1.5MW级风力发电机组球铁轮毂铸件浇注及补缩系统设计

论文摘要

在石化能源日益枯竭的今天,研究风力发电问题有重要的实际意义。轮毂是风力发电机组中最重要的承载部件,轮毂的质量是决定风机性能的关键因素之一。风机轮毂铸件的直径约3米,重达8吨,重要部位壁厚160多毫米,铸造难度极大。与传统方法相比,用计算机模拟的方法研究铸造工艺优化问题,有研制周期短、成本低、研究结果科学可靠等优点。本文用计算机模拟的方法研究轮毂铸件的充型过程和凝固过程,以实现铸造工艺优化的目的。分析了轮毂铸件的铸造工艺性,从而确定了铸造工艺方案。完成了铸造工艺参数、浇注和补缩系统的设计。确定了流场、温度场计算机模拟的初始条件、边界条件及热物性参数,并进行了铸件充型及凝固过程计算机模拟。通过对铸件缩孔位置、形状、尺寸预测,进行了铸造工艺优化,并用优化的铸造工艺浇注了实际铸件。计算机模拟过程反映了铸件的充型和凝固过程的实际状况,预测了可能产生的缩孔体积和部位。通过计算机模拟发现,半封闭底注式浇注系统和保温冒口与冷铁相结合的补缩系统确实消除了缩孔缺陷。研究结果表明,在轮毂铸件轴孔热节部位上方放置保温冒口,在镇流孔热节部位下方放置冷铁,能使轮毂铸件顺序凝固,并消除热节,实现消除和控制缩孔的目的。用优化后的铸造工艺生产了轮毂铸件,并对铸件进行了探伤检测,表明生产的铸件质量能够达到要求,证明利用数值模拟技术优化的铸造工艺是有效和可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外风机轮毂铸造成形研究现状
• 1.3 大型铸件充型和补缩计算机模拟研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 1.5MW风力发电机组轮毂球铁件浇注和补缩系统设计
• 2.1 轮毂球铁件凝固特点分析
• 2.1.1 轮毂铸件的化学成分和力学性能
• 2.1.2 轮毂铸件的尺寸和凝固特点
• 2.2 轮毂铸件铸造工艺参数设计
• 2.2.1 浇注位置，分型面及浇注方式的确定
• 2.2.2 浇注时间，浇注温度的确定
• 2.3 浇注系统设计
• 2.4 补缩系统设计
• 2.5 小结
• 第三章 轮毂铸件流场温度场模拟的数学模型及初步模拟结果
• 3.1 铸件充型过程流场模拟的数学模型
• 3.1.1 流场模拟的基本方程
• 3.1.2 流场模拟的边界条件和初始条件
• 3.2 铸件凝固过程温度场模拟的数学模型
• 3.2.1 温度场模拟的基本方程
• 3.2.2 温度场模拟的边界条件和初始条件
• 3.3 轮毂铸件流场、温度场初步模拟结果
• 3.3.1 轮毂铸件网格划分
• 3.3.2 充型过程流场初步模拟结果
• 3.3.3 凝固过程温度场初步模拟结果
• 3.4 小结
• 第四章 球铁轮毂铸件充型和补缩系统优化
• 4.1 充型过程流场模拟
• 4.2 凝固过程温度场模拟
• 4.3 试验验证
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