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        海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座密封及表面防腐工藝研究

        2014-02-26 07:01:32左平
        船電技術(shù) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī)

        左平

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        海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座密封及表面防腐工藝研究

        左平

        (湘潭電機(jī)股份有限公司,湖南湘潭 411101)

        對海洋氣候環(huán)境進(jìn)行了分析,對海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密封及表面防腐進(jìn)行研究,通過實驗確定了海洋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密封工藝和表面防腐工藝,為提高了海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性,并延長使用壽命提供了技術(shù)支持。

        風(fēng)力發(fā)電 鹽霧 密封 表面防腐

        0 引言

        隨著全球石化能源的日益枯竭及生態(tài)環(huán)境的日益惡化,人類社會的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅。為此,研究與開發(fā)可再生能源成為當(dāng)今世界各國能源政策的發(fā)展重點。風(fēng)能是世界范圍內(nèi)發(fā)展速度最快的新能源,同時也是可再生能源的重要組成部分。積極地開發(fā)和利用風(fēng)能對于改善能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、緩解能源危機(jī)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有深遠(yuǎn)的意義。早期的風(fēng)能開發(fā)主要集中在陸地上,目前陸上的風(fēng)資源開發(fā)技術(shù)已經(jīng)比較成熟。按照我國權(quán)威研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析,中國擁有十分豐富的近海風(fēng)能資源,我國海上風(fēng)能的量值大約是陸地上風(fēng)能的3倍,因而海上風(fēng)能具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景,海上風(fēng)電將成為未來風(fēng)電發(fā)展的一個重要方向。

        然而在海上風(fēng)能的開發(fā)和利用過程中,我們會遇到許多與陸地上風(fēng)能開發(fā)不同的技術(shù)難題。由于海上風(fēng)電場處于海洋大氣環(huán)境中,氣候環(huán)境復(fù)雜且嚴(yán)酷,發(fā)電機(jī)需長期承受鹽霧、潮濕、晝夜溫差大等環(huán)境因素的影響。這些因素對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密閉性及電機(jī)表面的金屬防腐能力提出更高的要求。本文對海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密封結(jié)構(gòu)和表面防腐處理進(jìn)行了研究,提出了相應(yīng)的處理工藝,其目的是為了提高海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的內(nèi)環(huán)境密閉性和表面防腐蝕能力,從而推動海洋風(fēng)能的開發(fā)和利用。

        1 海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境條件

        海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般處于近海海域或者海岸線,氣候環(huán)境比較復(fù)雜,復(fù)雜的環(huán)境因素對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的絕緣系統(tǒng)以及電機(jī)表面涂層都有所影響。本節(jié)主要針對溫度、濕度和鹽霧三個環(huán)境條件做了調(diào)查整理。

        1.1 溫度和濕度條件

        1.1.1溫度和濕度的變化規(guī)律

        氣溫的日變化規(guī)律:一天中氣溫晝高夜低,并有一個最高溫度和最低溫度。氣溫日較差為一天之中最高溫度與最低溫度之差。一般低緯度大于高緯度,陸上大于海上,夏季大于冬季,晴天大于陰天。陸地上夏季最高氣溫出現(xiàn)在 14~15 時,冬季出現(xiàn)在 13~14 時,而海洋上最高氣溫出現(xiàn)在 12 時 30 分。最低氣溫陸地上出現(xiàn)在日出前后,海洋上則推遲 1~2 小時,即海洋上最低氣溫出現(xiàn)在日出后 1~2 小時。

        氣溫的年變化規(guī)律:一年中最高月平均氣溫與最低月平均氣溫之差,稱為氣溫年較差。氣溫年較差一般為陸上大于海上,高緯度大于低緯度。陸地上北半球氣溫最高在七月份,最低在一月份,而南半球最高在一月份,最低在七月份。海洋上比陸地上推遲一個月,即海洋上我國所處的北半球氣溫最高在八月份,最低在二月份。

        濕度的日變化規(guī)律:取決于氣溫和亂流強(qiáng)度,白天大,夜間小。

        濕度的年變化規(guī)律:取決于氣溫,夏季大,冬季小。

        1.1.2溫度和相對濕度的月分布

        根據(jù)海洋科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心的資料數(shù)據(jù)顯示,我國的渤海、黃海、東海和南海四個海域的氣溫月度均值分別分布在0.1~25.0℃、3.8~25.5℃、9.1~27.5℃和16.2~28.6℃范圍內(nèi)。四個海域的月均最高溫度28.6℃,最低溫度0.1℃。極端的最高溫度為40℃,最低溫度-30℃。

