CN101586537A - 风力发电机组机架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

风力发电机组机架，为平底船形结构，由面板、底板和连接面板与底板的侧板构成船仓结构，其中船仓结构内设有若干隔仓筋板。面板分为前、后支承面板、U型面板三个部件，面板部件焊接而成，底板包括前底板、中底板；侧板包括前端板、前侧板、后端板和后侧板诸部件，所述板的部件焊接而成为一个整体；面板、底板和侧板上均设有安装孔或工艺孔。

Description

风力发电机组机架及其制备方法

一、技术领域：

本发明涉及1.5兆瓦(及以上)风力发电机组机架及其制备方法。

二、背景技术：

风能是最具商业潜力、最具活力的可再生能源之一，使用清洁，成本较低，取用不尽。风力发电具有装机容量增长空间大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等优势。风力发电在为经济增长提供稳定电力供应的同时，可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题。

风电设备行业进入壁垒是比较高的，风电装备主要包括整机组装、电机、叶片、塔架基座、机架等，技术很复杂，风电极为看重机组运行的稳定性。风电机组需要在野外可靠运行20年，要经受住各种极端恶劣天气和非常复杂的风力交变载荷，对风电机组的质量要求很高，风电装备制造企业没有丰富的技术和实践积累是不行的。

目前已掌握了750千瓦及以下容量的风电机组整机和零部件的设计制造技术并实现了批量生产，但这只相当于国际上1990年代中期的水平，中国大部分风电装备制造企业目前还停留在中低端设备的设计与制造水平，国产兆瓦级变速恒频机组正在研制并有部分机组投入运行，兆瓦级叶片、齿轮箱和发电机也相继完成研制并投入小批量生产，但总的来看，整机总体设计和关键零部件设计制造技术仍是制约中国风机制造业发展的最大瓶颈。750千瓦和1.5兆瓦之间的技术是跨越式的。中国风机技术与国际水平相比尚有较大差距，目前正在装配中的主流陆上风机容量为1.5兆瓦。

CN200510022689公开了铸态无Ni低温球铁铸造大型高韧部件的方法来制备风力发电机组底座、机架等部件，但铸造方法得到的产品不但重量过大，而且在尺寸精度上较难直接达到制备要求，需要后续加工，而且加工的设备大，加工成本较高。

三、发明内容：

本发明的目的在于提供一种1.5兆瓦及以上功率风力发电机组机架及制备方法，该机架完全合金钢板焊接而成，具有优化结构，提高整个机组的运行效率，并能保证机架不变形、整体性和稳定性好，能在非常复杂、恶劣的(高低温环境，尤其是可在零下40度的低温)环境下稳定运行，并提出一种机架的加工制备方法。

本发明的技术方案是：风力发电机组机架，尤其是1.5兆瓦风力发电机组机架，机架上设有安装主轴轴承座、齿轮箱、发电机装置的支承板，机架内部安装偏航驱动装置，机架下方连接偏航轴承及塔架连接座等，尤其是采用平底船形结构，由面板、底板和连接面板与底板的侧板构成船仓结构，其中船仓结构内设有若干隔仓筋板。

其中面板分为前、后支承面板、U型面板三个部件，面板部件焊接而成，底板包括前底板、中底板；侧板包括前端板、前侧板、后端板和后侧板诸部件，板的部件焊接而成为一个整体。面板、底板和侧板上均设有安装孔或工艺孔。

本发明采用高强度低合金板(Q345E板)焊接制备，通过设有支承板和筋板对机架整体强度的提高和安装支承，并在焊接后对机架整体进行热处理，使机架满足不同温度环境下的使用时强度的要求，

