Производство крупных отливок для энергосиловых установок на оборудовании фирмы FAT, Германия по ХТС – процессу

 Григорьева Е.В.

Ветряные генераторные электростанции символизируют самый современный уровень общего технического и технологического развития. Основные задачи по возможности создания этих инновационных технических объектов решены литейщиками, так как практически все корпусные и несущие конструкции – особо крупные отливки. Одним из ведущих производителей отливок и деталей конструкций ветряных генераторов является немецкий литейный завод Eisengiesserei Torgelow. На примере опыта данных отливок можно легко увидеть и анализировать возможность производства любых других крупногабаритных отливок.

Литейное производство Eisengiesserei Torgelow (рис.1.), созданное более 260 лет назад, расположено в небольшом немецком городе Торгелов, недалеко от границы с Польшей у Одерского залива. Строительство первого «Королевского прусского металлургического завода в г. Торгелов» было инициировано указом Фридриха II. Прусского 25 декабря 1753 года. Благодаря освоению новых месторождений железной руды и обширным лесам, которые давали необходимую для плавки древесину, а также прямое судоходное сообщение в 19 веке с портами Балтийского моря, обеспечивало большой спрос на изделия чугунолитейного завода в г. Торгелов. Спустя два с половиной  века литейное производство занимает лидирующие позиции в производстве отливок для ветроэнергетических установок не только в Германии, но и во всей Европе.

Рис.1.  Завод Eisengiesserei Torgelow, Германия

Сегодня завод производит широкий спектр деталей из серого и высокопрочного чугуна, в особенности толстостенных отливок из чугуна с шаровидным графитом. Многие отливки поставляются на экспорт- это в первую очередь высокопрочные качественные отливки для ветроэнергетических установок (рис.2.).

Рис.2. Отливки корпусов для ветряных генераторов по ХТС-процессу, вес до 100 тн

На производственной площади 45.000 м² литейный завод Eisengiesserei Torgelow выпускает до 96.000 тн отливок в год. Две трети продукции идет на экспорт. После выполнения всех этапов модернизации литейного производства в 2007 объем продаж удвоился по сравнению с 2006 годом, достигнув прибл. 80 млн. Евро.

Главные  показатели эффективности литейного производства завода Eisengiesserei Torgelow:

Показатели эффективности литейного производства – не случайные цифры производственной деятельности произвольно выбранного завода, а результаты системного анализа многих европейских литейных заводов. Только модернизация литейного производства путем внедрения современного формовочного и стержневого оборудования позволит литейному заводу быть конкурентоспособным и эффективным. Это и есть главный вывод исследований современных литейных предприятий. Завод Eisengiesserei Torgelow, использующий для крупных отливок формовку по ХТС-процессу, демонстрирует одинаковые показатели эффективности, как и многие другие заводы, даже по производству автомобильных отливок, что подтверждает закономерность  связи экономических показателей и уровня модернизации литейного производства. Можно смело говорить о формировании новых показателей эффективности литейного производства, включая периоды обновления основного технологического оборудования. Есть примеры, когда на заводе в принудительном порядке избавляются от работоспособных станков, которые работают более 5 лет, т.к. считают, что за это время происходит их полное моральное устаревание. Автомобили, компьютеры меняют еще чаше, хотя ими пользуются иногда менее часа в сутки.  Но формовочное и стержневое оборудование работает в более тяжелом трехсменном режиме в условиях повышенной запыленности, а у отечественных заводов все еще остаются иллюзии возможности финансирования литейного производства по традиционно остаточному принципу. В Европе иначе – систематическое обновление не только основной продукции, а главное технологического оборудования –  это главные законы экономической безопасности.

Отечественным заводам важно избавиться и от «натурального хозяйства» и максимально повысить уровень аутсорсинга. Пора наконец-то закончить экономически порочную практику делать по возможности больше комплектующих на своем заводе.  Принцип аутсорсинга: «оставляю себе только то, что могу делать лучше других, передаю внешнему исполнителю то, что он делает лучше других». На аутсорсинг передаются обычно функции по профессиональной поддержке бесперебойной работоспособности отдельных систем и инфраструктуры на основе длительного контракта. Аутсорсинг позволит сократить накладные расходы и значительно снизить трудоёмкость и затраты, сконцентрироваться на основных технологических процессах литейного завода, не отвлекаясь на вспомогательные. Также это освободит внутренние ресурсы завода для других целей (возможен синергетический эффект), улучшит качество отливок, сфокусирует стороны на основной деятельности (как завода-заказчика, так и исполнителя — здесь также возможен синергетический эффект), снизит риски (разделение и частичная передача другой компании рисков), сократит неуправляемые факторы (нехватка комплектующих и т.д.). Выполнение этих простейших рекомендаций позволит литейному заводу соответствовать мировому уровню организации высокоэффективного и конкурентоспособного литейного производства, как завод Eisengiesserei Torgelow.

