Niskokosztowa produkcja dużych wież turbin wiatrowych
Kołnierze, produkowane na świecie przez niewielu producentów, są obecnie wykuwane, co powoduje, że ich wytwarzanie jest kosztowne i czasochłonne. Aby produkować je inną metodą, wymagane jest opracowanie nowych technologii oraz dogłębniejsze zrozumienie tego procesu. Zespół finansowanego przez UE projektu "Offshore wind turbine towers – A quicker, cheaper flange supply route" (RINGMAN) postawił sobie za cel opracowanie alternatywnej metody opartej na walcowaniu na zimno płyt metalowych. Aby to osiągnąć, niezbędne okazało się zastosowanie nowego działa i spawarki, wykorzystujących wiązkę elektronów, a także opracowanie nowych standardów jakości i bezpieczeństwa produkowanych kołnierzy. Przy opracowywaniu wytycznych dla kołnierzy wykuwanych, przed przystąpieniem do ich produkcji naukowcy opracowali modele ułatwiające zrozumienie naprężeń w kołnierzach oraz trwałość zmęczeniową. Modele te wykorzystano do ustalenia zakresu akceptowalnej jakości w odniesieniu do wielkości defektów w produkowanych kołnierzach. Partnerzy biorący udział w projekcie RINGMAN zastosowali proces spawania wiązką elektronów przy obniżonym ciśnieniu do łączenia końców walcowanych prostokątnych pierścieni sekcji wykonanych ze stali węglowo-manganowej. Sprzęt niezbędny do szybkiego uzyskania niezawodnych spoin grubych kołnierzy wytwarzał wiązkę elektronów o mocy do 60 kW. Bez użycia materiału wypełniającego umożliwiał wykonywanie za jednym przejściem spawów o grubości 130 mm przy prędkości spawania 100 mm/min. W celu przywrócenia mikrostruktury metalu opracowano procedurę termicznej obróbki cieplnej po spawaniu, której efektem jest uzyskanie mikrostruktury drobnoziarnistej nieodróżnialnej od materiału wyjściowego. Do wykrywania wielkości wad krytycznych w różnych miejscach sekcji kołnierza naukowcy zastosowali połączenie metod wykrywania wad powierzchniowych oraz testowania ultradźwiękowego. Przeprowadzono badanie demonstracyjnego komponentu kołnierza, by ustalić jakość spawu. Technologia spawania wiązką elektronów, obróbka cieplna po spawaniu oraz wytworzony element kołnierzowy spełniły wymogi wyszczególnione w raporcie dotyczącym kryteriów akceptacji. Proces produkcji kołnierzy opracowany w ramach projektu RINGMAN ma szansę obniżyć koszty produkcji tych podzespołów turbin wiatrowych. Może również posłużyć do zwiększenia konkurencyjności Europy w światowej branży turbin wiatrowych.
Słowa kluczowe
Wieże turbin wiatrowych, kołnierze, płyty metalowe walcowane na zimno, wiązka elektronów