1.5兆瓦风力发电机组机架的制备方法，采用高强度低合金板(Q345E板，厚12-80mm)焊接，焊接成整体后对机架进行热处理：风电一体机架回火处理工艺条件是：

1、机架进炉时，炉内温度不得高于400℃；

2、机架升温至400℃后，炉温升温速度不得超过(5000/最大板厚mm)℃/h，且上限不得超过200℃/h，最小可为50℃/h。

尤其是在机架加热区的升温速度最好不得超过62.5℃/h。

3、升温期间，加热区内任意长度为5000mm内的温差不得大于120℃。

4、机架保温期间的温度为600～650℃。保温时间为3h以上，12h以下。

5、保温期间，加热区内最高与最低温差不宜大于65℃。

6、在炉内降温后出炉；机架出炉时，炉温不得高于400℃，出炉后应静止在空气中冷却。回火的次数一般为1-3次。

本发明可以在回火前进行一次低温淬火，淬火工艺条件：850-880℃保温15-60min，再升温至1050-1100℃保温15-60min，再降温到600-620℃保温15-60min即立即降温至室温；也可以在上述最高温度条件进行氮气通入进行淬火。

本发明的有益效果是：这是一种1.5兆瓦及以上功率风力发电机组机架及制备方法，该机架完全合金钢板焊接而成，船形结构的整体性能和强度好，采用U形板面板、前底板、中底板；侧板包括前端板、前侧板、后端板和后侧板诸部件的焊接使裁剪容易，焊接简明，结构容易符合安装要求，且整体的加工成本低。整个机组的安装及加工效率高，并能保证机架不变形，能在非常复杂、恶劣的(高低温环境，尤其是可在零下40度的低温)环境下稳定运行。

四、附图说明：

图1为机架的三维图

图2为机架的左视图

图3为机架的主视图

图4为机架的仰视图

五、具体实施方式

本发明的船形结构，具有隔仓筋板或加强板5-7块，在机架上面安装主轴轴承座、齿轮箱、发电装置，机架内部安装偏航驱动，下方连接偏航轴承及塔架连接座等，均可以保证支架的整体性好，部份孔径的开设需要由大型数控铣镗床进行机加工。

机架热处理使用的加热炉为：长，宽，高为24米×4米×4米全纤维炉；外接热电偶：为镍铬-镍硅热电偶；外接热电偶检测仪表：采用日本CHINO(千野)LE1000高速、高精度混合记录仪，精度等级为±0.05％；随炉控温仪表：采用日本shinko(神港)控温仪，精度等级为±0.1％；随炉温度记录仪表：EH-100型中长度记录仪，精度等级为±0.5％。整体焊接之后可以采取两次回火。

回火处理工艺条件是：机架进炉时，炉内温度300℃；机架升温至400℃后，炉温升温速度50-100℃/h。通过控制加热器使机架加热区的升温速度不得超过62.5℃/h；机架保温期间的温度为600～650℃。保温时间为3-12h，如4小时。保温期间，加热区内的分布：最高与最低温差不宜大于65℃。在炉内降温后出炉；机架随炉温到400℃或以下温度，机架出炉后，出炉应静止在空气中冷却。

淬火工艺条件：860℃保温35min，再升温至℃保温35min，再降温到610-620℃保温35min即立即在空气中降温至室温。改进的方案是：在上述最高温度条件时通入氮气进行淬火。

本发明材料化学成分和机械性能需符合GB/T1591，焊接材料采用E501T-1L焊丝，规格□1.2，其焊丝化学成分和机械性能需符合GB/T10045-01；该机架外形尺寸(长×宽×高)为：7752mm×3056mm×1219mm。该产品焊接要求很高，焊接对接接头机械性能参照JB4708-92进行以下评定：外观检测(外观检测不得有裂纹)、无损检测、表面裂纹检查、拉力实验、侧弯实验、背弯实验、-40℃温度下的冲击实验(焊缝、熔合线、热影响区)，以满足构件在恶劣环境下长期工作的需要；T型接头焊透实验评定参照JB4708-92，JB4709-92标准，并进行以下评定：外观检测(外观检测不得有裂纹)、金相检验(宏观)。该机架完全焊接而成，结构经优化且整体性好，能提高整个机组的运行效率，能保证机架不变形、能在非常复杂、恶劣的环境下稳定运行。

