大型风力发电机组机舱罩和导流罩的设计与生产

Solutions　解决方案

大型风力发电机组机舱罩和导流罩的设计与生产

■ 韩二锋 余国城/浙江运达风力发电工程有限公司

风

是人类取之不尽用之不竭的自然能源，利用风力发电可节省煤炭及石油等资源，同时减

少环境污染。近年来，风力发电作为一种清洁能源在全球范围内得到迅速发展。风力发电技术还具有灵活性强、建设周期短和发电方式多样等优点。

随着我国对清洁能源的进一步需求，国家在“十一五”规划中将风电技术纳入未来国民经济发展的重要产业支柱范围之内。

风力发电以其独特的优势，受到了越来越多国家和政府的支持，呈现出良好的发展态势。机舱罩和导流作为大型风力发电机组的重要部件，成为研发过程中关键的一环，已经越来越受到整机厂商的重视，同时也极大的推动了我国复合材料工业的发展，引起行业内众多企业的高度关注和投入。本文按照大型风力发电机组机舱罩和导流罩的设计与开发过程，详细地分析了每个环节中的设计要点，并进行了概括。对大型风力发电机组的机舱罩和导流罩的设计与生产有较好的指导作用。

1 大型风力发电机组机舱罩和导流罩的 设计

机舱罩和导流罩用以保护舱内关键部件及其附件，保证机组的正常运行，延长机组使用寿命，减少风机运行阻力，同时为安装与维护人员提供必要的操作空间。因其使用环境比较恶劣，长期经受自然界风力、雨雪和日光等的侵袭，因此对各零部件的强度、刚度及耐候性的要求也比较高。

机舱罩和导流罩的设计与生产流程如图1所示。1.1 设计因素

机舱罩和导流罩的设计应充分考虑使用功能、人机工程学以及运输限制等多方面的因素。下面主要针对机舱罩和导流罩的使用功能加以说明。1.1.1 机舱罩

机舱罩在设计时应考虑的功能因素分内外功能两

图1 机舱罩和导流罩的设计与生产流程

部分：

（1）内部功能。连接功能：采用何种方式与机舱座连接，目前主要有法兰直接连接和预埋板连接两种方式。吊装要求：日常维护及其他小部件的吊装。维护空间：为安装和维护人员提供充分和安全的操作空间。其他满足齿轮箱及发电机的通风、机舱的降噪及舱内照明。

（2）外部功能。吊装要求：如何实现机舱罩及机舱的吊装。密封要求：免受或减少外部环境条件所带来的危害，主要是罩体接缝处以及其他与外界有空气流通的部分。 附件安装：风速风向仪及航空障碍灯的安装。雷电保护：合理布置导电带，减少雷电可能带来的损伤。施工区域：合理设置防护栏杆及防滑带。1.1.2 导流罩

（1）内部功能。连接要求：与轮毂的连接；维

护要求：为安装和维护人员提供充分和安全的操作空间。吊装要求：轮毂内小部件更换时的吊装。

（2）外部功能。吊装要求：风轮的吊装方式。密封要求：减少外界对轮毂及其附件的破坏。1.2 设计标准

机舱罩和导流罩的设计依据GL2003认证规范。1.3 设计分析

当舱内布置形式及零部件的主要尺寸确定之后即可进行机舱罩和导流罩的详细设计。在完成机舱罩和导流罩的三维设计后，应确定在产品加工过程中所使用的各种材料及其性能参数。利用有限元软件进行铺层及结构的设计与校核。

