风力发电机组的中箱体的型腔结构、利用该结构制备中箱体的方法技术

一种风力发电机组的中箱体的型腔结构、利用该结构制备中箱体的方法，该结构包括浇注系统、中箱体型腔和出气口；所述的浇注系统包括依次连通的直浇道和过渡浇道；所述的直浇道用于将铸件熔融铁液引入到浇注系统，所述的过渡浇道用于将铸件熔融铁液引入到中箱体型腔；所述的过渡浇道上设置有内浇口，内浇口与中箱体型腔相连通。能避免严重紊流，防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化等铸造缺陷，并具有耐温范围宽、强度高、能满足EN12680.3和DINEN1369标准要求的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电机组的中箱体铸造
，具体涉及一种风力发电机组的中箱体的型腔结构、利用该结构制备中箱体的方法。
技术介绍
风能是一种清洁的可再生能源，受到世界各国的普遍重视。前箱体、后箱体、中箱体、行星架等球墨铸铁件作为风电机组齿轮箱的关键零部件，常年在高达几十米至一百多米的高空运行，大部分铸件要在-20℃甚至-40℃环境下服役20年，综合性能指标要求较高。齿轮箱的可靠性对于风电机组的安全具有重大影响，且故障恢复成本也极其昂贵，据了解设计年发电2200小时的1.5MW机组，发生一次齿轮箱重大故障，仅齿轮箱设备费在100万之间，如加上吊装费、运输费、人工费估计在20万左右，其各项恢复费用总和将在130万左右。特别是其中的中箱体，起到关键的连接作用，其铸造缺陷的存在将严重影响使用效果。比如以铸件外轮廓尺寸Φ1910mm×Φ1297mm×395mm，净重1200kg的中箱体为例：该产品为壁厚25mm的圆台形箱体式结构，最大壁厚122mm。铸造难点主要体现在：(1)70mm×105mm×180mm附铸试块力学性能符合客户企业标准的规定，抗拉强度≥360MPa、屈服强度≥220MPa、延伸率≥12％，要求-20℃的夏氏V形切口的冲击功单个试样不小于7J，三个试样的平均值不小于10J；(2)70mm×105mm×180mm附铸试块金相组织符合客户企业(ISO945)标准的规定，铁素体≥90％，珠光体≤10％，渗碳体≤1％，球化率≥90％，石墨大小4～7；(3)必须经100％的超声波和磁粉探伤，关键部位符合EN12680.3和DINEN1369标准中的1级要求，其它部位2级。因此，铸造这种大型尺寸的中箱体，要克服比如铁液冲型时出现严重紊流、卷入、或吸入气体和使金属过度氧化等铸造缺陷，并能满足上述的使用要求，是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的上述不足，提供一种能避免严重紊流，防止卷入、吸入气体和使金属过度氧化等铸造缺陷，并具有耐温范围宽、强度高、能满足EN12680.3和DINEN1369标准要求的风力发电机组的中箱体的型腔结构。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种风力发电机组的中箱体的型腔结构，该结构包括浇注系统、中箱体型腔和位于中箱体型腔上的出气口；所述的浇注系统包括依次连通的直浇道和过渡浇道；所述的直浇道用于将铸件熔融铁液引入到浇注系统内，所述的过渡浇道用于将铸件熔融铁液引入到中箱体型腔；所述的过渡浇道上设置有内浇口，内浇口与中箱体型腔相连通。