VĚTRNÁ ELEKTRÁRNA JAKO OBROBEK SVOČ FST Zdeněk Šolar, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Podobné dokumenty
TECHNOLOGIE VRTÁNÍ, VYHRUBOVÁNÍ, VYSTRUŽOVÁNÍ A ZAHLUBOVÁNÍ

TECHNOLOGIE SOUSTRUŽENÍ


3.1 Druhy karbidů a povlaků od firmy Innotool

EFEKTIVNÍ FRÉZOVÁNÍ FERITICKO-MARTENZITICKÝCH OCELÍ VLIV MIKROGEOMETRIE NÁSTROJE NA ŘEZNÝ PROCES SVOČ FST 2013

OBSAH str. B 3. Frézovací nástroje s VBD str. B 5

Modulární systém Coromant EH

Bc. Jan Stanek, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Nejdůležitější novinky

KATALOG 2017 KARBIDOVÉ FRÉZY VÁLCOVÉ ČELNÍ 2 BŘITÉ OR201, OR202 3 KARBIDOVÉ FRÉZY VÁLCOVÉ ČELNÍ 3 BŘITÉ OR301 4

Vrtání je obrábění vnitřních rotačních ploch zpravidla dvoubřitým nástrojem Hlavní pohyb je rotační a vykonává jej obvykle nástroj.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ

TECHNOLOGIE SOUSTRUŽENÍ

EMCO Sinumerik 810 M - frézování

KATALOG 2019 KARBIDOVÉ FRÉZY VÁLCOVÉ ČELNÍ 2 BŘITÉ OR201, OR202 4 KARBIDOVÉ FRÉZY VÁLCOVÉ ČELNÍ 3 BŘITÉ OR301 5

Evropský sociální fond Praha & EU: INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI. VÝROBNÍ KONSTRUKCE, 4. ročník - CVIČENÍ

K obrábění součástí malých a středních rozměrů.

CoroMill 390 Stopkové frézy s velikostí břitových destiček 07 Třída GC1130 pro obrábění ocelí

VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY Tomáš Kostka

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: Počítačem řízené stroje. Název zpracovaného celku: CAM obrábění

VYVRTÁVÁNÍ. Výroba otvorů

Rohová fréza se šroubem upínanými břitovými destičkami. Pro stabilní rohové frézování i při vysokém zatížení.

Základy vrtání 2.část

1 Moderní nástrojové materiály

Řada WaveMill WEX. Jemný řez Vysoce výkonné frézovací nástroje CZ-64 ROZŠÍŘENÍ PROGRAMU

(02) Soustružení I. Obr. 1 Součást se závitem.

Nástroje Silent Tools TM Produktivita při použití štíhlých nástrojů

TECHNOLOGIE FRÉZOVÁNÍ

US 2000 NÁSTROJOVÁ OCEL. Certifikace dle ISO 9001 CHARAKTER CHEMICKÉHO SLOŽENÍ US 2000 US 2000 US Typické oblasti použití.

CoroDrill 880 Pozornost se upíná na neželezné materiály

OBRÁBĚNÍ I. Zpětný zdvih při těchto metodách snižuje produktivitu obrábění. Proto je zpětná rychlost 1,5x - 4x větší než pracovní rychlost.

Zpracovala: Jana Fojtíková

Hlavní skupina. Změna charakteristik. Označení Obráběný materiál Příklad užití a podmínky užití

velký GURMÁN SNGX 13 LNET 16 S DESTIČKAMI VE ŠROUBOVICI

Určení řezných podmínek pro frézování v systému AlphaCAM

KATALOG 2016 KARBIDOVÉ FRÉZY VÁLCOVÉ ČELNÍ 2 BŘITÉ OR201, OR202 3 KARBIDOVÉ FRÉZY VÁLCOVÉ ČELNÍ 3 BŘITÉ OR301 4

KARBIDOVÉ FRÉZY VÁLCOVÉ ČELNÍ 2 BŘITÉ OR201 OR202

Představujeme... Rozšíření nabídky Kennametal o karbidové závitníky

OBRÁBĚNÍ A MONTÁŽ. EduCom. doc. Dr. Ing. Elias TOMEH elias.tomeh@tul.cz Technická univerzita v Liberci

Tepelné zpracování. Charakteristika. Použití. Mechanické a technologické vlastnosti ŽÍHÁNÍ NA SNÍŽENÍ VNITŘNÍHO NAPĚTÍ POVRCHOVÉ TVRZENÍ

Technologický proces

=10. Vrtání a vyvrtávání. Vrtání a vyvrtávání. Základní pojmy:

PROTAHOVÁNÍ. Protahovací stroje vnitřních profilů

Frézování. Hlavní řezný pohyb nástroj - rotační pohyb Přísuv obrobek - v podélném, příčném a svislém směru. Nástroje - frézy.