На заводе Eisengiesserei Torgelow используется формовочное оборудование фирмы FAT, Германия, что позволяет заводу сохранять за собой лидерство в области производства отливок для ветряных электростанций. В области работы со связующими на холодно-твердеющей смоле фирма FAT предлагает комплексные решения – от приготовления формовочной смеси в высокоскоростных смесителях непрерывного действия до выбивки и  последующей регенерации используемой смеси, включая все необходимые  манипуляторные и транспортные системы. На литейном производстве Eisengiesserei Torgelow установлены высокоскоростные смесители непрерывного действия фирмы FAT типа 2032 DS производительностью 32 тн/ч, (рис.3.), смесители  2022 DS и ES, производительностью 22 тн/ч каждый, смеситель 2015 DS производительностью 15 тн в час, система регенерации производительностью 20 тн в час на базе вибродробилки модели VKB 3020.   

Все смесители  оснащены системой обеспыливания свежего песка и регенерата в псевдокипящем слое, что позволяет удалять пыль до 63 мкм.  Пневмотранспортные системы  регенерата и свежего песка дополнительно оснащены термостатами, которые обеспечивают подогрев или охлаждение в зависимости от технологической ситуации. Обеспылевание и стабильный температурный режим позволяют экономить до 30% связующего. На многих литейных заводах Германии, где применяется Фуран-процесс, используют 0,8% смолы.   Фирма FAT производит всю гамму смесителей, которые удовлетворяют любым техническим и организационным требования различных литейных заводов.

Рис.3. Стационарный смеситель FAT  модель DS 2032, производительность 32 тн/ч на заводе Torgelow

Отливки несущих конструкций и  корпусных элементов для ветряных генераторов, отливки блоков цилиндров для дизельных моторов весом до 6.000 кг, головки блока цилиндров, отливки для производства промышленных установок, корпусов редукторов машин для производства бумаги, станин для станков и термопластавтоматов, производятся на формовочных линиях ХТС с использованием фурановых смесей (рис.4.). На заводе Eisengiesserei Torgelow эксплуатируются две формовочные линии производства FAT. Размер опок первой, производительностью 4 формы в час, составляет 2800x1600x500мм. Вторая с размером опок 1500x1300x500мм имеет производительность 10 готовых форм в час.

Рис.4. Формовочная линия FAT по ХТС - процессу, производительность 10 форм/ч

Все этапы производства точно расписаны в технологических картах. Темп работы, такт и точность – вот составляющие успеха специалистов завода Eisengiesserei Torgelow. 10 дней нужно команде профессионалов с момента наполнения формы фурановой смесью до выбивки и транспортировки готовой детали, корпуса для ветряного генератора весом 100 тн -  подобное редко кому под силу. Процесс производства отливок для ветряного генератора (Рис.5.) максимально упрощен благодаря использованию оборудования FAT. Сначала происходит  заполнение и затвердевание полуформы. Когда форма ХТС набирает необходимую прочность, модель извлекается. Затем полуформы собирают, заливают металл. Круглосуточно на производстве работают плавильные печи. Это 2 современные  среднечастотные тигельные печи  производительностью 12 тн каждая и одна среднечастотная тигельная печь, производительностью 25 тн. Для крупных отливок по прошествии 5 дней рабочие извлекают отливку и  приступают к выбивке. Затем необходимо очистить отливку. Это происходит в самой большой в Европе дробеструйной камере (рис.6.), способной обрабатывать отливки длиной до 8 м и весом до 100 тн. В камере установлены 2 крана, каждый выдерживает нагрузку до 60 тн. Подобная дробеструйная камера - единственная в своем роде, имеет габариты 18.000 x 7.000 x 7.000 мм. Длина же всей установки составляет 42 м, 18 из которых занимает сама очистная кабина. После этого отливка обрабатывается вручную с применением самых современных приборов контроля качества поверхности и прочности отливок (рис.7.).

a

  б 

в

  г 

Рис.6. Самая крупная в Европе дробеструйная камера. Завод Torgelow

Рис.7. Контроль качества отливки корпуса ветряного генератора

Основным направлением выпуска продукции завода Eisengiesserei Torgelow является производство высокопрочных отливок для ветряных генераторов, которые используются на прибрежных и оффшорных ветряных электростанциях по всему миру.

