大型风电球铁件轮毂的铸造及检验技术

1.5MW风力发电轮毂铸造质量控制邓宏运，章红卫，王万超（1.西安理工大学664信箱，陕西西安710048；2.西安长泰特种合金厂，陕西西安710077）摘要：1.5MW风力发电轮毂铸件重达12t，为大断面球铁，材质要求EN GJS400—18LT，要求对联体试块做-20℃低温冲击试验和对所有关键部位进行UT探伤，工艺难度极大。

主要技术指标如下：σb=395MPa；σ0.2=220MPa；δ=19%；HB145；-20℃低温冲击值为：3个试样平均10.50J，最低10J。

球化率90%，球径大小6级，铁素体含量95%。

UT探伤结果未发现3级以上的铸造缺陷，达到了DIN EN1563材料标准的要求和客户的验收条件。

生产这样高要求铸件，关键技术在于化学成分的正确选择；冷铁的合理采用；球化剂、孕育剂及孕育方法的科学运用。

关键词：风力发电轮毂；大断面球铁；UT探伤；低温冲击性能风力发电利用自然界的可再生能源——风能，成为当今国际新能源发展的流行趋势。

近年来，各国的风力发电市场的年增长率超过了20%，据预测风力发电技术的应用将在未来30年内都持续高增长。

大断面高韧性球铁在风力发电设备中获得广泛的应用，这些铸件一般采用德国/欧洲（DIN/EN GJS400-18-LT）材料标准的高韧性球铁（相当于中国国家标准QT400-18AL），铸件质量要求极为严格。

目前，中国有一汽锡柴、江阴吉鑫、宁波永祥、宁波日月、大连重工、秦川机床、陕柴重工、东方汽轮机、长城须琦等少数的企业成功地开发出此类产品，市场处于紧缺状态。

因此开发风电铸件产品系列具有十分广阔的市场前景。

1风力发电轮毂铸件要求及生产难点1.1风力发电轮毂铸件的质量要求及验收规范（1）规范要求为DIN/EN GJS400-18-LT抗低温冲击铁素体球墨铸铁，必须带有70㎜厚度的联体试块供顾客验证，力学性能要求为：σb＞370MPa、σ0.2＞220MPa、δ＞12%、HB140～180。

风电轮毂铸造工艺以风电轮毂铸造工艺为标题，我们将介绍风电轮毂的铸造工艺流程和相关技术要点。

一、风电轮毂的概述风电轮毂是风力发电机组的重要组成部分，承载着风力叶片的转动力和静载荷。

轮毂通常由铸铁或钢材料制成，需具备足够的强度和耐久性来应对复杂的工作环境和高速旋转。

1. 模具制备：根据轮毂的设计图纸，制作轮毂的铸造模具。

模具应具备高精度、高强度和耐高温的特性，以确保铸件的尺寸和形状精确度。

2. 熔炼金属：选择合适的铸造材料，一般为球墨铸铁或钢材料。

按照设计要求，将合金原料加入炉中进行熔炼，控制好炉温和化学成分的均匀性。

3. 铸造注浆：将熔融金属倒入模具中，通过注浆系统使金属充满整个模腔。

注浆过程应控制注浆速度、温度和压力等参数，以避免气孔和缺陷的产生。

4. 冷却固化：待金属冷却后，进行固化和凝固。

固化过程中，要控制好冷却速度和温度梯度，以保证铸件的组织均匀性和内部应力的释放。

5. 脱模清理：待铸件完全冷却后，进行脱模清理。

清理过程中，需要将模具与铸件分离，并清除铸件表面的砂壳和氧化皮等杂质。

6. 精加工和热处理：对铸件进行精加工，如修磨、钻孔等，以满足轮毂的精度和表面质量要求。

同时，根据设计要求，进行热处理，如回火、正火等，以提高铸件的强度和硬度。

7. 检验和测试：对铸件进行各项性能和质量指标的检验和测试。

如尺寸测量、力学性能测试、无损检测等，确保铸件符合设计要求和使用要求。

8. 表面处理和涂装：对轮毂进行表面处理和涂装，以提高防腐蚀性能和美观度。

常见的表面处理方法包括喷砂、镀锌等，涂装可选择合适的涂料进行。

9. 组装和调试：将轮毂与叶片、轴承等部件进行组装，并进行调试和测试。

确保轮毂与其他部件的配合良好，运转正常。

三、风电轮毂铸造工艺的技术要点1. 材料选择：根据风电轮毂的工作环境和载荷要求，选择合适的铸造材料。

一般情况下，球墨铸铁是常用的选择，具有良好的强度和耐磨性。

2. 模具设计：模具应具备高精度和高强度的特性，以确保铸件的尺寸和形状精确度。

风力发电机组轮毂的气动性能测试与验证方法研究近年来，随着清洁能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种环保、可再生的能源形式受到了广泛关注。

而风力发电机组的轮毂作为关键部件之一，其气动性能的测试与验证方法显得尤为重要。

本文将探讨风力发电机组轮毂气动性能测试与验证的相关研究方法。

1. 气动性能测试方法在风力发电机组轮毂的气动性能测试中，常用的方法有数值模拟与实验测试两种。

数值模拟是通过计算流体力学（CFD）软件模拟轮毂在不同工况下的风场流动情况，可以提供较为全面的数据分析和预测结果。

而实验测试则是通过风洞试验或现场试验等方式获取真实的气动性能数据，能够直接验证数值模拟的准确性。

2. 数值模拟方法通过建立轮毂的三维模型，设定不同的边界条件和工况参数，利用CFD软件进行数值模拟。

在数值模拟中，常常需要考虑的因素包括空气密度、风速、风向等气象条件，以及轮毂本身的结构参数、叶片设计等因素。

通过数值模拟可以得到轮毂在不同风速下的气动性能参数，如升力、阻力、扭矩等数据，并对轮毂的性能进行分析和优化。

3. 实验测试方法风洞试验是一种常用的实验测试方法，通过在风洞中放置轮毂模型，利用风洞产生的气流来模拟不同风速下的气动性能。

通过测试轮毂模型在不同风速下的气动力参数，可以验证数值模拟的准确性，同时还可以获取更加真实的气动性能数据。

此外，还可以通过现场试验，在实际风场条件下对轮毂的气动性能进行测试，验证数值模拟的结果。

4. 验证方法研究为了验证风力发电机组轮毂的气动性能测试结果的准确性和可靠性，常常需要采用不同的验证方法。

其中，利用实际运行数据与实验测试结果进行对比是一种常见的验证方法。

通过对比轮毂在不同工况下的气动性能数据，可以评估测试方法的准确性，并进一步优化测试方案。

综上所述，风力发电机组轮毂的气动性能测试与验证方法研究对于提高风力发电机组的性能和效率具有重要意义。

通过数值模拟与实验测试相结合的方式，可以全面、准确地评估轮毂在不同工况下的气动性能，为风力发电技术的发展提供重要支持。