1 VRTAČKY Stroje určené pro vrtání, vyvrtávání, vyhrubování, vystružování a zahlubování. Hlavní pohyb a posuv koná vřeteno stroje s nástrojem.

Vrtání,vyvrtávání,vyhrubování,vystružování

Vyměnitelné břitové destičky

Koncepce s oboustrannými mnohobřitými břitovými destičkami s pozitivním záběrem

KATALOG NÁSTROJŮ PRO OBRÁBĚNÍ

C Cr V Mo 0,80 % 7,50 % 2,75 % 1,30%

Soustružení. Použití: pro soustružení rotačních ploch vnějších i vnitřních, k zarovnání čela, řezání závitů, tvarové soustružení.

Závitové nože na vnější metrické závity

Evoluce v oblasti trochoidního frézování

20 Hoblování a obrážení

NÁSTROJE A TECHNOLOGIE ČESKÉ VÝROBKY VE ŠPIČKOVÉ KVALITĚ

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ T Ř Í S K O V É O B R Á B Ě N Í - V R T

Inovační vrták pro strojírenský sektor


Výukové texty. pro předmět. Automatické řízení výrobní techniky (KKS/ARVT) na téma

MATURITNÍ TÉMATA (OKRUHY) STROJÍRENSKÁ TECHNOLOGIE. TECHNICKÝ SOFTWARE (Strojírenství)

Nové typy nástrojů pro frézování, frézovací hlavy, rozdělení frézek podle konstrukce

M370. Aplikace s vysokými posuvy Řada M370

Řezné materiály www. www t. u t n u g n a g loy o. y c. z c

2013 / 14 Vysoce výkonné nástroje ze slinutého karbidu

Ing. Petra Cihlářová. Odborný garant: Doc. Ing. Miroslav Píška, CSc.

OPOTŘEBENÍ A TRVANLIVOST NÁSTROJE

NÁSTROJE NOVINKY B076CZ. Monolitní nástrojový materiál PKNB pro litiny a slinuté slitiny

Vývoj - grafické znázornění

Základní konvenční technologie obrábění SOUSTRUŽENÍ

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ T Ř Í S K O V É O B R Á B Ě N Í - S O U

J e m n á m e c h a n i k a

SYSTÉMY A VYBAVENÍ VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN

UPÍNACÍ HROTY ČSN ISO 298 ( ) DIN 806

HOBLOVÁNÍ A OBRÁŽENÍ

Exkluzivní tvar pro zahlubování

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

MC6015 MC6025. Posouváme hranice soustružení oceli. FP/LP MP/RP TOOLS NEWS. Řada destiček podle ISO pro soustružení korozivzdorné oceli B196CZ

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Sostružnické nože- učební materiál

ConeFit TM nabízí maximální flexibilitu.

Zvyšte hospodárnost vaší výroby

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

Charakteristika. Tepelné zpracování. Použití. Vlastnosti ŽÍHÁNÍ NA MĚKKO NORMALIZAČNÍ ŽÍHÁNÍ ŽÍHÁNÍ NA SNÍŽENÍ VNITŘNÍHO PNUTÍ KALENÍ PEVNOST V TAHU

Modulární vrtáky. Modulární vrtací systém KSEM. Hlavní použití. Funkce a výhody

WMT Univerzální a dobře zkonstruované. Jeden systém pro zapichování, upichování, soustružení a kopírování Systém WMT

AUTOMATICKÁ VÝMĚNA NÁSTROJŮ NA OBRÁBĚCÍCH STROJÍCH. Ondřej Tyc

Okruhy pro závěrečné zkoušky oboru - strojní mechanik školní rok 2017/2018 (odborný výcvik)

Nejdůležitější novinky

Slinuté karbidy povlakované materiálem CVD pro obrábění ocelí MC6025. Posouváme hranice obrábění oceli

8. Třískové obrábění

KATALOG INOVACE. UniDrill. Kopinaté vrtáky s břitovými destičkami. kennametal.com

Kompozity. Řešení pro obrábění typických výrobků. Ve spolupráci s

Modularita nástrojového vybavení. se systémy Coromant Capto, Coromant EH a CoroTurn SL

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ T Ř Í S K O V É O B R Á B Ě N Í - F R É

