌道面の硬さの要件: ピッチリングには通常、高周波焼き入れされた軌道が必要です ( 58–62 HRC ）高サイクルの微小運動下での転がり接触疲労に耐えます。ヨーリングは多くの場合、わずかに低い表面硬度を指定しますが、優れたギア歯元曲げ疲労耐性が要求されます。
• 寸法許容差： どちらも精密部品ですが、誤差がナセルのアライメントや駆動システムの効率に直接伝わるため、ヨーリングの真円度のずれとギアのピッチ精度は特に重要です。

品質基準と認証要件

風力タービンのピッチリングおよびヨーリングの鍛造品には、鍛造業界で最も厳しい品質要件が適用されます。調達仕様は通常、以下を参照または調整します。

• EN 10228-3 / EN 10228-4 — 鍛造品の非破壊検査（超音波検査、磁粉検査）
• ASTM A388 — 重量鋼鍛造品の超音波検査
• ISO6336 — ギアの負荷容量の計算 (歯付きリング部分の場合)
• DNV-ST-0361 / GL ガイドライン — 風力タービン軸受および構造用鍛造品の型式認証要件
• IEC 61400-1 — 構造コンポーネントの疲労寿命を含む風力タービンの設計要件

実際には、ほとんどのティア 1 OEM は、独自のサプライヤー認定監査、初品検査プロトコル、および鋼の溶融熱にまで及ぶ材料トレーサビリティ要件によって、これらの公的基準を補完しています。 第三者証人尋問 大型洋上タービン契約では、鍛造、熱処理、最終機械加工の際にビューロー ベリタス、TÜV、SGS などの組織による加工が一般的です。

ピッチリングおよびヨーリング鍛造におけるイノベーションを推進するトレンド

風力タービンの定格容量は増加し続けており、洋上モデルは現在この容量を超えています。 ユニットあたり 15 MW — ピッチリングとヨーリングの鍛造品は、新たな次元と性能の限界に押し上げられています。いくつかの開発により、これらのコンポーネントの設計および製造方法が再構築されています。

• より大きなリング直径: 12 ～ 15 MW プラットフォーム用のヨー リングは、次の外径に達することができます。 3,500～4,500mm 、500トンを超える容量のリングローリングミルと特殊な熱処理炉が必要です。
• 一体型軌道輪設計: 一部の次世代ピッチ システムは、ベアリング軌道、歯車の歯、構造フランジを単一の鍛造コンポーネントに組み合わせた鍛造モノブロック旋回リング設計に移行しており、組み立て界面を減らし、疲労寿命を向上させています。
• 高度なシミュレーション: FEA ベースの鍛造プロセス シミュレーション (例: DEFORM または Simufact を使用) は、最初の物理的試行の前に粒子の流れを最適化し、鍛造欠陥を最小限に抑え、材料のスクラップ率を削減するためにますます使用されています。
• よりクリーンなスチール溶解: 以下の水素含有量を達成するために、真空脱ガス (VD/VOD) とエレクトロスラグ再溶解 (ESR) がより頻繁に指定されるようになりました。 1.5ppm 超低介在物評価により、高サイクルピッチ用途での疲労寿命が延長されます。
• サプライチェーンのローカリゼーション: アジア、北米、ヨーロッパで風力エネルギーの導入が加速する中、OEM は、これらの大型で重いコンポーネントのリードタイムと物流コストを削減するために、地域の鍛造サプライヤーを認定しています。