风电机舱罩弹性支撑的研制

　　摘要：本文从风电机舱罩弹性支撑的研发意义出发，详细阐述了风电机舱罩弹性支撑的有限元分析、设计、生产及检验，对今后研发和实现风电机舱罩弹性支撑规模化和系列化有着重要的指导意义。

　　关键词：风电机舱罩;有限元分析;结构设计

　　引言

　　随着能源与环境问题的日益突出，世界各国正在把更多目光投向可再生能源，其中风能因其自身优势，作为可再生能源具有巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，成为全球普遍欢迎的清洁能源，因而风力发电机得到了快速的发展，然风力发电机需多连接件相应的进行了研制开发，弹性支撑作为齿轮箱和主机架之间、发电机和金属底架之间的阻尼元件，其主要作用是吸收变形和减少应力、减弱结构噪声的传递。需特别指出，发电机弹性支撑要具备发电机安装位置的调整功能，以确保驱动链对中，减少附加载荷。本文以2.0MW风电机舱罩弹性支撑作为设计对象，通过限元分析、设计、生产及检验等详细阐述了风电机舱罩弹性支撑的研制过程。

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　　一.风电机舱罩弹性支撑的应用条件

　　1.应用环境(1) 运行环境温度：-30℃～+40℃工作,生存温度范围-40～+50℃工作外(2) 最大湿度：<95%，短时100%;平均湿度50%。(3)特殊环境：有风、沙、雨、雪天气、偶有盐雾、酸雨、沙尘暴等现象;2.产品作用：吸收变形和减少应力、减弱结构噪声的传递要具备发电机安装位置的调整功能，以确保驱动链对中，减少附加载荷。3.产品性能:(1) 产品垂向(径向)刚度10×(1±15%)kN/mm; (2)高低温试验产品静态刚度变化率≤5%;(3)疲劳试验后静态垂向刚度10×(1±15%)kN/mm.

　　二.风电机舱罩弹性支撑有限元分析

　　2.1 材料属性

　　表1金属材料属性表

　　材料

　　模量

　　泊松比

　　Q235

　　210GPa

　　0.3

　　表2橡胶材料属性表

　　材料

　　C10

　　C01

　　63°sha

　　0.45

　　0.13

　　2.2 建模、边界条件设置、网格划分

　　本有限元分析运用ABAQUS软件进行计算。本文分析中所采用的单位系统为SI(mm)，即mm、N、MPa，此报告文字及图片中出现的任何数字，如果未注明，都采用此单位系统。

　　底面固定，上盖顶面中心位置加载集中载荷120kN

　　2.3分析结果

　　垂向载荷0~120kN间的垂向刚度为11.2N/mm。

　　金属最大应力为167.8MPa，上盖最大应力为149.1MPa，隔板最大应力为167.8MPa，底板最大应力为152.4MPa。

　　橡胶最大应力为24.2MPa，最大应变为2.52，应力应变最大位置位于橡胶与外隔板小端外部接触位置。

　　2.4结论

　　发电机弹性支撑55度胶料硬度计算的垂向刚度符合设计要求，金属最大应力小于材料的屈服强度，满足要求。

　　3、风电机舱罩弹性支撑试制

　　3.1模具开发

　　模具开发是实现风电机舱罩弹性支撑制作生产的第一步，而模具分模及起模方的合理性，是确保制造和脱模顺利进行的重要环节。为了实现模具制作的合理性，重点需要解决好以下几点：

　　模具必须具有足够的强度和刚度，能够承受模压等求压力;

　　模具有良好的保压的性能;

　　模具具有良好的开模性能;

　　模具具有一定的重复使用率。

　　3.2产品成型工艺

　　铁件前处理 炼胶 硫化 起模铁件前处理包括S铁件除锈，涂胶黏剂等;

　　炼胶是指将原生态胶加上炭黑、硫磺、白炭黑等在炼胶上进行混制，达到所需的硬度及性能。

　　硫化是要确保上下模的温度，一般上下模温度控制在120℃—150℃，硫化时间为30min—50min。

　　3.3产品修整

　　对起模后的产品用美工刀等工具进行修边等处理，检查硫化橡胶表面是否有裂痕等异常现象，对修整完的产品放到25℃的恒温室进行恒温24H，等待进行试验检测。

　　4、风电机舱罩弹性支撑试验

　　4.1静态试验

　　将产品置于标准温度(23±2)℃下，恒温24h;

　　测量并试验记录产品自由高;

　　预加载0～120kN停3分钟后，以20mm/min加载0～120kN

　　记录正式加载过程的载荷-位移曲线，并计算0～25kN间的割线刚度，要求为10X(1±15%)KN/mm。

　　4.2高低温试验

　　验方法:静态垂向刚度试验完成后;将产品放置高低温箱中，在-25℃环境恒温24h后取出垂向静刚度试验(30分钟内)，记录产品自由高和(0～35)kN间割线刚度并计算刚度变化率。在+50℃环境恒温24h后取出做垂向静刚度试验(30分钟内)，记录产品(0～35)kN间割线刚度并计算刚度变化率。

　　试验结果：

　　试验温度

　　静态垂向刚度

　　试验刚度

　　刚度变化率

　　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疲劳试验

　　试验方法: 垂向预载16.5kN，振幅±2.3kN，加载200万次，记载刚度变化率，观察橡胶体完好情况,试验完成后对产品的自由高和垂向静刚度进行测量记录;

　　试验结果： 橡胶与金属无开胶、橡胶无裂纹等异常现象;疲劳试验后静态垂向刚度9.6kN/mm，满足要求;

　　4、结束语

　　(1)利用橡胶材料的高弹性及其刚度成柔性变化，成功研制出风电机舱罩弹性支撑，同时利用ABAQUS有限元分析，对产品结构进行优化设计，更加确保了产品的可靠性;(2)对机舱罩弹性支撑模具开发及产品试制，进行静态刚度试验、高低温试验、疲劳试验，均符合设计要求;(3)依据以上思路，对不同风力发电机的机舱罩弹性支撑的设计研发有重要的知道作用。

　　参考文献： [1]Germanischer Llyd.风力发电机组认证指南2010.01

　　作者：王宪华 刘淑敏 吕玉清 刘从兴 曲凡旭

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