KOMPLEXNÍ VZDĚLÁVÁNÍ KATEDRA STROJNÍ SPŠSE a VOŠ LIBEREC

VÝROBNÍ PROGRAM TK NÁSTROJE

Výroba závitů - shrnutí

VÝROBA VELMI PŘESNÝCH DĚR A JEJICH VZÁJEMNÉ POUZDŘENÍ V KOMBINACI RŮZNÝCH MATERIÁLŮ SVOČ FST 2009

Moderní způsoby vrtání, vrtání magnetickou vrtačkou, nové typy vrtáků

Určení řezných podmínek pro soustružení:

TECHNICKÁ ILUSTRACE A ANIMACE NÁSTROJOVÉHO SYSTÉMU HAM-FINAL RC PRO PRAKTICKÉ POUŽITÍ SVOČ FST 2014

Transkript:

VĚTRNÁ ELEKTRÁRNA JAKO OBROBEK SVOČ FST 2013 Zdeněk Šolar, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Česká republika ABSTRAKT Cílem práce, která slouží jako podklad pro tento příspěvek, je především poskytnout ucelený pohled na obrábění vybraných komponent větrných elektráren. U vybraných komponent jsou popsány technologie, nástroje, nástrojové materiály a řezné podmínky pro jejich obrobení podle doporučení výrobců Sandvik Coromant, Seco a Iscar. Cílem je porovnat produktivitu těchto výrobců a učinit z porovnání závěry. Mimo to jsou v práci popisovány vybrané specifické stroje sloužící k obrábění komponent větrných elektráren. KLÍČOVÁ SLOVA Konstrukční materiály, nástroje a nástrojové materiály, stroje, technologie obrábění. ÚVOD V dnešní době je snaha stavět stále větší větrné elektrárny o průměru rotoru až 150 m se stožáry o výšce více než 100 m, s výkonem až 7,5 MW. Velice podstatným údajem je výška. Ta má totiž výrazný vliv na to, kolik energie bude produkováno. Je to způsobeno tím, že ve vyšších hladinách nad povrchem vane silnější vítr, který roztáčí lopatky turbíny. To však znamená vyšší namáhání komponent větrných elektráren, což klade na výrobce těchto komponent vyšší požadavky. Ti musí používat materiály s dobrými mechanickými vlastnostmi, a tím pádem se změní i výběr nástrojů. Práce se samozřejmě nemůže věnovat všem druhům větrných elektráren. Vzhledem k tomu, že cílem je objasnit obrábění jednotlivých komponent, zabývá se práce strojem, který v sobě ukrývá velké množství komponent, jejichž výrobní technologie vyžaduje obrábění. Jedná se tedy o klasickou větrnou elektrárnu s vodorovnou osou rotace, určenou pro napájení měst. KOMPONENTY VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN Větrná elektrárna je souborem komponent sestavených do sebe až na místě pozdějšího fungování. Části elektrárny mohou vážit až několik stovek tun, a proto je důležité bezpečné ukotvení kolosu v zemi. K tomu slouží betonový základ. K němu je pomocí šroubů připevněn stožár, respektive několik segmentů stožáru spojených přírubami. Na vrcholu stožáru je otočný prstenec, k němuž je připevněna gondola. Gondola Lopatka Stožár Betonový základ Obrázek 1: Větrná elektrárna Ta obsahuje strojovnu srdce větrné elektrárny. Samotná strojovna obsahuje součásti, pomocí nichž je mechanická energie přeměněna na elektrickou. Jedná se o hlavní hřídel, nosný rám, převodovku, pružnou spojku, generátor, systém

