文／趙興明，鄭永強，趙麗美·伊萊特能源裝備股份有限公司

隨著近幾年風力發(fā)電的快速發(fā)展，服務于風電行業(yè)的風電增速傳動技術也得以高速發(fā)展，尤其以大兆瓦風電增速傳動技術的研究及應用最為引人注目。風電增速箱主要功能是將風輪在風力作用下產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機，通過其內(nèi)部齒輪傳動增速，增速比可達50 ～100 倍，使其轉速達到發(fā)電機的額定轉速，供發(fā)電機能正常發(fā)電。增速箱在風力發(fā)電機組中屬于核心且故障率較高的部件，對機組的可靠性及使用周期具有較大影響，因此有效控制增速箱內(nèi)部鍛件的制造質量，保證增速箱機械傳動的可靠性對風力發(fā)電機組的使用壽命具有重要意義。本文以我公司生產(chǎn)的一種5MW 增速箱軌道行星輪為例，總結闡述風電增速箱鍛件的制造及質量控制的技術要點。

風電增速箱的特點

為了使風電增速箱結構緊湊，降低傳動比，增加功率分流能力，目前一般采用兩級行星齒輪傳動或行星與平行軸齒輪組合傳動。其特點是：⑴安裝空間狹小，要求產(chǎn)品設計的體積小、重量輕；⑵受無規(guī)律的變向變負荷及強陣風的沖擊；⑶常年受嚴寒酷暑、極端溫差、濕度及鹽分大(海上風電)的影響；⑷安裝的區(qū)域交通不便，拆裝運輸不便；⑸一旦出現(xiàn)較大故障，維修非常困難。

風電增速箱鍛件的制造要求

⑴由于風電機組工作條件的苛刻和特殊性，主機廠往往要求其無大修使用壽命為20 年，對其運行可靠性要求極高。目前已投入運行的增速箱，故障率十分高，輪齒折斷、斷軸、軸承失效、漏油等屢屢發(fā)生，其20 年的運行壽命令人擔憂。為保證增速箱的運行可靠性，對增速箱鍛件制造提出了更嚴格的質量要求，從原材料的成分控制、復驗、加熱、鍛造、熱處理、機加工等每一個工序都進行嚴格控制。⑵風電增速箱鍛件原材料可采用模鑄錠和連鑄圓坯，對產(chǎn)品的性能有著至關重要的影響，必須嚴格控制原材料的成分、均勻性和氣體含量。原材料到廠后應對連鑄圓坯和開坯后的模鑄錠進行化學成分、氣體含量及低倍檢測。⑶采用模鑄錠鍛造時，要求開坯鍛比≥3。鍛造必須經(jīng)過多次鐓粗和拔長，確保鍛件心部有足夠的塑性變形，鐓拔過程不得少于兩次。模鑄錠總鍛造比不小于5，連鑄坯料總鍛造比不小于6。為保證每次鍛造的充分性，分鍛比小于1.5 的不計入總鍛比。為確保徹底去除原材料心部缺陷，沖孔直徑不小于φ200mm。⑷組織決定性能，使用環(huán)境苛刻，受力復雜的增速箱齒輪鍛件對金相組織、帶狀組織、本質晶粒度和實際晶粒度均有嚴格的要求。⑸風電增速箱鍛件大部分時間處于高速運轉狀態(tài)，內(nèi)部質量對增速箱鍛件的使用壽命有至關重要的影響，需要嚴格按要求進行無損檢測。無損檢測一般要求距成品行星輪內(nèi)孔表面1～15mm深度區(qū)域及齒部區(qū)域按起始記錄當量值φ0.6mm，可允許的單個缺陷當量按照不大于φ1.0mm 進行評定驗收；其余區(qū)域可允許的單個缺陷當量按照不大于φ2.0mm 進行評定驗收，所有區(qū)域不允許存在密集型缺陷。⑹生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié)都應予以關注，一旦出現(xiàn)質量問題，可能會造成鍛件的成批報廢；在風機上使用過程中出現(xiàn)問題，維修困難且費用相當高。

