风电核心的零部件包括塔架、叶片、齿轮箱、发电机、主轴、轮毂等,其中塔架在整个风电系统成本中占比大,达26.3%。目前风电塔架高度一般在100~170米,是由单个长度在15~30米的塔筒联接而成,两个塔筒之间的联接是靠风电法兰完成。
整个风电塔筒的重量在200~400吨,因此对塔筒之间的联接件,法兰的强度和刚度都有很高的要求,其面临的应力负荷也较为复杂,特别是海上风电法兰需要适应低温、海上风浪、台风、暴雨等恶劣条件。
由于风电法兰的联接件的特殊性,对其表面质量和尺寸精度要求高,因此这种大型风电法兰盘一般采用锻造后切削的方式来完成对法兰加工。大型风电塔架法兰件直径在3~8m,一般采用S355NL或Q355NE等低合金高强度结构钢、热处理状态为正火轧制或正火。
但随着海上风电的增长,风电法兰采用不锈钢材料的产品逐渐增多。由于风电法兰盘尺寸较大,因此一般采用大型双柱立式车床车削加工的方式,分别进行端面车削和外圆/内圆车削。
大型风电法兰车削的加工特点:毛坯的表面状态比较复杂,有硬化皮、凹坑、气孔等诸多缺陷。加工余量大,材料去除量高,对于加工效率的要求高,特别是前两道工序的粗加工和半精加工的切削深度和进给量选取较大值,以提高加工效率。加工环境恶劣,由于风电法兰尺寸大,其切削加工所使用的立式车床为开放式,对断屑要求较高。