natáčení strojovny a hydraulické systémy větrné elektrárny. Posledním a nejdůležitějším článkem je rotor. Ten je uchycen ke gondole a zahrnuje náboj s připevněnými lopatkami. Pružná spojka Převodovka Hlavní hřídel Generátor Náboj rotoru Nosný rám Příruba stožáru Obrázek 2: Gondola větrné elektrárny CHARAKTERISTIKA A TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ VYBRANÝCH KOMPONENT VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN K tomu, aby bylo možné volit vhodné nástroje a nástrojové materiály pro obrábění vybraných komponent, je nutné znát materiál a funkci komponenty. Z toho také vyplývají dané technologie obrábění. Příruba pro spojení segmentů stožáru Příruby se vyrábějí z normovaných ocelových desek obdélníkových profilů. Jedná se o normalizačně válcovanou, jemnozrnnou konstrukční ocel s nízkou mezí kluzu S355NL (označení dle evropské normy EN 10025-3:2004). Zejména dobrá svařitelnost je u těchto přírub rozhodující, vzhledem k tomu, že jsou k nim přivařeny mohutné segmenty stožáru. Do příruby se vyvrtávají díry pro šrouby. Těchto otvorů bývá 60 160 v jedné přírubě. Přesný počet záleží na průměru a umístění ve stožáru. Na přírubě jsou prováděny operace soustružení (hrubování), soustružení (na čisto) a vrtání. Soustružení - vnější průměr Soustružení - vnitřní průměr Soustružení - čelo Obrázek 3: Příruba pro spojení segmentů stožáru Náboj rotoru Náboj rotoru větrné elektrárny je prvek, ke kterému je připojena hlavní hřídel a lopatky, které jsou strůjcem rozpohybování náboje. Jeho rotační pohyb je následně přenesen přes hřídel do převodovky. Moderní náboje rotoru navíc obsahují natáčecí systém k nastavení úhlu lopatek. Ten řídí výstupní výkon a v případě potřeby zpomaluje nebo zastavuje otáčení vrtule natočením listů ve směru proudění vzduchu. Výrobci často používají pro výrobu tvárnou litinu EN-GJS-400-18-LT (označení dle evropské normy EN 1563:2011). Toto řešení je voleno z důvodu komplikovaného tvaru a požadavku na materiál, odolávat únavě. Na náboji jsou prováděny operace čelní frézování, vrtání děr, rohové frézování, šroubová a kruhová interpolace, vyvrtávání, frézování vnitřních ploch, řezání závitů, sražení hran.

Čelní frézování děr Řezání závitů Rohové frézování Sražení hran Frézování vnitřních ploch Vyvrtávání Šroubové a kruhové interpolace Obrázek 4: Náboj rotoru větrné elektrárny Hlavní hřídel Hlavní hřídel větrné elektrárny přenáší točivý moment rotoru. Kinetická energie větru se přenese přes hřídel do převodovky, kde se dosáhne vysoké rychlosti rotace. Tato rotační kinetická energie je v generátoru přeměněna v elektrickou energii. Hlavní hřídel větrné elektrárny je obvykle kovaná z tvrzené a kalené oceli. Výrobci používají především nízkolegovanou ušlechtilou chrom-molybdenovou ocel 42CrMo4 či středně legovanou ušlechtilou chrom-nikl-molybdenovou ocel 34CrNiMo6 (označení dle evropské normy EN 10083-3:2006). Česká republika je jeden z největších výrobců hřídelí pro větrné elektrárny. K dodavatelům hřídelí pro světové výrobce větrných elektráren patří firmy jako Škoda Plzeň či Vítkovice Steel. Na hřídeli jsou prováděny operace soustružení (hrubování), soustružení (na čisto), vrtání hlubokých děr, vrtání krátkých děr. Soustružení krátkých děr hlubokých děr Obrázek 4: Hlavní hřídel větrné elektrárny NÁSTROJE A NÁSTROJOVÉ MATERIÁLY VYBRANÝCH KOMPONENT VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN Cílem této kapitoly je podat ucelené informace o nástrojích a nástrojových materiálech výrobců Sandvik Coromant, Seco a Iscar pro obrábění komponent z předchozí kapitoly. V bakalářské práci je pro jednotlivé operace jednotlivých výrobců zpracována tabulka, obsahující informace o nástroji, nástrojovém materiálu, řezných podmínkách a objemu odebraného materiálu (viz tabulka 1).

SANDVIK COROMANT SECO TOOLS ISCAR Fréza 345-160Q40-13H R220.48-8160-09-10S SOF45 8/16-D160-12- 40R VBD 345R-1305M-KH ONMU090520ANTN-M12 S845 SNMU 1305ANTR Materiál GC3220 MP1500 IC810 Řezná rychlost v c [m/min] Posuv f z [mm] Hloubka řezu a p [mm] Objem odebraného materiálu Q [cm3/min] 200 240 200 0.25 0,65 0,2 5 4 6 250 624 240 Tabulka 1: Čelní frézování náboje rotoru Z Tabulky 1 je zřejmé, že nástroj firmy Sandvik Coromant je vybaven destičkou GC3220. Jedná se o VBD ze slinutého karbidu pro obrábění skupiny K (K01-K30). Tato destička obsahuje vrchní povlak Al 2 O 3. Pod touto vrstvou je dále nanesen povlak TiN. Seco zde pro dané obrábění volí VBD MP1500. Tato VBD je ze slinutého karbidu vhodného pro skupinu K (K05-K25). Povlak tvoří TiCN a Al 2 O 3. Iscar používá VBD IC810. Břitová destička obsahuje slinutý karbid pro obrábění materiálů skupiny P (P15 P30) a K (K10 K30). Zde je použito povlaků AlTiN a TiN. Povlaky jsou nanášeny metodou PVD. Náboj rotoru je z tvárné litiny, a proto je zřejmé, že výrobci používají nástroje ze slinutého karbidu pro aplikační skupinu K. Tedy pro slinuté karbidy pro obrábění materiálů, dávající krátkou, drobivou třísku. Do této skupiny patří nelegovaná i legovaná ocel, šedá litina, tvárná litina, temperovaná litina. POROVNÁNÍ PRODUKTIVITY VYBRANÝCH VÝROBCŮ PRO OBRÁBĚNÍ NA NÁBOJI A HŘÍDELI Po zjištění všech řezných podmínek pro jednotlivé operace náboje a hřídele bylo možné vypočítat objem odebraného materiálu, vztahujícího se k jednotlivým operacím výrobců Sandvik Coromant, Seco a Iscar. Následně byla porovnána produktivita vybraných výrobců (Graf 1, Graf 2). 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Objem odebraného materiálu [cm 3 /min] Rohové frézování Frézování kruhovou interpolací Čelní frézování Vyvrtávání Sandvik Seco Iscar