首先，将FEM导入到有限元软件，设置好材料特性，并对其划分网格，若模型具有对称性，可以采取分析对称模型的方式，如图2所示。

2010年第3期·

63

解决方案　Solutions

最大挠度变形

最大挠度变形

图4 模型的位移变化图

若计算结果显示模型存在强度或刚度不足之处，应考虑改变铺层或结构设计。一般情况下，通过增加

图2

模型的网格划分

加强筋的方式可以增加强度和刚度，减小挠度。同时，可以有效控制成本的增加。

在完成网格划分以后，根据GL认证规范要求分别对其进行约束和加载，然后进行计算。完成约束和加载后的模型，如图3所示。

机舱罩与机舱座连接

按照上述步骤进行重叠计算直至铺层及结构设计符合满足GL认证规范要求。重新划分网格后如图5所示。

对称边界约束

－1.8 kPa

－1.8 kPa

图5 增加加强肋（P）划分网格后的模型

2.4 kPa

2 大型风力发电机组机舱罩和导流罩的 生产

2.1 机舱罩和导流罩模具的生产

温度、湿度及车间环境对模具的生产有很大的影

风向

－

1.8 kPa

－1.8 kPa

响，应严格控制。模具制造是生产的第一步，为确保制造和脱模顺利进行应合理设置模具的分模面。为了

－1.8 kPa

－1.5 kPa

实现模具制造的合理性，应重点解决好以下几点：

1） 模具必须具有足够的刚度和强度，以承受脱模

－1.8 kPa

时所产生的冲击，避免使用过程中变形。

2） 模具拐角的曲率应尽量加大，内侧拐角曲率半

2.4 kPa

－1.8 kPa

风向

径应大于2 mm，防止纤维的回弹在拐角周围形成气泡或空洞。

3） 分模面应使模具容易脱模，不应位于表面质量要求高或受力大的部位处。模具生产流程如图6所示。

图3 对模型进行约束和加载

计算完成经后处理以后，可以得到模型的位移变化图，如图4所示。

64

· 2010年第3期

Solutions　解决方案

2.1.1 阳模的生产

乙方应根据生产图样及生产条件将生产过程分解，制定生产工艺表，合理安排生产时间。在每一阶段结束后，经甲乙双方共同检测合格，签字确认

模具表面处理

脱模

模具加工

制作增强层

制作富树脂层

阳模

涂脱模剂

内表层制作

涂抹胶衣树脂

修整打磨

制作胶衣层

后方可进入下一阶段生产直至阳模加工完成。成形需分次操作，单层厚度不超过5 mm，待每层基本固化后，需对其表面进行打磨找平，防止后期发生变形和层间剥离。2.1.2 阴模的生产

要保证阴模有一段时间的固化期，不应在阴模铺设完毕很短固化期内便急于脱模，否则因收缩变形产生的应力不能及时释放，且树脂也未完全反应。阴模会因此处于不完全反应的状态，强度也不能达到最大。2.2 机舱罩和导流罩的生产

在机舱罩和导流罩的生产过程中，为保证产品质量，需提前对所用原材料做凝胶试验，以便更合理地制定生产工艺，生产流程如图7所示。

1） 根据设计所需力学性能数据选用合理的基体材料和增强材料。

2） 按照铺层设计确定合理的产品生产材料和工艺。

3） 因产品使用周期长、环境恶劣，使用的产品胶衣应具备耐老化性能。

4） 增强材料的铺覆和搭接应进行严格控制。5） 对产品后续补强和检修部件尺寸进行控制，避免影响装机过程中相关配合的干涉。

6） 对拼装过程中的尺寸进行控制，以保证生产产品的通用性。

7） 对产品制作工艺进行宣贯。

关键工位进行关键点的控制，编制并填写相关的检验记录单和工序卡。应在各个环节设置质检员，对每个关键工序进行过程监督检验，记录配合中的关键尺寸填写检验记录表，为产品的批量化生产提供保证。

主要工作零部件进行组装后，必须达到部件连接处配合紧凑、密封防水、外形美观等要求。总装后产品是否符合设计是检验设计与生产是否成功的重要标准。完成组装后，应在各配合部位做出明显的标识，以减少在二次装配中的时间消耗。

脱模

固化

局部补强制作

增强层制作

表面层制作

纤维 …… 此处隐藏：1600字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……