[發明專利]利用鑄造技術生產風力發電機主軸的方法

有效

• 申請號: 200910058302.3
• 申請日: 2009-02-10
• 公開（公告）號: CN101478191A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 許健;楊屹;許亞南;楊剛
• 申請（專利權）人: 常州凱達軋輥集團有限公司;四川大學
• 主分類號: H02K5/16
• 分類號: H02K5/16;F16C3/02
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 唐麗蓉

技術領域

本發明屬于風力發電機主軸的生產方法技術領域，具體涉及一種利用重力鑄造和離心鑄造相結合的技術生產風力發電機主軸的方法。

背景技術

目前，隨著全球能源短缺和環境污染等問題日益嚴峻，尋找和選擇綠色環保和可再生性的能源已成為世界各國面臨的重大課題。而自然界存在風能與其它能源相比，不僅蘊藏量大，分布廣泛，永不枯竭，是水能的10倍，而且還具有上馬快、建設周期短、比水電站建設的基礎投入少、靈活性強，并能有效遏制溫室效應和沙塵暴災害，綠色環保等特點。因此，利用風能發電作為新能源開發已成為全球未來能源發展戰略的重要組成部分而受到了各國的高度重視和大力支持。但是，由于目前制造風電設備的技術不夠成熟，導致風力發電設備昂貴，風力發電成本較高，風電電價高于煤電電價，從而制約了風電的快速發展。

風力發電機組的關鍵設備之一是發電機的主軸。目前，國內外制造風力發電機主軸的方法全部都是采用鍛造法。其制作過程為：將特種鋼冶煉后鍛造成毛坯，然后再進行熱處理及機械加工。但利用鍛造方法生產時，首先要求必須提供高質量電爐精煉的鋼錠以滿足產品的高性能需要，其次需采用特殊的成型方式(鍛造)來細化晶粒以便獲得性能更為優良的毛坯。如內蒙古北方重工業集團有限公司與四川德陽九益鍛造有限公司等單位采用鍛造方法生產風機主軸的工藝過程大致為：合金熔煉→鋼錠→鍛造→退火→粗車→調質→半精車→精車。因此，采用鍛造法不僅生產工藝復雜，產品成型困難且成型率不高，后續加工困難，且材料消耗大，導致生產成本高，生產效率較低，一些特鋼企業及鍛機小的機械行業很難進行生產，致使生產的風機主軸遠遠不能滿足市場需求，國內相當一部分風機主軸需要進口且價格昂貴。

在制造鑄件方法的技術領域中，除了鍛造法外，還有常用的離心鑄造法和重力鑄造法。離心鑄造(《離心鑄造》，張伯明，機械工業出版社，2004年6月)法就是將合金液澆入鑄型中，然后將鑄型固定在離心鑄造機上旋轉并逐漸達到額定轉速，以使合金液在離心力的作用下充型。當合金液充型凝固后利用拔管鉗或推管機將鑄管從鑄型中取出，部分鑄件再進行后續處理。離心鑄造按照旋轉軸的方位分為水平離心鑄造和垂直離心鑄造兩種，水平離心鑄造主要用于長徑比在一倍以上的薄壁管件的生產，而長徑比小于一的厚度較大的管件常采用垂直離心鑄造的方法生產。但傳統的離心鑄造方法主要用于生產薄壁管件、氣缸套、軋輥等管套類鑄件，而用離心鑄造法生產風機主軸既未見相關報道也未有廠家生產。究其原因主要是風機主軸是厚大鑄件，長徑比遠遠大于一，與傳統的采用水平離心鑄造的方法生產長徑比在一倍以上的細長薄壁管件和采用垂直離心鑄造的方法生產長徑比小于一的矮小厚大鑄件的原則均不符合。因為若采用傳統的水平離心鑄造，由于風機主軸的中心孔小而無法進行澆注；若采用傳統的垂直離心鑄造，由于風機主軸鑄件長、中心孔小、厚度大，且由于離心力的影響，容易出現成型困難和成分偏析等問題。

重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆鑄。重力鑄造通常包括砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造、泥模鑄造等。雖然傳統的重力鑄造法可以制造厚大鑄件，但在生產厚大鑄件時，由于鑄型中液態金屬的冷卻速度緩慢、不平衡結晶以及補縮不充分等因素的影響而容易出現晶粒粗大、成分偏析(即成分不均勻)和縮孔縮松等問題，使鑄件的強度和韌性較低。很顯然，若采用傳統的重力鑄造法生產厚大的風機主軸，必然會因風機主軸的抗拉強度、延伸率和沖擊韌性較低而導致其不能滿足使用要求。

發明內容

本發明的目的是針對目前已有技術存在的問題，提供一種利用鑄造技術生產風力發電機主軸的方法，具體的說是提供一種利用重力鑄造和離心鑄造相結合的鑄造方法來生產風力發電機主軸。

本發明提供的利用鑄造技術生產風力發電機主軸的方法是先將按重量百分比計含碳量為0.1-0.6％的低、中合金鋼在熔煉爐內進行熔煉，然后在澆鑄前向液態金屬合金液中撒入按低、中合金鋼的重量計為0.001～0.2％的孕育劑并進行充分攪拌，再后澆注到金屬鑄型內，同時對金屬鑄型施加強度為1.5-10T的磁場，待合金液冷卻至開始結晶時在垂直離心鑄造機帶動下，于轉速50-300rpm內不停地進行變速旋轉，并使合金液在澆冒口液態金屬的補縮和離心力的共同作用下充型、凝固形成鑄件，鑄件冷卻至650～750℃時取出，最后進行退火處理。

本發明所用的金屬鑄型優選用ML20鋼制成的金屬鑄型，其內表面事先涂有并經充分干燥的硅藻土水溶液耐火涂料；對澆冒口液態金屬的補縮是通過預先數值模擬后來進行。