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。
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
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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。
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金属应力云图 橡胶应力云图
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：
（1）模具必须具有足够的强度和刚度，能够承受模压等求压力；
（2）模具有良好的保压的性能；
（3）模具具有良好的开模性能；
（4）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
（1）铁件前处理包括S铁件除锈，涂胶黏剂等；
（2）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。
（3）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
（1）将产品置于标准温度（23±2）℃下，恒温24h；
（2）测量并试验记录产品自由高；
（3）预加载0～120kN停3分钟后，以20mm/min加载0～120kN
（4）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。
（5）分析试验满足刚度要求。如下图所示：
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4.2高低温试验
（1）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。
（2）试验结果：
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4.2疲劳试验
（1）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；
（2）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
论文作者:王宪华, 刘淑敏, 吕玉清, 刘从兴, 曲凡旭
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1期
论文发表时间:2020/3/25
标签：刚度论文; 机舱论文; 弹性论文; 风电论文; 产品论文; 应力论文; 模具论文; 《工程管理前沿》2020年1期论文;