Рис.8. Готовые к отгрузке отливки деталей ветряного генератора, изготовленных на оборудовании фирмы FAT. На кран-балке отливка корпуса весом 34 тн.

В последнее время весьма актуальным стало производство ветряных генераторных станций как альтернативных экологических источников электроэнергии. Эта отрасль промышленности динамично развивается во всех европейских странах и имеет высокий потенциал развития в России и Украине.  К началу 2015 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 369 гигаватт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире, начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ФРГ. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро. Рост объемов спроса и производства данных отливок в России и мире будет скачкообразным, что демонстрирует рынок отливок около нескольких млрд. Евро в год только для сборочных заводов Германии. Аналогично обстоят дела с ростом спроса на другие аналогичные по размеру и весу отливки для самых разных отраслей машиностроения, энергетики и т.д. Данные рассматриваемые отливки представители целой гаммы достаточно разнообразных по форме особо крупных отливок, которые можно и уже производят по ХТС-процессу на ряде заводов Германии.

Ветряные электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше. Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного-двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта. Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветряных электростанций: эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или же с государственной помощью. Например, в Германии Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Германии и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Германии. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветряные электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т.д. При строительстве ветряных электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Рис.9. Монтаж электростанции. Отливка корпуса ветряного электродвигателя производства завода Torgelow, Германия  на оборудовании FAT, вес 34 тн

Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Рис.10. Монтаж винта ветряного генератора Siemens мощностью 3,6 МВт. Диаметр ротора 107 м, высота оси ветровой турбины 80-120 м, вес ротора 80 тн, вес кабины (не вкл. ротор)- 120 тн, вес башенного корпуса (100 м)- 250 тн

Оффшорные ветряные электростанции строят в море- на удалении 10-12 км от берега. Оффшорные ветряные электростанции обладают рядом преимуществ: их практически не видно с берега; они не занимают землю; они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров. Оффшорные электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 м. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям. Оффшорные электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций. Для строительства подобных ветряных генераторов необходимы надежные отливки корпусов, лопастей, цапф оси (вала), фланцев, переходников, деталей корпуса главного подшипника и движущих механизмов. Самые надежные и прочные отливки производятся по ХТС – процессу на оборудовании FAT, Германия.

Компания FAT производит все технологические модули оборудования для изготовления опочных и безопочных разовых литейных форм по ХТС- процессу (Фуран, Альфа-сет и др.), включая системы регенерации. FAT изготавливает все типы своего оборудования только на территории Германии, что гарантирует высшее качество современного уровня машиностроения (made in  Germany).

Фирма FAT проектирует и производит все виды основного технологического и вспомогательного оборудования для литейного производства, полностью используя собственные ноу-хау и изобретательский талант. Компетентность их специалистов известна во всем мире, благодаря высоким эксплуатационным показателям и надежности оборудования.

В рамках исследовательского проекта на заводе Torgelow были разработаны обширные «ноу-хау» для производства втулок несущего винта и деталей редуктора для строительства ветросиловых установок, такие как водило планетарной передачи, стопоры против проворачивания и др. Эти особо ответственные детали  выполняют свою функцию только при безупречном качестве литых деталей, где все проблемы из-за шлаковых включений исключены. Разработанные с этой целью способы плавки и заливки свыше того обеспечивают отличные качества металла. При приготовлении чугуна с шаровидным графитом GJS-400-18-LT, например, достигаются следующие качества: постоянная высокая степень шаровидности (включений графита) с равномерной величиной графитовых шариков и их количеством на мм³.  Завод производит и многие другие ответственные отливки по ХТС-процессу (рис.11.).

Рис.11.Другие типовые отливки завода EisengiessereiTorgelow по технологии ХТС - деталидля дизельных моторов, станины станка; вес 1,7…43 тн