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        灌封膠在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極盒上的性能對比分析

        2019-02-09 13:48:38田雁飛郭永艷黨銘銘
        時代農(nóng)機(jī) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:磁鋼鹽霧樣件

        田雁飛,郭永艷,黨銘銘

        (湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 株洲412000)

        海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境狀況十分復(fù)雜,其環(huán)境中包括鹽霧、潮濕、冷熱交替等惡劣情況。由于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)會受到鹽霧及高濕度環(huán)境影響,因此在電機(jī)設(shè)計(jì)和制造過程中必須考慮鹽霧和潮濕兩個影響因子,在電機(jī)制造過程中需要做特殊的防腐處理來抵御海上空氣中強(qiáng)烈的腐蝕[1]。

        轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的重要組成部分,該電機(jī)轉(zhuǎn)子是采用轉(zhuǎn)子磁極盒的結(jié)構(gòu),它是轉(zhuǎn)子制作過程中上重要的零部件。若轉(zhuǎn)子磁極盒內(nèi)磁鋼失磁將造成整個電機(jī)無法運(yùn)行。因此在轉(zhuǎn)子磁極盒內(nèi)部進(jìn)行灌封來提高轉(zhuǎn)子磁極盒的可靠性。

        永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼粘接常用的膠粘固化劑有聚氨酯膠粘劑與環(huán)氧樹脂膠粘劑,為研究這兩種膠粘劑的優(yōu)劣性,從膠粘劑的反應(yīng)機(jī)理及物理特性出發(fā)進(jìn)行試驗(yàn)分析,確定兩種材料的優(yōu)缺點(diǎn),為轉(zhuǎn)子磁極盒灌封材料的選取提供依據(jù)。

        1 灌封材料的選取

        1.1 聚氨酯膠粘劑

        聚氨酯膠粘劑是指在分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(tuán)或異氰酸酯基的膠粘劑。按反應(yīng)組成分類按反應(yīng)組成可分為多異氰酸酯膠粘劑、含異氰酸酯基的聚氨酯膠粘劑、含羥基聚氨酯膠粘劑和聚氨酯樹脂膠粘劑[2]。

        從圖1可以看出固化劑與水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生了二氧化碳,影響粘接劑的儲存期和固化速度,并導(dǎo)致粘接劑固化后膠體中有氣泡,影響粘接性能。聚氨酯膠粘劑對濕氣比較敏感,因此聚氨酯膠粘劑對使用環(huán)境要求比較苛刻。

        圖1聚氨酯反應(yīng)機(jī)理

        1.2 環(huán)氧樹脂膠

        環(huán)氧樹脂是指分子結(jié)構(gòu)中含有2個或2個以上環(huán)氧基,并在適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑下形成三維網(wǎng)狀固化物的化合物的總稱,是一類重要的熱固性樹脂。環(huán)氧膠粘劑對環(huán)境濕氣不敏感,同時其耐腐蝕性較好。

        環(huán)氧膠粘劑耐腐蝕原理:

        圖2環(huán)氧膠粘劑耐腐蝕機(jī)理

        從環(huán)氧膠粘劑和聚氨酯膠粘劑的反應(yīng)機(jī)理來看,聚氨酯膠粘劑對應(yīng)用環(huán)境的要求較高,而環(huán)氧膠粘劑耐環(huán)境腐蝕較好,在惡劣的環(huán)境下使用能給產(chǎn)品提供很好的防護(hù)。

        1.3 膠粘劑物理性能對比

        表1膠粘劑物理性能

        混合后粘度 448 472.3硬度(Sh-D) 79 72 Tg/℃ 32 40樹脂:1.21固化劑:0.98保質(zhì)期 2年 1年吸水率/%25℃48小時 0.55 0.60密度/g/m l 樹脂:1.50固化劑:1.22 50℃2小時 0.44 0.40 80℃2小時 0.91 1.09

        從表1可以看出,環(huán)氧比聚氨酯混合物粘度低、硬度和Tg略高、吸水率略低[3]。

        將環(huán)氧膠粘劑與聚氨酯膠粘劑對比分析,發(fā)現(xiàn)環(huán)氧膠粘劑對環(huán)境要求不高,工藝性能好,有利于產(chǎn)品小間隙的填充;環(huán)氧膠粘劑耐腐蝕能力強(qiáng),將其用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極盒灌封上能給磁極盒提供強(qiáng)有力的保障。

        2 膠粘劑試驗(yàn)驗(yàn)證

        2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

        根據(jù)國標(biāo)GB/T7124膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度測試方法的要求,制作如圖3所示的試驗(yàn)試樣。

        圖3拉伸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)樣件

        為測試試件的性能,如下試驗(yàn),具體步驟如下:

        (1)冷-熱沖擊試驗(yàn):高溫80℃±3℃,低溫-30℃±3℃,冷熱溫差110℃±6℃;每個周期8h(高、低溫分別為4h),溫度轉(zhuǎn)換時間小于3min,共12周期。

