グリーンエネルギー設備の長期運用を可能にする、風力発電業界における中科宇辰バイメタルレーザークラッディングの応用

はじめに: 世界のエネルギー構造がよりクリーンなエネルギーへと移行するにつれて、風力発電の設置容量は増加し続けています。 2024年、中国の風力発電市場は引き続き急速な成長を維持し、同国の累計風力発電系統接続容量は4億6,700万キロワットに達し、世界第1位となる。しかし、複雑な動作条件下における風力発電設備の摩耗や腐食などの問題がますます顕著になってきています。

現在、風力タービンのギアボックスの故障は風力タービン全体の故障の 40% を占めており、風力タービンの停止の主な原因となっています。レーザークラッディング技術は、効率的な修復、精密な強化、環境に優しい環境保護などの特徴により、風力発電の運用と保守の分野における中核技術の 1 つになりつつあります。

中科宇辰風力発電ギアボックス
レーザークラッディングソリューションの代表的な応用例

1. 惑星中心軸の新しい表面のレーザークラッディング

プラネットセンターシャフト材質グレード: 42CrMo4
クラッド材：Cu合金粉末

風力タービンのギアボックスのプラネタリーセンターシャフトは、高負荷、交互応力、複雑な環境に耐える必要があります。その品質はギアボックスの動作において重要な役割を果たします。同時に、コスト削減と効率向上の緊急要件により、プラネタリーセンターシャフトの新しい製造プロセスが急速に導入されています。レーザークラッディング技術により、遊星軸の表面に潤滑性、耐腐食性、耐疲労性に優れた合金コーティングを施すことができ、遊星軸のねじり強度と耐摩耗性が大幅に向上し、耐用年数が延びます。

42CrMo4の表面はCu合金の摩擦防止コーティングでレーザークラッディングされており、形成された表面にはピット、突起、未溶融粒子などの欠陥がなく、山と谷の高低差が小さく、加工量が少なくなっています。旋削後の表面PT検査では、亀裂や穴は発見されませんでした。

2. プラネタリーキャリアの修理

プラネットキャリア材質グレード: QT700-2A
被覆材：Ni基合金

プラネタリーキャリアは、風力タービンの高トルク、衝撃荷重、塩水噴霧腐食環境に長期間さらされるため、損傷を受けやすくなります。摩耗または損傷したプラネタリーキャリアの場合、レーザークラッディングにより、効率的かつ正確に局所的な付加修復を実行でき、表面硬度、耐腐食性、耐疲労性が向上するとともに、運用および保守コストが大幅に削減されます。

中科宇辰は、プラネタリーキャリアシャフトの直径の作業面のレーザークラッディングのプロセス要件を満たす合金粉末を選択します。欠損寸法の多いプラネタリーキャリアの場合、層間冷却と多重クラッディング法を採用して、クラッディング層のサイズ要件を満たすように品質欠陥を厳密に制御します。外観と非破壊検査では、亀裂、介在物、気孔、未融合表面などの欠陥は見られません。

3. メインシャフトとギアの修理

スピンドル材質グレード: 42CrMo4
被覆材：鉄系合金

風力タービンのメインシャフトとギアの表面は、長期にわたる高負荷運転により摩耗、穴あき、剥離が発生しやすくなります。レーザークラッディングは、故障した部分の局所的な修復を完了できます。クラッディング層の硬度は HRC30 を超えているため、耐摩耗性が向上し、材料の無駄が減ります。全体的なコストは、従来の交換ソリューションよりも 40% 低くなります。

複合製造プロセスにより、スピンドルのレーザークラッディング層の残留応力が大幅に低減され、設定された残留圧縮応力さえも達成されます（スピンドルベアリングのレーザークラッディング後の残留応力検出 -312.43MPa）。これにより、レーザー修復後のスピンドルの疲労強度が向上します。

遊星歯車材料グレード: 42CrMo4
クラッド材：FeCr合金粉末材

深さ0.5～1mm、平均硬度55HRCの遊星歯車内壁の傷を修復するために、ロボット+ターンテーブルレーザークラッディング加工プラットフォームを使用して精密な修復を実施します。内孔クラッディングレーザー加工ヘッドを搭載し、摩耗部を螺旋軌道でクラッディングし、油穴を密閉・前処理します。 1.5mmの単層クラッドにFeCr合金粉末材料を選択し、ギアの耐衝撃性を維持しながら耐摩耗性を向上させます。

4. キャビネットのメンテナンス

ボックス材質グレード: QT400
被覆材：Ni基合金

ギアボックス本体の穴に摩耗、破損、へこみなどの問題があり、部品の正常な動作に影響を及ぼします。レーザークラッディング技術は、ケーシングの表面に耐摩耗性と耐腐食性を備えた合金コーティングを形成し、プロセスの最適化を通じて、効率的で高品質な内孔の修復と強化を実現し、風力タービンの運転効率を向上させます。

風力タービンギアボックスの内穴ベアリング取り付け位置の摩耗問題を解決するために、低入熱レーザークラッディング技術と微粉末供給プロセスを組み合わせて修理を行います。ニッケルベースの合金粉末をQT400ダクタイル鋳鉄基板の表面に被覆し、修復層と基板間の傾斜冶金結合を実現します。冶金欠陥は適切に制御され、気孔や亀裂はありません。

中科宇辰の風力発電ギアボックスレーザークラッディングソリューションは、主要部品の製造と修理の問題を解決するだけでなく、高効率、環境保護、低コストなどの利点により、風力発電業界に長期的なパワーを注入します。中科宇辰は、新製品の製造からその後の運用・保守に至るまで、技術革新を通じてグリーンエネルギー機器の持続可能な開発を促進し、世界の風力発電産業を保護することに尽力しています。