수력 터빈 단조품이란 무엇입니까?

수력 터빈 단조품 이다 단조 공정을 통해 생산된 수력 발전 터빈의 구조 및 회전 부품 - 금속이 용융 금속으로 주조되거나 스톡 바에서 기계 가공되기보다는 높은 압축력으로 성형되는 경우. 단조 공정에서는 금속에 정교하고 방향적으로 정렬된 입자 구조가 생성되어 완성된 부품에 동등한 주조물보다 훨씬 더 높은 강도, 피로 저항 및 인성이 부여됩니다. 이러한 특성은 지속적인 유압 충격 부하, 높은 수압 및 까다로운 유압 환경에서 수십 년 동안 중단 없이 작동하는 터빈 부품에 매우 중요합니다.

수력 터빈 단조품으로 생산되는 주요 부품

수력 터빈의 여러 중요한 구성 요소에는 단조만이 제공할 수 있는 우수한 기계적 특성이 필요합니다.

러너 블레이드

러너는 터빈의 회전 심장입니다. 흐르는 물의 운동 및 압력 에너지를 직접 기계적 회전으로 변환합니다. Francis, Kaplan 및 Pelton 터빈의 러너 블레이드는 내구성이 있어야 합니다. 10MPa를 초과할 수 있는 압력에서 연속적인 순환 유압 부하 , 물 흐름 속도가 증기압 아래로 국지적인 압력 강하를 생성하는 표면의 침식성 캐비테이션 손상과 결합됩니다. 단조 스테인리스강 러너 블레이드는 수십 년에 걸쳐 측정된 작동 수명을 충족하는 데 필요한 피로 강도와 내식성을 제공합니다.

터빈 샤프트

메인 샤프트는 러너의 전체 회전 토크를 발전기에 전달합니다. 대형 수력 터빈의 경우 샤프트 직경은 1미터를 초과하고 길이는 수 미터를 초과할 수 있습니다. 이는 산업 제조에서 생산되는 가장 큰 정밀 단조품 중 하나입니다. 샤프트는 수백만 번의 시작-정지 주기와 지속적인 최대 부하 작동을 통해 치수 정확성과 피로 무결성을 유지해야 하며, 종종 40~60년의 사용 수명을 위해 설계된 장치에서 사용됩니다.

가이드 베인 및 개찰구 게이트

가이드 베인은 러너로 유입되는 물의 흐름을 조절하여 터빈 속도와 출력을 제어합니다. 이러한 구성 요소는 높은 유압에서 자주 열리고 닫히는 주기를 경험합니다. 기계적 부하와 유압 부하가 결합되어 단조 스테인레스 스틸 또는 듀플렉스 스테인레스 스틸이 장기적으로 안정적인 작동을 위해 선택되는 재료가 됩니다.

베어링 하우징 및 허브

단조 강철 베어링 하우징과 러너 허브는 베어링 시스템을 통해 전달되는 하중을 지원하는 데 필요한 구조적 무결성을 제공하는 반면, 단조 미세 구조는 두꺼운 단면 구성 요소 전반에 걸쳐 일관된 기계적 특성을 보장합니다.

터빈 응용 분야에서 단조품이 주조품보다 우수한 이유

터빈 부품의 단조와 주조 사이의 선택은 임의적이지 않습니다. 수력 터빈의 작동 환경에서는 주조가 구조적으로 달성할 수 없는 특성을 요구합니다.

수력 터빈 부품 성능과 관련된 단조 및 주조 특성 비교
재산	단조	캐스팅
입자 구조	정교하고 부품 모양에 맞춰 정렬됨	무작위 수지상 응고 구조
인장강도	더 높음(15~30% 오버 캐스팅)	낮은
피로생활	상당히 길어짐	낮은 (porosity creates fatigue initiation sites)
내부 결함	최소(단조 압력으로 인해 기공이 닫힘)	다공성 및 수축 공극 가능
충격 인성	슈페리어	낮은

수력 터빈 단조에 사용되는 재료

재료 선택 수력 터빈 단조 높은 기계적 강도, 수중 부식 및 침식 저항성, 수리 작업을 위한 용접성 등의 복합적인 요구 사항을 고려해야 합니다.

마르텐사이트계 스테인리스강(예: CA6NM, 13Cr4Ni): 러너 블레이드 및 가이드 베인의 주요 소재 - 내하중 부품에 필요한 높은 항복 강도를 유지하면서 수중 캐비테이션 침식 및 부식에 대한 탁월한 저항성을 제공합니다.
탄소강 및 저합금강: 보호 코팅으로 부식이 제어되는 샤프트, 허브 및 구조 부품에 사용되며 토크가 높은 샤프트 응용 분야에 필요한 인성과 피로 강도를 제공합니다.
이중 스테인리스 스틸: 까다로운 수질 화학 환경에서 고강도와 우수한 내식성을 모두 요구하는 부품에 대한 사양이 점점 더 높아지고 있습니다.

제조공정 및 품질검사

수력 터빈 단조품 생산은 엄격하게 제어되는 공정 단계 및 검사 체크포인트 순서를 따릅니다.

잉곳 선택 및 용해: 고품질 강철 잉곳을 선택하고 중요한 부품의 경우 진공 아크 재용해(VAR) 또는 일렉트로슬래그 재용해(ESR)하여 비금속 개재물을 최소화합니다.
열간 단조: 가열된 빌렛은 유압 프레스 또는 해머 단조를 통해 필요한 형태로 성형되며 단면 전체에 걸쳐 입자 구조를 미세화하는 제어된 감소가 적용됩니다.
열처리: 담금질 및 템퍼링 주기는 완성된 재료의 강도와 인성의 균형을 최적화합니다.
비파괴 검사(NDT): 초음파 검사(UT)는 내부 결함이 없는지 확인합니다. 자기 입자 검사(MPI)는 표면 및 표면 근처의 무결성을 검사합니다. 염료 침투 검사(DPI)로 표면 품질 확인
기계적 성질 테스트: 각 단조품의 샘플은 재료 사양에 대한 적합성을 확인하기 위해 인장 테스트, 충격 테스트 및 경도 테스트를 거칩니다.
치수 검사: CMM 또는 수동 측정을 통해 부품이 가공을 위해 출시되기 전에 모든 중요한 치수가 도면 공차 내에 있는지 확인합니다