        同樣是根據(jù)海洋科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心的資料數(shù)據(jù)顯示,我國的渤海、黃海、東海和南海四個海域的相對濕度月均值分別分布在65.9%~87.8%、66.0%~83.7%、72.4%~88.2%和76.8%~85.9%范圍內(nèi)。四個海域的月均最高相對濕度為88.2%,最低相對濕度為65.9%。極端的最高相對濕度為100%,最低相對濕度為2%。

        1.2 鹽霧條件

        鹽霧中的鹽來自于海水,故鹽霧的成分與海水相似。海水的含鹽濃度愈高,鹽霧中的鹽分也會愈高。世界上各個海域海水的化學(xué)成分差異不大,氯化物含量最多,幾乎占總鹽份的90%。海水表層的鹽度因海域的不同也有所不同,即使在同一海域,不同的季節(jié),海水鹽度也有所不同。我國四大海域的海水鹽度如表1所示。

        表1 中國四大海域海水的鹽度

        海洋大氣中鹽霧含量的影響因素主要有氣候條件(風(fēng)向、風(fēng)速、溫度等)和自然環(huán)境條件(海岸線地貌、離海岸距離等)兩個方面。廣州電氣科學(xué)研究所曾于20世紀(jì)60年代和80年代,對我國部分沿海地區(qū)空氣中鹽霧含量進(jìn)行了多次測量,其測定方法是:潤濕紗布纏繞的蠟燭型采樣器采樣,用硝酸銀或容量法測氯離子含量。實際測量鹽霧含量在0.024~1.375 mg/m3范圍內(nèi)。海面上空氣中鹽霧含量由艦船來測定,我國東南海鹽霧含量在0.148~0.480 mg/m3。

        從上述介紹可知,海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境特點是:1)晝夜溫差大,高低溫交變沖擊強(qiáng)度高;2)相對濕度高且連續(xù)而持久;3)海洋環(huán)境中,鹽霧鹽度高,腐蝕成分多樣但以氯化鈉為主,海面比沿海鹽霧含量高,條件更加嚴(yán)酷。

        2 海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座的密封工藝

        基于海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境的特點,電機(jī)在該環(huán)境下運(yùn)行,如果空氣中的大量水分和鹽霧進(jìn)入電機(jī)中,便會在定子、轉(zhuǎn)子的絕緣表面凝結(jié),電機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生大量的熱,更會使鹽分附著于絕緣表面。日積月累,絕緣不斷受到鹽分的侵蝕。如果定轉(zhuǎn)子線圈上有薄弱環(huán)節(jié),就會導(dǎo)致電機(jī)短路,危害電機(jī)的安全。因此必須對電機(jī)的密封工藝進(jìn)行研究。

        2.1電機(jī)的密封處理方法的選擇

        海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一個內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的內(nèi)部風(fēng)路不與外部接觸。因此為防止海風(fēng)中的水分和鹽分進(jìn)入到電機(jī)中,必須要將機(jī)座與外界聯(lián)接處密封。在電機(jī)中,內(nèi)部與外部由機(jī)座相隔,所以對其密封主要體現(xiàn)在機(jī)座端蓋與機(jī)座本身的密封處理。

        目前,行業(yè)內(nèi)對機(jī)座端蓋與機(jī)座本身的密封處理方法主要有兩種:一種是利用密封圈將端蓋與機(jī)座密封,一種是使用密封膠將端蓋機(jī)座密封。這兩種方法。第一種需在端蓋上開一個密封槽,用于固定密封圈位置,由于雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊,端蓋上已無法開槽,因此本次研究采用第二種方法,即使用密封膠將端蓋機(jī)座密封。

        2.2密封膠的選擇

        端蓋與機(jī)座的密封,對密封膠有著特殊的要求。密封膠要具有彈性好,粘接力強(qiáng),耐高低溫,耐鹽霧等性能,還能承受端蓋多次拆卸時不損害膠體,同時具有可剝性。對此選用A、B、C、D四種所選密封膠進(jìn)行了試驗,選用的四種膠,A為南大704膠,B為賽新1050,C 為硅酮膠,D為SD416膠,這四種膠購物為硅橡膠改性系列膠,在試驗過程中我們發(fā)現(xiàn)南大704膠粘度小,涂膠的過程中膠容易流動,不易成型,SD416膠粘度和南大704膠相似,且其顏色是黑色,在電機(jī)使用上容易對電機(jī)產(chǎn)生污染,只有B,C膠的粘度適中,涂刷在工件上膠體不易流失,工藝也簡單。所以最后我們選用密封膠B、C進(jìn)行對比試驗,這兩種膠都是室溫固化的硅橡膠,固化后,耐溫在-40-200℃能正常使用。其彈性好,粘接力較好,能拆裝,收縮性小。

