1.前言
風電機組機艙罩是罩在風力發電機組最外的一層防護裝置，風力發電機組的發電機、變速箱和變流器等核心部件基本都安裝在風電機組機艙罩內，風電機組機艙罩對于安裝在風電機組機艙罩內的設備起著安全防護作用。國內2008 年開始從國外引進了各型1.5MW 風力發電機機艙，獲得了相關技術資料。但在開發2.5MW 風電機組中對于材料選型、模具制作、結構設計和成型過程等仍然遠遠不足，如何在更大尺寸的前提下保證不變形、較高的尺寸要求和合理的結構設計和制造工藝等。
本文對此大型機艙罩整個設計制造過程進行了系統的研究，研制出了滿足要求的復合材料機艙罩。2.5MW 風力發電機機艙罩外形為方形設計，最大長度 10m，最大寬度4m，最大高度 4m，經計算力學性能好，所采用的膠衣耐環境要求高。
2.結構設計和力學性能
此機艙罩的罩體主要由兩種結構形式組成，一種是實心層合板，主要為機艙罩脫模面部位;另一種是夾層結構加強筋，主要鋪設于機艙罩內部，由于此機艙罩縱向尺寸較橫向尺寸大很多，為了有效提高罩體的剛度，機艙罩內部橫向鋪設多根加強筋。通過將實心層和加強筋結合后設計出2.5MW 風電機艙罩模型。
為解決風電機組密封性的問題，在風電機組前段增加了前段密封裝置和密封門，有效的解決了風沙大和冬季艙內溫度低齒輪箱無法啟動的問題。機艙罩模型圖如圖1 所示。
力學性能方面，通過采用計算和利用有限元軟件對結構進行了力學校核，滿足強度要求和剛度要求。
實心層壓板方面：根據初步設計計算，玻纖層壓板連同膠衣層厚度為8.0mm。面板性能其壓縮強度σb 為100MPa，試驗的離散系數Cv為 7.2%，拉伸強度σt 為 150MPa，離散系數Cv 為7.0%;彈性模量Ef 為10GPa，泊松比為 0.25。緯向芯子剪切強度τt 為1.5MPa，剪切模量GC為30MPa;經向芯子剪切強度τc 為1.0MPa，剪切模量GC 為 18MPa。
加強筋方面：因斷面為矩形，泡沫芯或空心的，壁厚為 12mm，機艙罩沿寬度方向布置了10 根加強筋，沿長度方向布置了2 根。加強筋的性能：拉伸強度為 220MPa，壓縮強度為 200MPa， 離散系數為 7.0%，彈性模量為 10GPa，泊松比為 0.22。
經過對此機艙罩的撓度的計算，最大撓度為0.306%，小于 0.5%;強度方面：經計算層壓板結構面板的最大壓應力為13.227MPa，比其設計值Rd=31.327(35.09)MPa 小得多;加強筋上的最大拉伸應力為43.128MPa，也遠比加強筋的拉伸應力設計值Rd=69.27(77.57)MPa 小。穩定性方面：主要由機艙罩迎風面產生風壓，對上、下蓋板、側板產生軸向壓力而可能產生的失穩，加之上、下蓋板、側板還有風壓(負壓)作用。計算得σcr=33.763MPa， 臨界應力遠比軸向壓應力大，側向載荷和軸向壓力聯合作用下，其臨界準則為：
經過計算可得出以下結論：
(1)以52.5m/s 風速， 最大撓度為29.208mm， 相對最大跨距的0.306%，滿足技術要求。
(2)層壓板結構面板的最大壓應力為13.227MPa， 為其設計值42.22%，強度是很富裕的。
(3)采用聯合穩定準則，計及上、下蓋的側向載荷后，遠小于 1，軸向壓力穩定性很好。
3. 制造工藝
相較1.5MW 風電機組機艙罩，2.5MW 風電機組艙罩尺寸更大大、精度要求更高，為有效的提高其力學性能，在制造過程中采用最新式的一體成型的工藝，通過真空導入的方式將樹脂注入成型，整個制造過程較傳統手糊工藝簡易且內部樹脂固化成型連接致密度高。
首先制作模具，模具是機艙罩成型工藝中的主要裝備，模具的結構形式、強度、表面質量對機艙罩制品的質量、生產成本和生產效率有非常大的影響。模具制造分為兩個步驟，分別為：木模制作(陽模)、(圖2)、模具制作(陰模)。
模具制備完成后經過下列步驟來制備機艙罩：
模具表面清理→材料準備→涂脫模劑→刷膠衣→密封手糊層制作→玻纖布裁剪鋪覆→鋪脫模布→鋪導流網→封真空袋膜→接真空管→試抽真空→抽真空導入樹脂→固化→脫模 →切邊→ 整理去毛刺→刷阻燃膠衣。
在樹脂真空導入后，需要考慮樹脂的固化過程，材料的固化過程與制品的強度和剛度密切相關，合理有效的固化是制造出質量優良的制品和提高生產效率的保證。復合材料的固化與溫度、配方和脫模時間息息相關。由于2.5MW 機艙罩具有大尺寸、高性能的特點，只有嚴格地控制好車間溫度、工藝配方和后固化時間，才能保證制品的力學性能和精確的外形尺寸。由于制品尺寸大，生產操作時間長。溫度過高時，如果為了延長凝膠時間而降低固化劑含量，容易造成后固化時間過長或固化度不足，反而導致力學性能偏低和整體生產時間過長;如果固化劑含量過高，又容易導致凝膠時間過快，出現未來得及排泡便凝膠的現象，嚴重影響產品質量。因此有效地控制溫度和根據溫度適當調節配方是控制產品質量的關鍵。脫模時間的控制與產品的變形量密切相關，脫模時間過早會導致產品組裝困難，特別是兩個法蘭邊難以合攏，原因是產品還沒足夠固化，還沒釋放完所有應力。
同時通過在機艙罩內表面和脫模面涂覆不同類別的膠衣來達到不同的性能要求，包括防紫外線、抗老化、阻燃等性能。
在成型后通過組裝和安裝部分配件即可完成整個機艙罩的制作，在整個制作過程中應注意尺寸控制和避免一些質量問題，包括表面質量缺陷和結構層質量缺陷兩方面。表面缺陷主要有膠衣流掛、起皺、砂眼或針孔、纖維外露、開裂、起泡等。結構層缺陷主要有制品變形較大、制品硬度低、氣泡多、流膠、分層等。質量問題發生原因應根據機艙罩的具體結構和工藝做詳細的分析。
4. 結語
通過進模型設計、有限元結構性能分析，制作高品質的模具和采用一體成型工藝的工藝方法研制出的2.5MW 風電機組機艙罩可滿足新型風電機組的需求。隨著風電技術的發展，希望通過規范化機艙罩的研制過程，生產出更多可在極端復雜環境條件下使用的高性能機艙罩。
原標題:2.5MW大型風力發電機組機艙罩的研制
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