Dynamiczny rozwój sektora odnawialnych źródeł energii, a w szczególności energetyki wiatrowej typu offshore i onshore, wymusza na producentach komponentów żeliwnych osiąganie granic wytrzymałości materiałowej. Jednym z najważniejszych elementów każdej nowoczesnej turbiny wiatrowej są wielkogabarytowe odlewy do turbin wiatrowych, które stanowią fundament strukturalny dla systemów generacji prądu. Przejście od konstrukcji spawanych do zaawansowanych odlewów żeliwnych stało się standardem rynkowym, podyktowanym potrzebą redukcji masy, zwiększenia sztywności oraz zapewnienia bezawaryjnej pracy przez minimum 25 lat w agresywnym środowisku.

Żeliwo sferoidalne w odlewach do turbin wiatrowych

Współczesna inżynieria wiatrowa opiera się na specyficznych gatunkach żeliwa sferoidalnego. Wybór tego materiału nie jest przypadkowy. Odlewy do turbin wiatrowych muszą wykazywać się unikalną kombinacją wysokiej ciągliwości oraz odporności na pękanie w niskich temperaturach.

Dla firm operujących na farmach offshore kluczowym parametrem jest udarność materiału w temperaturach sięgających -20°C lub nawet -40°C. W takich warunkach żeliwo sferoidalne LT (Low Temperature) zachowuje swoją strukturę ferrytyczną, co zapobiega zjawisku kruchego pękania pod wpływem nagłych podmuchów wiatru czy uderzeń fal. Profesjonalna obróbka metalurgiczna w procesie odlewania pozwala na uzyskanie idealnie kulistych wydzieleń grafitu, co minimalizuje koncentrację naprężeń wewnętrznych i decyduje o wyjątkowej odporności zmęczeniowej komponentów.

Odlewy żeliwne dla przemysłu energii wiatrowej

Projektowanie i produkcja elementów jak piasta czy obudowa łożyska to procesy o najwyższym stopniu skomplikowania technologicznego. Każdy z tych elementów pełni specyficzną funkcję w układzie kinematycznym turbiny. W odlewni żeliwa ELZAMECH produkowane są następujące komponenty dla przemysłu energii wiatrowej.

Piasta 

Piasta jest prawdopodobnie najbardziej obciążonym dynamicznie elementem całej turbiny. To ona łączy łopaty z wałem głównym, przenosząc gigantyczne momenty gnące i skręcające. Odlewy do turbin wiatrowych w formie piast muszą charakteryzować się absolutną jednorodnością struktury. Jakiekolwiek wady wewnętrzne, takie jak rzadzizny czy mikroporowatość, mogłyby doprowadzić do katastrofalnej awarii pod wpływem sił odśrodkowych, w szczególności, że piasty odlewane przez ELZAMECH posiadają wagę 9340 kg, a nawet 21500 kg. Nowoczesne metody odlewnicze pozwalają na optymalizację grubości ścianek piasty, co redukuje jej masę przy jednoczesnym zwiększeniu wytrzymałości w miejscach krytycznych osadzenia łopat.

Obudowa łożyska 

Obudowa łożyska to komponent, od którego zależy stabilność wału głównego i efektywność przekładni. Wymaga ona ekstremalnej sztywności, aby pod wpływem naporu wiatru na wirnik nie dochodziło do mikro-odkształceń, które mogłyby zaburzyć osiowość układu. Odlewy te wymagają precyzyjnej obróbki mechanicznej po procesie odlewania. Sztywność żeliwa sferoidalnego pozwala na utrzymanie rygorystycznych tolerancji wymiarowych, co bezpośrednio przekłada się na mniejsze tarcie, niższą temperaturę pracy łożysk i rzadsze interwencje serwisowe.

Elementy usztywniające 

W sektorze energii odnawialnej elementy usztywniające to komponenty strukturalne, których nadrzędną funkcją jest zwiększenie sztywności geometrycznej oraz odporności konstrukcji na odkształcenia, bez konieczności nadmiernego zwiększania masy całkowitej całego układu. Elementy te, zwane często usztywnieniami, mają za zadanie modyfikację momentu bezwładności przekroju elementu nośnego. W praktyce oznacza to, że zapobiegają one lokalnej utracie stateczności pod wpływem obciążeń ściskających, zginających lub skręcających.

Na zdjęciu poniżej zaprezentowany został pierścień usztywniający podstawy gondoli. Dzięki swojej masywnej, pierścieniowej geometrii, element ten gwarantuje zachowanie idealnej kolistości przekroju w miejscu połączenia gondoli z wieżą. Jest to krytyczne, aby łożysko obrotu mogło pracować bez zacięć pod wpływem ogromnych sił gnących. Odlew ten przenosi naprężenia z całej ramy głównej na wieżę turbiny. Pełni on rolę „usztywniającego łącznika”, który rozprasza siły skupione na większą powierzchnię.

Kontrola jakości odlewów do turbin wiatrowych

Odbiorcy biznesowi w przemyśle energetycznym wiedzą, że koszt wymiany jednego komponentu w turbinie offshore może przewyższyć koszt samego urządzenia. Dlatego odlewy do turbin wiatrowych podlegają najbardziej rygorystycznym procedurom kontrolnym w całym przemyśle ciężkim.

Każdy komponent opuszczający zakład musi posiadać pełną dokumentację badań NDT. Badania ultradźwiękowe są standardem przy weryfikacji ciągłości struktury w grubościennych sekcjach piast. Badania magnetyczno-proszkowe pozwalają z kolei wykluczyć pęknięcia powierzchniowe, które mogłyby inicjować korozję zmęczeniową w słonym środowisku morskim. Tylko tak restrykcyjne podejście do jakości pozwala na osiągnięcie wskaźnika LCOE (Levelized Cost of Energy) na poziomie gwarantującym rentowność inwestycji w wiatrową energetykę odnawialną.

Dlaczego warto współpracować z odlewnią żeliwa ELZAMECH?

Inżynieria wiatrowa przyszłości to turbiny o coraz większych średnicach wirników. To stawia przed branżą odlewniczą nowe wyzwania w zakresie gabarytów i masy odlewów. Wybór partnera, który rozumie metalurgię żeliwa sferoidalnego i potrafi dostarczyć odlewy do turbin wiatrowych o najwyższych parametrach, jest kluczową decyzją dla każdego producenta w sektorze energetycznym. Inwestycja w jakość odlewu to inwestycja w dekady bezpiecznej i wydajnej produkcji zielonej energii.