[發明專利]平衡溫度場、流速場原理生產球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝

無效

• 申請號: 201110315484.5
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102380584A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 楊金德;何曉松;陳立新
• 申請（專利權）人: 南通宏德機電有限公司
• 主分類號: B22C9/24
• 分類號: B22C9/24;B22C9/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種風力發電機齒輪箱關鍵零部件——球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝，特別涉及利用平衡溫度場、流速場原理生產風力發電機關鍵件球墨鑄鐵行星架的鑄造工藝方法。

背景技術

風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為27400億千瓦，其中可利用的風能約200億千瓦，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。有人估計過，地球上可用來發電的風力資源約有100億千瓦，幾乎是現在全世界水力發電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風力在一年內所提供能量的三分之一。因此，國內外都很重視利用風力來發電，開發新能源。

我國風能資源豐富，可開發利用的風能儲量約10億千瓦，其中，陸地上風能儲量約2.53億千瓦（陸地上離地10m高度資料計算），海上可開發和利用的風能儲量約7.5億千瓦。

隨著全球經濟的發展，風能市場也迅速發展起來。自2004年以來，全球風力發電能力翻了一番，2006年至2007年間，全球風能發電裝機容量擴大27%。2007年已有9000萬千瓦，這一數字到2010年將是16000萬千瓦。預計未來20-25年內，世界風能市場每年將遞增25%。隨著技術進步和環保事業的發展，風能發電在商業上將完全可以與燃煤發電競爭。

?“十五”期間，中國的并網風電得到迅速發展。2006年，中國風電累計裝機容量已經達到260萬千瓦，成為繼歐洲、美國和印度之后發展風力發電的主要市場之一。2007年我國風電產業規模延續暴發式增長態勢，截至2007年底全國累計裝機約600萬千瓦。2008年8月，中國風電裝機總量已經達到700萬千瓦，占中國發電總裝機容量的1%，位居世界第五，這也意味著中國已進入可再生能源大國行列。2008年以來，國內風電建設的熱潮達到了白熱化的程度。2009年，中國（不含臺灣地區）新增風電機組10129臺，容量1380萬千瓦，同比增長124%；累計安裝風電機組21581臺，容量2580萬千瓦。

風電設備體積、重量巨大，架設在幾十米甚至上百米的高處運行，不便于經常維修，而且維修成本極高，設備在設計時確定的維修期通常為20?年甚至30?年，因此，對鑄件的疲勞強度要求非常高，對鑄件質量的可靠性和耐用性，都有非常嚴格的要求。加上風電部件的工作條件十分惡劣，工作環境溫度變化大，需要在-20℃甚至-40℃低溫下承受風力大小變化，因此，除了對鑄件的材質要進行嚴格測試之外，對鑄件內部質量和表面質量，都要通過檢測。?

大型風力發電機組用風電齒輪箱配件主要有球墨鑄鐵行星架、扭力臂、輪轂、底座、齒輪箱等，其中行星架作為齒輪箱內的傳動軸，將直接承受并傳遞巨大的動載荷和靜載荷，作用十分關鍵，其材質與扭力臂、輪轂、底座、齒輪箱等也不相同。風力發電機關鍵件球墨鑄鐵行星架的材質為EN-GJS-700-2U，即要求有高的強度和硬度、耐磨性；而其它配件如扭力臂、輪轂、底座、齒輪箱等的材質為EN-GJS-400-18U-LT，要求有高的抗低溫沖擊韌性和延伸率。行星架在整個風電機組齒輪箱配件中的體積和重量也應該算是最大的，與輪轂、底座的體積和重量相當，屬于齒輪箱配件中體積最大的三個配件之一。

行星架與輪轂、底座一樣，屬于具有厚大斷面的球墨鑄鐵件，且由于行星架的結構特點（見圖1、圖2），其在鑄造工藝上的熱節分布非常不均勻，長軸1的根部與長軸輻板3連接處屬于熱節重疊區域，鑄造上該熱節處于型腔的中心部位，鐵水澆注后在砂型內的冷卻過程中此位置的散熱非常差，因此這里的溫度場對于冷鐵的布置工藝非常敏感，冷鐵激冷作用不夠就“趕”不走缺陷，冷鐵激冷作用太大又會“卡脖子”，一旦稍微處理不當，就會在此區域留下縮孔或縮松缺陷。且由于行星架的材質為EN-GJS-700-2U，在鐵水的化學成分處理上需要加入Mn、Sb、Cr等提高珠光體含量（即提高強度、硬度及耐磨性）的元素，但這三種元素具有增加鐵水收縮傾向的作用，所以更是給行星架的鑄造工藝增加了難度。同時由于其結構特點，風力發電機關鍵件球墨鑄鐵行星架的分型方式必然是垂直于軸線方向的截面進行分型，而且一般會長軸朝下采用底注方式進行澆注，這就會導致上下輻板之間的泥芯（或者是中圈）阻擋長軸型腔以及內澆口產生的氧化渣通過鐵水上浮到澆冒口得以去除，最終造成長軸輻板內側夾渣嚴重，同樣造成鑄件不合格。由此可見，行星架的鑄造工藝在整個風電齒輪箱配件中是難度最大的，同行業的人都很清楚，在風電齒輪箱配件的鑄造生產中，行星架的報廢率是最高的，能將成品率控制在80%以上的鑄造廠家可謂少之又少。