風電機艙罩彈性支撐的研制

　　摘要：本文從風電機艙罩彈性支撐的研發意義出發，詳細闡述了風電機艙罩彈性支撐的有限元分析、設計、生產及檢驗，對今后研發和實現風電機艙罩彈性支撐規模化和系列化有著重要的指導意義。

　　關鍵詞：風電機艙罩;有限元分析;結構設計

　　引言

　　隨著能源與環境問題的日益突出，世界各國正在把更多目光投向可再生能源，其中風能因其自身優勢，作為可再生能源具有巨大蘊藏量、可再生、分布廣、無污染的特性，成為全球普遍歡迎的清潔能源，因而風力發電機得到了快速的發展，然風力發電機需多連接件相應的進行了研制開發，彈性支撐作為齒輪箱和主機架之間、發電機和金屬底架之間的阻尼元件，其主要作用是吸收變形和減少應力、減弱結構噪聲的傳遞。需特別指出，發電機彈性支撐要具備發電機安裝位置的調整功能，以確保驅動鏈對中，減少附加載荷。本文以2.0MW風電機艙罩彈性支撐作為設計對象，通過限元分析、設計、生產及檢驗等詳細闡述了風電機艙罩彈性支撐的研制過程。

　　風電方向評職知識：風電技術應用論文發表方法

　　一.風電機艙罩彈性支撐的應用條件

　　1.應用環境(1) 運行環境溫度：-30℃～+40℃工作,生存溫度范圍-40～+50℃工作外(2) 最大濕度：<95%，短時100%;平均濕度50%。(3)特殊環境：有風、沙、雨、雪天氣、偶有鹽霧、酸雨、沙塵暴等現象;2.產品作用：吸收變形和減少應力、減弱結構噪聲的傳遞要具備發電機安裝位置的調整功能，以確保驅動鏈對中，減少附加載荷。3.產品性能:(1) 產品垂向(徑向)剛度10×(1±15%)kN/mm; (2)高低溫試驗產品靜態剛度變化率≤5%;(3)疲勞試驗后靜態垂向剛度10×(1±15%)kN/mm.

　　二.風電機艙罩彈性支撐有限元分析

　　2.1 材料屬性

　　表1金屬材料屬性表

　　材料

　　模量

　　泊松比

　　Q235

　　210GPa

　　0.3

　　表2橡膠材料屬性表

　　材料

　　C10

　　C01

　　63°sha

　　0.45

　　0.13

　　2.2 建模、邊界條件設置、網格劃分

　　本有限元分析運用ABAQUS軟件進行計算。本文分析中所采用的單位系統為SI(mm)，即mm、N、MPa，此報告文字及圖片中出現的任何數字，如果未注明，都采用此單位系統。

　　底面固定，上蓋頂面中心位置加載集中載荷120kN

　　2.3分析結果

　　垂向載荷0~120kN間的垂向剛度為11.2N/mm。

　　金屬最大應力為167.8MPa，上蓋最大應力為149.1MPa，隔板最大應力為167.8MPa，底板最大應力為152.4MPa。

　　橡膠最大應力為24.2MPa，最大應變為2.52，應力應變最大位置位于橡膠與外隔板小端外部接觸位置。

　　2.4結論

　　發電機彈性支撐55度膠料硬度計算的垂向剛度符合設計要求，金屬最大應力小于材料的屈服強度，滿足要求。

　　3、風電機艙罩彈性支撐試制

　　3.1模具開發

　　模具開發是實現風電機艙罩彈性支撐制作生產的第一步，而模具分模及起模方的合理性，是確保制造和脫模順利進行的重要環節。為了實現模具制作的合理性，重點需要解決好以下幾點：

　　模具必須具有足夠的強度和剛度，能夠承受模壓等求壓力;

　　模具有良好的保壓的性能;

　　模具具有良好的開模性能;

　　模具具有一定的重復使用率。

　　3.2產品成型工藝

　　鐵件前處理 煉膠 硫化 起模鐵件前處理包括S鐵件除銹，涂膠黏劑等;

　　煉膠是指將原生態膠加上炭黑、硫磺、白炭黑等在煉膠上進行混制，達到所需的硬度及性能。

　　硫化是要確保上下模的溫度，一般上下模溫度控制在120℃—150℃，硫化時間為30min—50min。

　　3.3產品修整

　　對起模后的產品用美工刀等工具進行修邊等處理，檢查硫化橡膠表面是否有裂痕等異常現象，對修整完的產品放到25℃的恒溫室進行恒溫24H，等待進行試驗檢測。

　　4、風電機艙罩彈性支撐試驗

　　4.1靜態試驗

　　將產品置于標準溫度(23±2)℃下，恒溫24h;

　　測量并試驗記錄產品自由高;

　　預加載0～120kN停3分鐘后，以20mm/min加載0～120kN

　　記錄正式加載過程的載荷-位移曲線，并計算0～25kN間的割線剛度，要求為10X(1±15%)KN/mm。

　　4.2高低溫試驗

　　驗方法:靜態垂向剛度試驗完成后;將產品放置高低溫箱中，在-25℃環境恒溫24h后取出垂向靜剛度試驗(30分鐘內)，記錄產品自由高和(0～35)kN間割線剛度并計算剛度變化率。在+50℃環境恒溫24h后取出做垂向靜剛度試驗(30分鐘內)，記錄產品(0～35)kN間割線剛度并計算剛度變化率。

　　試驗結果：

　　試驗溫度

　　靜態垂向剛度

　　試驗剛度

　　剛度變化率

　　判定

　　-25℃

　　9.5KN/mm

　　9.7KN/mm

　　2.1%

　　合格

　　+50℃

　　9.5KN/mm

　　9.2 KN/mm

　　3.1%

　　合格

　　4.2疲勞試驗

　　試驗方法: 垂向預載16.5kN，振幅±2.3kN，加載200萬次，記載剛度變化率，觀察橡膠體完好情況,試驗完成后對產品的自由高和垂向靜剛度進行測量記錄;

　　試驗結果： 橡膠與金屬無開膠、橡膠無裂紋等異常現象;疲勞試驗后靜態垂向剛度9.6kN/mm，滿足要求;

　　4、結束語

　　(1)利用橡膠材料的高彈性及其剛度成柔性變化，成功研制出風電機艙罩彈性支撐，同時利用ABAQUS有限元分析，對產品結構進行優化設計，更加確保了產品的可靠性;(2)對機艙罩彈性支撐模具開發及產品試制，進行靜態剛度試驗、高低溫試驗、疲勞試驗，均符合設計要求;(3)依據以上思路，對不同風力發電機的機艙罩彈性支撐的設計研發有重要的知道作用。

　　參考文獻： [1]Germanischer Llyd.風力發電機組認證指南2010.01

　　作者：王憲華 劉淑敏 呂玉清 劉從興 曲凡旭

轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.zpfmc.com/dzlw/23355.html