フレームおよびベッドプレートの製造

製品概要

ナセルフレームとベッドプレートは,風力タービンのドライブトレインにおける主要な構造的骨格として機能し,過酷な繰返し荷重下で主軸,ギアボックス,発電機,およびヨーシステムを支えます。これらの重量のある溶接構造物は,厚さ30mmから150mmの高強度構造用鋼板から製造され,1枚あたりの最大重量は80トンに達します。 製造工程は,EN 1090-2 EXC4 施工クラス要件に準拠したプレートの精密プラズマまたはレーザー切断から始まり,続いてAWS A5.29およびEN ISO 17632に認定された溶加材を用いた多層埋弧溶接（SAW）およびフラックス入りアーク溶接（FCAW）が行われます。 各溶接継手は,IEC 61400-1設計基準に基づき,10^7サイクルを超える疲労荷重に耐えるよう設計されており,完全溶込み突合せ溶接および部分溶込みT字継手については,EN ISO 17640に基づく100%超音波探傷検査（UT）およびEN ISO 17638に基づく磁粉探傷検査（MT）により検証されています。

溶接後応力除去熱処理

溶接後の応力除去熱処理（PWHT）は,溶接による残留応力を除去し,タービンの設計寿命である20年間にわたる寸法安定性を確保するため,すべてのナセルフレームおよびベッドプレートアセンブリに対して必須です。 PWHT は,EN 10052 に準拠した温度制御機能を備えたプログラム可能なガス炉で行われます。通常,厚さ 25 mm につき 1 時間,580°C から 620°C で保持した後,再硬化や歪みを防ぐため,最大 50°C/時の速度で制御冷却を行います。 厚さ 80 mm を超える厚肉継手の場合,EN 1011-2 の規定に従い,パス間の温度を 150°C から 250°C の間に維持するために,多層溶接中に中間応力除去処理が施されます。 この熱処理により,残留応力のピーク値を材料の降伏強度の 30% 未満に低減します。これは,ASTM E837 に基づく穴あけひずみゲージ測定によって検証されており,長年の稼働後も,ベッドプレートが重要なベアリングおよびギアボックスの接合部において ±0.05 mm の機械加工公差を維持することを保証します。

CNC加工と表面処理

ナセルフレームの接合部のCNC加工は,ハイデンハインTNC 640制御装置を搭載した6メートル×4メートル×2メートルのガントリーミルで行われ,すべてのベアリング座およびギアボックス取付パッドにおいて,位置決め精度±0.02 mm,表面粗さRa 1.6 μmを実現しています。 主軸ベアリングハウジングは,ISO 286-2に準拠したH7公差で穴あけ加工され,ベッドプレートの全幅にわたって同心度は0.03 mm以内に維持されています。ギアボックス取付フランジは,1メートルあたり0.05 mmの平坦度で加工され,ボルト穴の配置はタービンのピッチ円直径に対して±0.1 mmの精度で位置決めされています。 すべての加工面は,ISO 12944-4 C5-Mの腐食防止要件を満たす2層エポキシプライマーシステムで保護されており,乾燥膜厚は240 μm以上です。一体型のリフティングラグおよび輸送用ブラケットは,DNV-GL-ST-0378規格に準拠して設計されており,降伏点に対して4:1の安全率を確保することで,組立および洋上設置時の安全な取り扱いを可能にしています。

用途・産業

Leading Top Unionが製造するナセルフレームおよびベッドプレートは,3MWから15MW級の陸上および洋上風力発電プラットフォームに導入されており,再生可能エネルギー分野の主要なOEMやEPC請負業者に供給されています。 北海およびバルト海の洋上風力発電所向けベッドプレートは,DNV-OS-J101に準拠し,極度の波浪荷重および50年周期の暴風雨条件に耐えるよう設計されており,疲労寿命の計算はEN 1993-1-9のS-N曲線に基づいています。 一般的な 8 MW の洋上風力タービンのナセルフレームの重量は 45～65 トンで,定格風速 12 m/s で 12,000 kNm のトルクを伝達するドライブトレインを支えています。 ベッドプレートのヨーベアリングインターフェースは,タービンの稼働期間を通じて 0.1 度以内の位置合わせを維持する必要があり,直径 4 メートルのヨーリング取り付け面には ±0.05 mm の加工公差が要求されます。これらのアセンブリは,長さ 2 mm までの平面欠陥を検出するために,ASTM E2491 に準拠したフェーズドアレイ超音波探傷試験 (PAUT) を含む 100% の非破壊検査 (非破壊検査) を受けます。

船舶推進システムの用途

風力発電以外にも,当社の大型構造物製造能力は,構造上の要求が風力タービンと類似している船舶推進システムのナセルフレームやベッドプレート用途にも対応しています。ダイナミックポジショニング船の方位制御スラスタ用ベッドプレートは,DNV規則に基づきNV E36またはDH36造船用鋼材を用いて製造され,板厚は最大120mm,単体重量は60トンに達します。 これらの部品は,600～1200 RPMで稼働するディーゼル電気駆動装置によるねじり振動に耐えなければならないため,機械加工後に5メートルにわたって0.5 mm以内の平坦度を維持するためにPWHT（熱処理後焼鈍）工程が必要となります。 ギアボックスの取り付け面は,H6公差で穴あけ加工され,表面粗さはRa 0.8 μmに保たれており,流体軸受の油膜の完全性が確保されています。各船舶用ベッドプレートは,EN ISO 17636-1に準拠して,すべての完全溶込み溶接部に対して100%の放射線検査（RT）が実施され,安全上重要な用途における溶接継手の品質レベルとして最も厳しいEN ISO 5817レベルBの合格基準を満たしています。