風電增速箱鍛件制造中的問題及原因分析

總結生產(chǎn)過程中遇到的問題和同行經(jīng)驗，對風電增速箱鍛件生產(chǎn)制造中出現(xiàn)的質量問題進行分析，如表1 所示。

表1 前期風電增速箱鍛件制造中可能出現(xiàn)的問題及原因分析

風電增速箱鍛件制造質量控制

為滿足客戶對風電增速箱運行可靠性及使用壽命的要求，必須對增速箱鍛件的生產(chǎn)制造過程進行嚴格的質量控制。

風電增速箱鍛件質量問題的判斷

風電增速箱鍛件的內(nèi)部質量、力學性能和本質晶粒度是產(chǎn)品的關鍵控制點。原材料和熱加工過程對上述指標有至關重要的影響，鍛造廠在鍛造前應對原材料進行復檢，合格后才可使用。在鍛件的制造過程中應對加熱、鍛造、熱處理進行嚴格的質量控制。

增速箱鍛件制造過程質量控制

⑴原材料的質量控制。1)冶煉方法：原材料要求采用電弧爐/轉爐+精煉爐+真空脫氣工藝進行冶煉，采用氣體保護法澆鑄或真空澆鑄或連鑄，冶煉過程應控制夾雜物含量和氣體含量。2)模鑄錠要求進行開坯，開坯鍛比不小于3，鍛造開坯必須有鐓粗、拔長工序且鍛后緩冷處理。3)采用模鑄錠開坯后的鍛坯和連鑄坯料均需要檢測化學成分、氣體含量及低倍等。⑵鍛造的質量控制。1)嚴格控制材料的利用率：模鑄錠的兩端應保證足夠切除量(冒口去除大于15%，水口端去除大于5%)；要求每個鍛件能追溯到熔煉爐號、鋼錠(連鑄坯)編號及在鋼錠(連鑄坯)中的具體位置。2)加熱爐控制：要求嚴格按加熱工藝升溫、保溫，采用溫度檢測儀器測定爐內(nèi)溫度的均勻性。3)鍛造的控制：鍛造必須有反復鐓拔過程，鍛件心部區(qū)域有足夠的塑性變形量，不得少于二次鐓拔過程。模鑄錠鍛造比不小于5，連鑄坯料鍛造比不小于6，最后一火鍛造比必須不小于1.5。嚴格按鍛造工藝執(zhí)行，控制每次的變形量，每次變形應到位，嚴格控制終鍛溫度；中間因設備問題或其他原因可以回爐，視后續(xù)鍛比情況，應進行降溫鍛造。4)鍛件不允許使用合鍛工藝；沖孔直徑不小于φ200mm，以便去除心部疏松或裂紋等缺陷。5)鍛后緩冷，以消除應力，減少組織不均勻情況。6)鍛造中出現(xiàn)裂紋或折傷，視情況進行清除，以免帶入下一工序。⑶鍛后熱處理質量控制。鍛件鍛后應嚴格按照熱處理工藝的要求，進行等溫正火、等溫退火或正火+高溫回火處理。嚴格控制裝爐量、坯料間距、加熱溫度、保溫時間和冷卻速度等影響坯料質量的因素。⑷機械性能的控制。內(nèi)齒圈需要調(diào)質時，鍛件應按照客戶技術要求提供的熱處理工藝進行調(diào)質處理，嚴格控制加熱溫度、保溫時間和出爐時間等影響機械性能的因素。⑸無損檢測的控制。鍛件粗加工后應逐件進行超聲波檢測，及時反饋產(chǎn)品檢測信息，以便進行后續(xù)處理。⑹機加工控制。鍛件應嚴格按照機加工圖紙進行加工，嚴格控制公差尺寸及表面粗糙度，以達到要求；表面粗糙度可用粗糙度對比試塊對比或用粗糙度檢測儀進行檢測。⑺發(fā)貨的控制。應按工票信息如實填寫發(fā)貨信息、嘜頭及鋼印標識，仔細檢查產(chǎn)品表面質量，出現(xiàn)卡爪印跡、銹跡及毛刺等應立即清除。

結束語

風電增速箱是風力發(fā)電機組中的關鍵零部件之一，其內(nèi)部采用的鍛造構件質量對增速箱機械傳動的可靠性及風力發(fā)電機組的使用壽命是至關重要的，因此必須對其生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質量進行嚴格控制。風電增速箱鍛件主要涉及到原材料、加熱、鍛造、鍛后熱處理、檢測等過程，每個環(huán)節(jié)都應嚴格控制才能生產(chǎn)出高質量的鍛件產(chǎn)品。本文主要論述了風電增速箱鍛件生產(chǎn)制造過程要求及各節(jié)點的質量控制要點，對提高風電增速箱鍛件質量和一次合格率具有重要的指導意義。

——文章選自：《鍛造與沖壓》2022年第1期