作为优选，所述的过渡浇道包括依次连通的第一过渡浇道、第二过渡浇道和第三过渡浇道；所述的第一过渡浇道为圆柱形、所述的第二过渡浇道为扇形，所述的扇形的第二过渡浇道为两个、分设于圆柱形第一过渡浇道的左右两侧；所述的第三过渡浇道为圆弧形、连接于第二过渡浇道的外边缘；所述的第三过渡浇道的上端面为内浇口、内浇口与中箱体型腔相连通；所述的出气口位于中箱体型腔的一端面上并与型腔连通，所述的第一过渡浇道、第二过渡浇道和第三过渡浇道位于中箱体型腔上相对出气口的一侧。采用上述结构，实现了铁液的平稳充型，第一过渡浇道、第二过渡浇道、第三过渡浇道的设置，其主要作用是为了铁液平稳充型，避免严重紊流，防止卷入、吸入气体和使金属过度氧化。作为优选，所述的直浇道的截面积为ΣF1，第一过渡浇道浇道与第二过渡浇道连接处的截面积为ΣF2,第二过渡浇道浇道与第三过渡浇道连接处的截面积为ΣF3,内浇口的截面积为ΣF4,ΣF1∶ΣF2∶ΣF3∶ΣF4＝1∶4.1∶7.8∶11.6。采用上述结构，进一步保证了铁液平稳充型，避免严重紊流，防止卷入、吸入气体和使金属过度氧化；而且，使铁液浇注过程和凝固初期处于较高的铁水静压力作用下，以利用铁水的后补量和相邻区域的石墨化膨胀进行自补缩。作为优选，所述的中箱体型腔沿轴向位于出气口相对一侧设置有第一砂芯、第一砂芯的外端设置有第一砂芯头；所述的中箱体型腔沿轴向位于出气口一侧设置有第二砂芯、第二砂芯的外端设置有第二砂芯头；所述的中箱体型腔的端面上设置有第三砂芯和第四砂芯；本铸件的结构为带有筋板的圆台形箱体式结构，型腔中共采用上述4种砂芯。作为优选，所述的出口气为9个、Φ20mm(每个出气口的口径为20mm)；呈周向设置于中箱体型腔的顶面上；上述结构用于排除型腔内气体，保证铸件内无气孔等缺陷。作为优选，所述的中箱体型腔上设置有冷铁，所述的冷铁包括第一冷铁、第二冷铁和第三冷铁；所述的第一冷铁位于中箱体型腔的第一法兰的顶面上(出气口所在的端面上)，所述的第二冷铁位于中箱体型腔第二法兰的顶面上(中箱体型腔位于出气口所在的端面内部的端面，与第一法兰同轴设置)，所述的第三冷铁位于中箱体型腔的第三法兰的底面上(第二冷铁相对端的中箱体型腔的端面)；冷铁的厚度取铸件壁厚(具体是放置冷铁部位的铸件壁厚)的0.5～0.8倍；三种冷铁均周向均匀分布于各自的法兰面上。由于中箱体铸件为箱体式结构，壁厚相差大，壁厚厚的部位冷却速度过慢、凝固时间长，容易引起缩孔、缩松等缺陷；为了实现均衡凝固，壁厚厚的部位适当提高冷却速度，提高冷却速度的方法主要有三种，即：加冷铁、强制冷却(如通水、雾、液氮等)、冷铁和强制冷却相配合；由于2.3MW风力发电机组中箱体铸件采用呋喃树脂砂型铸造，局部位置冷却速度较慢，难于满足快速冷却的要求，综合考虑生产成本并结合实际条件采用铸铁冷铁和石墨冷铁冷却来消除因壁厚不均而带来的不良热节效应。作为优选，所述的第一冷铁厚60mm，每块间距35mm，共18块；所述的第二冷铁厚80mm，每块间距30mm，共12块；所述的第三冷铁厚40mm，每块间距30mm，共16块。本专利技术的中箱体型腔也可以视为最终中箱体铸件的形状，也即中箱体原料熔融的铁液容置饿腔体、铁液冷却后即形成了最终的中箱体铸件。一种利用上述风力发电机组的中箱体的型腔结构制备中箱体的方法，具体步骤包括：(1)首先，按照如下配比的中箱体铸件的成分：C3.75％～3.80％，Si1.90％～2.20％，Mn＜0.20％，P＜0.03％，S＜0.012％，RE(稀土)0.010％～0.020％，Mg0.025％～0.040％Sb0.003％～0.006％，CE(碳当量＝C+Si/3)4.38％～4.48％，余量为铁配制原料；(2)将原料通过冲天炉的熔炼和中频感应电炉进行成分调整的双联熔炼(炉料配比为50％～70％生铁、20％～40％回炉铁、10％～20％废钢，其中回炉铁一般为同材质的浇冒口、废品，便于合金回用降低成本，也有利于铁水成分控制