鉱業および鉱物加工用フレーム

鉱業および鉱物加工業界では,構造荷重が500トンを超える静荷重に加え動的衝撃力を伴う大型粉砕機の駆動装置やコンベヤのヘッドプーリーに,ナセル式フレームが使用されています。SAGミル駆動装置用のベッドプレートは,厚さ最大150mmのAR400またはAR500耐摩耗鋼から製造され,フック下吊り装置に関するASME BTH-1規格に準拠して設計されています。 主軸受ハウジングは,内径最大1.2メートルの球面ころ軸受を収容できるよう機械加工され,ISO 286-2に準拠したIT6公差で保持されています。これらのアセンブリには,応力除去のために550°Cから600°Cでの溶接後熱処理が必要であり,その後,厚肉部における水素誘発割れを防止するために制御冷却が行われます。 各溶接部は,EN ISO 15626に準拠した飛行時間法（TOFD）超音波検査により検査され,厚さ200 mmまでの鋼板において,わずか1 mmの貫通欠陥を検出することが可能です。完成したベッドプレートには,酸性鉱山環境における耐食性を確保するため,ISO 12944-5に準拠した3層のエポキシ・ポリウレタン系コーティングが施されています。

ナセルフレームおよびベッドプレートの製作にLeading Top Unionを選ぶ理由

品質管理および溶接認定

Leading Top Unionの蘇州工場は,溶接に関するISO 3834-2,構造用鋼の施工に関するEN 1090-2 EXC4,および構造溶接規格への準拠に関するAWS D1.1の認証を取得した包括的な品質管理システムの下で運営されています。 溶接手順は,厚さ150 mmまでのすべての鋼板についてEN ISO 15614-1に準拠しており,S355からS690QLまでの母材強度に合わせた溶加材を用いたSAW,FCAW,およびGMAW（ガス金属アーク溶接）プロセスを網羅しています。 専用の非破壊検査（非破壊検査）ラボを保有しており,EN ISO 9712に準拠した認定レベルIII検査員が常駐し,すべての溶接カテゴリーにおいてUT（超音波検査）,MT（磁粉検査）,RT（放射線検査）,およびPAUT（フェーズアレイ超音波検査）を実施可能です。重要な主軸ベアリング溶接部については,トレーサビリティを確保するために完全な体積データを記録する自動スキャンシステムを用いた100%フェーズアレイ超音波検査を実施し,洋上風力タービン部品に関するDNV-GL-ST-0361の要件を満たしています。

エンジニアリング支援およびプロセスシミュレーション

エンジニアリングチームは,板の座屈に関するEN 1993-1-5および溶接継手設計に関するEN 1993-1-8に基づく有限要素解析（FEA）を含め,製造を考慮した設計（DFM）に関する包括的なサポートを提供しています。 PWHT（溶接後熱処理）サイクルは,計算熱解析を用いてシミュレーションされ,歪みや残留応力の分布を予測します。これにより,80トン級の組立品において最終加工余裕を3mm以内に維持できるよう,治具の配置と溶接順序を最適化します。各ナセルフレームに対して,炭素当量（CEV）0.45%以下に基づきEN 1011-2に従って算出された予熱温度を使用し,構造全体での入熱バランスを考慮した溶接順序計画が作成されます。 CNCマシニングセンターには,加工中に重要な接合部を測定するオンマシンプロービング機能が装備されており,熱膨張や工具摩耗を補正することで,二次加工を必要とせずに±0.05 mmの公差を維持します。すべての寸法データはデジタルツインに記録され,素材の鋼板から完成したアセンブリに至るまでの完全なトレーサビリティが確保されています。

ロジスティクスおよびプロジェクト管理

物流およびプロジェクト管理は製造プロセスに統合されており,各ナセルフレームおよびベッドプレートには,世界各国への輸送に備えて,吊り耳,輸送用サドル,および防食処理が施された表面が設計に組み込まれています。DNV,ロイド船級協会,ビューローベリタスなどの第三者検査機関との連携により,立会検査および保留事項について対応を行い,洋上風力発電や船舶用途におけるプロジェクト固有の要件への準拠を確実にしています。 当施設は80トンの天井クレーン能力と幅12メートルの組立ベイを備えており,標準的な輸送コンテナやフラットラック構成に収まる単一の溶接組立品の取り扱いに対応しています。材料調達から最終検査までの標準リードタイムは12～16週間であり,タービン組立ライン向けのジャストインタイム納期に対応しています。 ナセルフレームの仕様（メインベアリングの穴径,ギアボックスインターフェースの寸法,必要な実行クラスなど）をinfo@leadingtopunion.comの技術営業チームまでご連絡ください。非破壊検査（非破壊検査）および認証書類を含む詳細な製造提案書をご提供いたします。

技術仕様

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