25MW大型风力发电机组机舱罩的研制

摘要:本文主要介绍了2.5MW 沿海型选用的研制过程、结构形式、力学性能,对今后研发和实现机舱罩的规模化和系列化有着重要的指导意义,提出了目前玻璃钢复合材料在风电发电领域应用存在的问题,具有一定的现实意义和实用价值。

风电机组机舱罩是罩在风力发电机组最外的一层防护装置,风力发电机组的发电机、变速箱和变流器等核心部件基本都安装在风电机组机舱罩内,风电机组机舱罩对于安装在风电机组机舱罩内的设备起着安全防护作用。国内2008 年开始从国外引进了各型1.5MW 风力发电机机舱,获得了相关技术资料。但在开发2.5MW 风电机组中对于材料选型、模具制作、结构设计和成型过程等仍然远远不足,如何在更大尺寸的前提下保证不变形、较高的尺寸要求和合理的结构设计和制造工艺等。

本文对此大型机舱罩整个设计制造过程进行了系统的研究,研制出了满足要求的复合材料机舱罩。2.5MW 风力发电机机舱罩外形为方形设计,最大长度 10m,最大宽度4m,最大高度 4m,经计算力学性能好,所采用的胶衣耐环境要求高。

此机舱罩的罩体主要由两种结构形式组成,一种是实心层合板,主要为机舱罩脱模面部位;另一种是夹层结构加强筋,主要铺设于机舱罩内部,由于此机舱罩纵向尺寸较横向尺寸大很多,为了有效提高罩体的刚度,机舱罩内部横向铺设多根加强筋。通过将实心层和加强筋结合后设计出2.5MW 风电机舱罩模型。

为解决风电机组密封性的问题,在风电机组前段增加了前段密封装置和密封门,有效的解决了风沙大和冬季舱内温度低齿轮箱无法启动的问题。机舱罩模型图如图1 所示。

力学性能方面,通过采用计算和利用有限元软件对结构进行了力学校核,满足强度要求和刚度要求。

实心层压板方面:根据初步设计计算,玻纤层压板连同胶衣层厚度为8.0mm。面板性能其压缩强度σb 为100MPa,试验的离散系数Cv为 7.2%,拉伸强度σt 为 150MPa,离散系数Cv 为7.0%;弹性模量Ef 为10GPa,泊松比为 0.25。纬向芯子剪切强度τt 为1.5MPa,剪切模量GC为30MPa;经向芯子剪切强度τc 为1.0MPa,剪切模量GC 为 18MPa。

加强筋方面:因断面为矩形,泡沫芯或空心的,壁厚为 12mm,机舱罩沿宽度方向布置了10 根加强筋,沿长度方向布置了2 根。加强筋的性能:拉伸强度为 220MPa,压缩强度为 200MPa, 离散系数为 7.0%,弹性模量为 10GPa,泊松比为 0.22。

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