Graf 1: Porovnání odebraného materiálu na náboji 6000 5000 Objem odebraného materiálu [cm 3 /min] 4000 3000 2000 1000 Sandvik Seco Iscar 0 Soustružení - hrubování Soustružení - na čisto krátkých děr Graf 2: Porovnání odebraného materiálu na hlavní hřídeli STROJE PRO OBRÁBĚNÍ KOMPONENT VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN Tato kapitola bakalářské práce se snaží vytvořit přehled vybraných strojů a strojních systémů na trhu. Jednotlivé stroje a systémy jsou popsány z hlediska funkce, doporučení a technických specifikací. Největším rozdílem mezi standardním obráběním a obráběním součástí větrných elektráren je v jejich rozměrnosti. Tomu jsou samozřejmě také přizpůsobeny obráběcí stroje. Rozměrné komponenty často nejsou vyráběny jen v malých dávkách, a to je i případ větrných turbín. Komponenty jsou extrémně namáhány nerovnoměrným zatížením větru, a proto je požadována nejvyšší kvalita. Ta je však ohrožena, pokud výrobci volí komplikovanou výrobní technologií, při které dochází k častým přeupnutím. Systém MEGAFLEX Jedná se o specializovaný systém pro obrábění náboje větrných elektráren převzatý z automobilového průmyslu a uzpůsobený pro obrábění velkých obrobků. Firma Astraeus obrábí náboje o hmotnosti 18144kg a její produkce se pohybuje kolem 18000 nábojů za rok. Systém MEGAFLEX je založen na 3 vyvrtávačkách MAG FTR 5000 pracujících současně na třech čelech, ke kterým budou v budoucnu připojeny lopatky. Pracovní stůl má možnost rotace kolem osy y. Celý systém zahrnuje koncept procesu, naprogramování, systém strojů a zásobníky nástrojů (Obr. 4.9.3). MEGAFLEX vykonává až 20 obráběcích procesů (frézování, vrtání, zahlubování) na jedno upnutí, ve velice krátkém čase a za dodržení přesných tolerancí. Ve firmě Astraeus vyrábějí běžně 1 náboj za směnu. Při procesu je aplikováno MQL (Minimum Quantity Lubrication), tedy minimální přimazávání. ZÁSOBNÍK NÁSTROJŮ VŘETENA Obrázek 5: Systém MEGAFLEX s detailem zásobníku nástrojů

Obrázek 6: Detail obrábění náboje systémem MEGAFLEX ZÁVĚR A DOPORUČENÍ Větrná elektrárna jako celek je složena z mnoha komponent, jejichž materiálem je převážně ocel a litina. Tomu také odpovídají zvolené materiály vyměnitelných břitových destiček. Tedy slinuté karbidy pro obrábění materiálů skupiny P a K. Hlavním cílem práce bylo porovnat produktivitu výrobců Sandvik Coromant, Seco a Iscar. To se podařilo díky shromáždění doporučených řezných podmínek pro dané operace těchto výrobců. Pokud výrobce udal řezné podmínky v určitých intervalech, byly vybrány ty nejvyšší. Po zpracování je nutno konstatovat, že žádný z výrobců výrazně nevyčnívá ve všech operacích nad ostatními. PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval Ing. Zdeňkovi Jandovi Ph.D. za odborné konzultace. LITERATURA ŠOLAR, Z. Bakalářská práce Větrná elektrárna jako obrobek. Plzeň: ZČU, 2013 Tento příspěvek byl podpořen formou odborné konzultace Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.3.00/35.0048 Popularizace výzkumu a vývoje ve strojním inženýrství a jeho výsledků (POPULÁR).