        2.3氣密試驗

        對分別使用密封膠B和密封膠C密封后的定子機(jī)座進(jìn)行了氣壓試驗。通入干燥空氣,(機(jī)座的上半部及端蓋要用工藝蓋板密封)結(jié)果見表2。

        由表2可知,分別使用B、C兩種密封膠的機(jī)座,經(jīng)密封后,從試驗情況看,24 h,氣壓下降均小于或等于0.01 MPa,說明使用B、C兩種密封膠的機(jī)座密封性均可滿足要求。

        3 海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)表面防腐的工藝研究

        電機(jī)機(jī)座裸露在海洋型氣候中,如果電機(jī)表面的防腐處理不到位,電機(jī)表面容易腐蝕,影響電機(jī)使用壽命。因此,對海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)表面油漆的選擇和處理工藝進(jìn)行研究。

        3.1表面油漆的選擇

        同樣基于海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境的特點和防護(hù)方面的耐用年數(shù)要求,綜合國內(nèi)外風(fēng)力電機(jī)和我公司其他風(fēng)力電機(jī)產(chǎn)品表面涂裝的應(yīng)用情況,決定選用:底漆為環(huán)氧富鋅底漆H06-1, 中間層噴厚漿為環(huán)氧底漆H06-2,面漆為丙烯酸聚氨脂漆。模擬產(chǎn)品有可能采用的設(shè)計結(jié)構(gòu),設(shè)計了2個表面配套涂裝工藝方案進(jìn)行鹽霧、潮濕、高低溫交變等性能試驗。

        表2 密封膠B、C氣密性對比試驗結(jié)果

        3.2施工工藝方法

        油漆施工直接影響電機(jī)防腐能力,油漆的厚度決定著電機(jī)的防腐能力,此階段國內(nèi)外油漆施工有幾種標(biāo)準(zhǔn):C3標(biāo)準(zhǔn)和C4標(biāo)準(zhǔn),C3,C4標(biāo)準(zhǔn)的施工工藝見表3。

        3.3試驗

        按C3,C4標(biāo)準(zhǔn)各做15塊樣板,樣板尺寸為100×150,樣板做好后,分別各取5塊進(jìn)行防潮,防鹽霧試驗。

        防潮:按GB2423.4-2008 , 試驗周期6天;鹽霧:按GB2423.17-2008, 試驗周期7天。試驗前后對其表面進(jìn)行了檢查和附著力試驗,結(jié)果見表4。

        由表4可知,按C3標(biāo)準(zhǔn)施工的樣板表面油漆顏色沒有變化,鹽霧試驗后,少數(shù)表面出現(xiàn)起皺分層現(xiàn)象,附著力為2級;按C4標(biāo)準(zhǔn)表面油漆的沒有變化,鹽霧試驗后,表面沒有變化,附著力為1級。說明C4標(biāo)準(zhǔn)制作的樣板較C3標(biāo)準(zhǔn)耐鹽霧和防潮的能力更強(qiáng),更能適應(yīng)海洋型氣候。

        4 總結(jié)

        表3 C3標(biāo)準(zhǔn)和C4標(biāo)準(zhǔn)的施工工藝

        表4 附著力試驗結(jié)果

        海上風(fēng)電是繼陸上風(fēng)電、沿海海岸風(fēng)電和潮間帶風(fēng)電后迅速發(fā)展起來的發(fā)電方式,在海洋環(huán)境的影響下對其密封性和表面防腐技術(shù)提出了更新更高的要求。本文從實際出發(fā),在全面地了解海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境條件的特殊性后,對海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密封和表面防腐進(jìn)行研究工作。研究表明:使用B、C兩種密封膠密封的機(jī)座,其密封性滿足要求,能夠有效地將電機(jī)內(nèi)部與海洋環(huán)境相阻隔,達(dá)到保護(hù)電機(jī)絕緣,進(jìn)而提高電機(jī)運(yùn)行可靠性的效果;采用聚氨酯油漆體系涂裝按C4標(biāo)準(zhǔn)施工的電機(jī)表面,能夠承受住海洋腐蝕環(huán)境的考驗,從而保證海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行和使用壽命。通過本文的研究工作,促進(jìn)海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)密封性及表面防腐關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用和突破,從而推動海洋風(fēng)能的開發(fā)和利用。

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        Zuo Ping

        ( Xiangtan Electric Manufacturing Co., Ltd, Xiangtan 411101, Hunan, China)

        2013-12-20

        左平(1968-),女,工程師。研究方向:電機(jī)絕緣。

        TM207

        A

        1003-4862(2014)04-0021-04

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