        (2)交變鹽霧試驗(yàn):氯化鈉水溶液5%±1%,每個周期170h(2h噴霧,168h濕熱儲存),共4個周期。

        (3)長時低溫試驗(yàn):(-55℃±3℃)/96h。

        (4)長期浸水試驗(yàn):室溫浸水32天,即768h。

        2.3 試驗(yàn)結(jié)果

        表2兩種膠粘劑耐環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果(基材0Cr18Ni9Ti)

        表2的數(shù)據(jù)說明,交變鹽霧試驗(yàn)和浸水試驗(yàn)對膠粘劑的腐蝕性比較大。經(jīng)過4個周期的交變鹽霧試驗(yàn)后,聚氨酯膠粘劑的中值保持率僅為37%,下降了63%;環(huán)氧膠粘劑的中值保持率為78.3%,下降了21.7%。經(jīng)過32天浸水試驗(yàn),聚氨酯膠粘劑的中值保持率為65.6%,下降了34.4%;環(huán)氧膠粘劑的中值保持率為81.1%,下降了18.9%。試驗(yàn)結(jié)果表明,環(huán)氧膠粘劑耐候性較聚氨酯膠粘劑好。

        3 模擬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證

        3.1 試驗(yàn)用模擬樣件結(jié)構(gòu)

        為對聚氨酯膠粘劑和環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行充分的對比驗(yàn)證,同時分析兩種膠粘劑在實(shí)際產(chǎn)品中運(yùn)用情況,制作了如表3所要求的模擬樣件。

        表3模擬樣件結(jié)構(gòu)

        3.2 試驗(yàn)方案

        試驗(yàn)周期為2個周期,每個周期的試驗(yàn)因子及試驗(yàn)順序:冷熱沖擊(6周期)→機(jī)械振動(垂直振動5h)→冷熱沖擊(6周期)→機(jī)械振動(水平振動5h)→交變鹽霧(2周期)→浸水(14天)。

        3.3 試驗(yàn)結(jié)果

        (1)試驗(yàn)前模擬樣件。

        圖4模擬樣件A、B實(shí)物圖

        (2)表面防護(hù)樣件試驗(yàn)結(jié)果。

        圖5 A1、B1模擬樣件解剖圖

        從圖5可以看出:

        ①樣件外觀:A1表面有2/3的面積凸起,高度約為3mm,B1表面有兩處凸起,高度約為1~2mm。

        ②玻璃布拆除后外觀:A1表面有許多生銹的磁鋼屑,清理磁鋼屑后,三塊磁鋼有不同程度的腐蝕,腐蝕深度約為1~2mm,B1磁鋼表面有兩處腐蝕點(diǎn),深度度約為1mm,有一塊磁鋼沒有被腐蝕。

        ③端部外觀:A1樣件導(dǎo)流條下的膠樣存在氣泡(見A1-4),導(dǎo)流條與壓條之間同樣存在氣泡(見A1-5);B1樣件膠粘劑填充飽滿。

        ④樣件解剖后外觀:A1、B1磁鋼與磁鋼,磁鋼與磁軛之間的間隙膠粘劑填充飽滿。

        (3)表面未防護(hù)樣件試驗(yàn)結(jié)果。

        圖6 A2、B2模擬樣件解剖圖

        從圖6可以看出:

        (1)樣件外觀:A2、B2表面大面積凸起,高度約為5mm。

        (2)玻璃布拆除后外觀:A2表面有許多生銹的磁鋼屑,清理磁鋼屑后,三塊磁鋼有不同程度的腐蝕,腐蝕深度約為1~5mm不等,B2磁鋼表面有三處腐蝕點(diǎn),深度約為1~3mm;從拆除的過程看,兩個樣件玻璃布與磁鋼之間的密封效果已經(jīng)失效,玻璃布和磁鋼之間除了有磁鋼屑,還有大量空氣存在。

        (3)端部外觀:A2樣件導(dǎo)流條下的膠樣存在氣泡(見A2-4),B2樣件膠粘劑填充良好。

        (4)樣件解剖后外觀:A2樣件磁鋼與磁軛之間有小面積存在膠粘劑填充不飽滿(見A2-5),A2樣件磁鋼與磁鋼之間的間隙膠粘劑填充飽滿;、B2磁鋼與磁鋼,磁鋼與磁軛之間的間隙膠粘劑填充飽滿。

        4 結(jié)論

        (1)從表面防護(hù)和未防護(hù)的模擬樣件來看,經(jīng)一系列的環(huán)境試驗(yàn)后,磁鋼表面均有不同程度腐蝕,但經(jīng)表面防護(hù)的樣件要比表面不進(jìn)行防護(hù)處理的樣件腐蝕略小。

        (2)從表面防護(hù)和未防護(hù)的模擬樣件來看,經(jīng)一系列的環(huán)境試驗(yàn)后,環(huán)氧膠粘劑灌注的樣件要比聚氨酯膠粘劑灌注的樣件腐蝕略輕。

        (3)與聚氨酯膠粘劑相比,環(huán)氧膠粘劑對環(huán)境要求不高,工藝性能好,有利于產(chǎn)品小間隙的填充。

        (4)與聚氨酯膠粘劑相比,環(huán)氧膠粘劑耐鹽霧、水和冷熱沖擊等環(huán)境腐蝕能力強(qiáng),有利于目前開啟式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的環(huán)境防護(hù)。

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