)；(3)采用堤坝式冲入法球化处理，堤坝高度为100～200mm，球化剂加入球化包堤坝靠炉体一侧后，加孕育剂覆盖在球化剂上，球化剂加入量为铁水重量的1.0％～1.2％；(4)采用二次孕育处理方式：出铁时随铁液流加入铁液0.2-0.4wt％的孕育剂，孕育剂粒度3～8mm，铁液在进行球化处理的同时发生孕育作用(即上述步骤(3)在球化剂上覆盖的孕育剂)；在浇注前将铁水从球化包转入浇包时在铁水表面加入铁液0.2～0.3wt％的粒度为3～8mm的孕育剂作为二次孕育；(5)将中箱体的型腔结构固定于砂箱中；铁液浇注温度控制在1330-1350℃，将铁液经过浇注系统浇注到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组的中箱体的型腔结构，该结构包括浇注系统、中箱体型腔和位于中箱体型腔上的出气口；所述的浇注系统包括依次连通的直浇道和过渡浇道；所述的直浇道用于将铸件熔融铁液引入到浇注系统内，所述的过渡浇道用于将铸件熔融铁液引入到中箱体型腔；所述的过渡浇道上设置有内浇口，内浇口与中箱体型腔相连通。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的中箱体的型腔结构，该结构包括浇注系统、中箱体型腔和位于中箱体型腔上的出气口；所述的浇注系统包括依次连通的直浇道和过渡浇道；所述的直浇道用于将铸件熔融铁液引入到浇注系统内，所述的过渡浇道用于将铸件熔融铁液引入到中箱体型腔；所述的过渡浇道上设置有内浇口，内浇口与中箱体型腔相连通。2.根据权利要求1所述的风力发电机组的中箱体的型腔结构，其特征在于：所述的过渡浇道包括依次连通的第一过渡浇道、第二过渡浇道和第三过渡浇道；所述的第一过渡浇道为圆柱形、所述的第二过渡浇道为扇形，所述的扇形的第二过渡浇道为两个、分设于圆柱形第一过渡浇道的左右两侧；所述的第三过渡浇道为圆弧形、连接于第二过渡浇道的外边缘；所述的第三过渡浇道的上端面为内浇口、内浇口与中箱体型腔相连通；所述的出气口位于中箱体型腔的一端面上并与型腔连通，所述的第一过渡浇道、第二过渡浇道和第三过渡浇道位于中箱体型腔上相对出气口的一侧。3.根据权利要求2所述的风力发电机组的中箱体的型腔结构，其特征在于：所述的直浇道的截面积为ΣF1，第一过渡浇道浇道与第二过渡浇道连接处的截面积为ΣF2,第二过渡浇道浇道与第三过渡浇道连接处的截面积为ΣF3,内浇口的截面积为ΣF4,ΣF1∶ΣF2∶ΣF3∶ΣF4＝1∶4.1∶7.8∶11.6。4.根据权利要求1所述的风力发电机组的中箱体的型腔结构，其特征在于：所述的中箱体型腔沿轴向位于出气口相对一侧设置有第一砂芯、第一砂芯的外端设置有第一砂芯头；所述的中箱体型腔沿轴向位于出气口一侧设置有第二砂芯、第二砂芯的外端设置有第二砂芯头；所述的中箱体型腔的端面上设置有第三砂芯和第四砂芯。5.根据权利要求1所述的风力发电机组的中箱体的型腔结构，其特征在于：所述的出口气为9个、Φ20mm；呈周向设置于中箱体型腔的顶面上。6.根据权利要求1所述的风力发电机组的中箱体的型腔结构，其特征在于：所述的中箱体型腔上设置有冷铁，所述的冷铁包括第一冷铁、第二冷铁和第三冷铁；所述的第一冷铁位于中箱体型腔的第一法兰的顶面上，所述的第二冷铁位于中箱体型腔第二法兰的顶面上，所述的第三冷铁位于中箱体型腔的第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋贤发，陈倩慧，傅明康，付明，张坤，黄志华，
申请(专利权)人：日月重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33