焊缝外表面质量进行100％的目测检查，高应力区域焊缝100％超声波探伤检测，按GB11345-89为C类I级验收，同时对外表面100％磁粉探伤，按JB/T6061-92II级验收；其它未标明高应力区域的焊缝按20％抽查超声波探伤检测，按GB11345-89为B类II级验收。若高应力区域焊缝的检测出现不合格，整件零件视为不合格品；高应力区域焊缝要求在施焊工程中增加一次100％超声波探伤检测，该增加的检测次数在第三层施焊后进行；所有角焊高度为10～15；焊缝的缺陷必须用适当的方法进行修复；根据材料的要求，如有必要，焊接时需进行预热、所有焊接工序必须在机加工前完成；确保焊接构件变形在高度方向的尺寸公差为2mm，平面变形控制在2mm以内。

依据GB/T9452-2003热处理炉有效加热区测定方法。焊接后需进行回火，回火温度控制在：600-650℃。机架热处理后，喷丸处理去除表面油锈，按GB8923标准，再涂一道特制环氧富锌底漆，厚度为30±5μm；

机舱底座钢结构内外部防腐涂装：先用X-9清洁剂清洗，并用纸遮盖不需涂装部分；涂第二道特制环氧富锌底漆，厚度为30±5μm；喷五～六道黑磁铁环氧中间底漆，厚度为140±10μm；最后涂二～三道丙烯酸脂肪族聚氨脂面漆，厚度为60±10μm，总厚度为260±10μm(面漆的颜色为绿色)。

下表为1.5MW风电机舱底座零件明细表

以上机架结构和加工方法不仅加工质量稳定、工艺流程合理、生产组织方便，更在很大程度上提高了机架的使用效益。

Claims (7)

1、风力发电机组机架，其特征是为平底船形结构，由面板、底板和连接面板与底板的侧板构成船仓结构，其中船仓结构内设有若干隔仓筋板。

2、根据权利要求1所述的风力发电机组机架，其特征是其中面板分为前、后支承面板、U型面板三个部件，面板部件焊接而成，底板包括前底板、中底板；侧板包括前端板、前侧板、后端板和后侧板诸部件，所述板的部件焊接而成为一个整体；面板、底板和侧板上均设有安装孔或工艺孔。

3、风力发电机组机架的制备方法，其特征是按机架的前、后支承面板、U型面板、前底板、中底板、前端板、前侧板、后端板和后侧板的尺寸裁剪后焊接；且采用高强度低合金板，板厚12-80mm焊接制备，并在焊接后对机架整体进行回火热处理，其工艺条件是：

1)机架进炉时，炉内温度不高于400℃；

2)机架升温至400℃后，炉温升温速度不得超过5000/最大板厚mm℃/h，且上限不得超过200℃/h，最小可为50℃/h；在机架加热区的升温速度最好不得超过62.5℃/h；

3)升温期间，加热区内任意长度为5000mm内的温差不得大于120℃；

4)机架保温期间的温度为600～650℃，保温时间为3h以上，12h以下。

5)保温期间，加热区内最高与最低温差不宜大于65℃；

6)在炉内降温后出炉，机架出炉时，炉温不得高于400℃，出炉后在空气中冷却。

4、根据权利要求3所述的风力发电机组机架的制备方法，其特征是回火的次数为1-3次。

5、根据权利要求3所述的风力发电机组机架的制备方法，其特征是回火前先进行低温淬火，淬火工艺条件：850-880℃保温15-60min，再升温至1050-1100℃保温15-60min，再降温到600-620℃保温15-60min即立即降温至室温。

6、根据权利要求5所述的风力发电机组机架的制备方法，其特征是在淬火时最高温度条件下通入氮气进行淬火。

7、根据权利要求5所述的风力发电机组机架的制备方法，其特征是机架的板材是Q345E板，焊接材料采用ER50-3B焊丝。

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