CN101649818B - 隔音降噪型风力发电机机舱罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型风力发电设备的主要部件，具体涉及一种隔音降噪型风力发电机机舱罩。它包括装饰保护面层、FRP外板、夹芯层、FRP内板、硬质泡沫塑料内芯、渐变密度泡沫塑料、泡沫塑料结皮层和增强框架；FRP外板、夹芯层、FRP内板和增强框架为持续成型的整体构架；FRP外板、夹芯层、FRP内板、渐变密度泡沫塑料及增强框架构成一个整体结构。本发明提供一种具有良好的隔音降噪功能的，兼具隔热或保温以及阻燃性能的，能适用于高温和严寒地区的风力发电机机舱罩。

Description

隔音降噪型风力发电机机舱罩

技术领域

本发明涉及大型风力发电设备的主要部件，具体涉及一种隔音降噪型风力发电机机舱罩。

背景技术

近年来，随着石油、煤炭等化石燃料的日渐减少和人们环保意识的不断增强，太阳能、风能和水能等可再生能源的利用必将逐步成为传统能源的替代和补充。进入二十一世纪以来，随着风力发电技术日臻完善，为降低发电、输电成本，提高经济效益，大型风力发电机组(≥1.5MW)已成为目前风力发电的主流机型，装机的发电风场也从初期采用风力发电的边远空旷区逐步向人口较多的用电地区转移。随着风力发电机的大型化和装机风场向人口密集地区转移进程的不断加快，风力发电机工作噪音对环境的影响和发电机组在不同气候条件下的防护，亦随之成为亟待解决的问题。

风力发电机组正常工作状态下的实测噪音强度在80~104dB(Vestas，V52-850kW风力发电机)，这已远远超过人们正常生活所需的环境声响强度。由于风力发电机的噪声源于风力涡轮机和发电机组，其中风力涡轮机的噪声可由优化叶片设计来改善，而降低发电机组噪声的方法，目前则较少，同时其成本又很高。因此采用隔音型机舱罩用以吸收、隔阻噪音就不失为一种降低噪音的较为有效的方法。

目前大型风力发电机的机舱罩一般采用铝合金或FRP制成，FRP为玻璃纤维增强塑料，由于重量和成本的限制，这些机舱罩除围护和防止雨雪侵袭的主要功能外，对控制噪音几乎没有作用。近年来，有些厂家采用在机舱罩的内部粘接泡沫塑料，以试图解决噪音问题，但由于主体材料的性质、机舱罩的声学特性和其他原因，效果有限。同时简单地粘接泡沫塑料还会引起在高温地区安装的风力发电机组散热不畅。

还有采用在“增强玻璃纤维材料制成的……机舱罩壳的内壁和/或底壁上敷有隔音阻燃材料”的机舱罩。中国专利公开号：CN 101235801A，公开日：2008年8月6日，发明名称：风力发电机组的机舱隔音结构，公开了“一种风力发电机组的机舱隔音结构，包括由增强玻璃纤维材料制成的机舱罩壳，所述机舱罩壳的内壁和/或底壁上敷有隔音阻燃材料”。“隔音阻燃材料分为里侧的吸音层及覆盖在吸音层的隔热断音层”。“吸音层为粗孔聚乙烯发泡材料制成”，“隔热断音层由细孔聚乙烯发泡材料制成，它们两者之间由胶粘剂粘合”。“隔音阻燃材料还包括一层防油纸，它贴敷在粗孔聚乙烯发泡材料或吸音层的外表面”。从公开的该专利申请说明书看，上述机舱隔音结构与前述技术无明显区别，其阻燃性能仅从说明书提供的资料看尚缺乏足够的论据。以下是通用文献所述聚乙烯的物理性能：“聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，具有优越的介电性能。易燃烧且离火后继续燃烧。透水率低，对有机蒸汽透过率则较大。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔点范围为132～135℃，低密度聚乙烯熔点较低，在112℃，且范围宽”。

综上所述，目前大型风力发电机组减低噪音的主要方法是在机舱罩内侧粘接具有吸音性能的材料(例如矿棉板、泡沫塑料等)，这种方法由于没有改变机舱罩壳体的材料结构，隔音降噪效果有限。同时上述隔音材料又都具隔热保温的性能，仅简单贴敷于机舱内壁，会对装机于高温地区风力发电机组产生有害影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好的隔音降噪功能的，兼具隔热或保温以及阻燃性能的，能适用于高温和严寒地区的风力发电机机舱罩。

实现本发明目的的技术方案是：一种隔音降噪型风力发电机机舱罩，它包括装饰保护面层、FRP外板、夹芯层、FRP内板、硬质泡沫塑料内芯、渐变密度泡沫塑料、泡沫塑料结皮层和增强框架；所述的装饰保护面层附着在FRP外板外侧；FRP外板内侧为夹芯层，夹芯层的内侧附着在FRP内板的外侧上；渐变密度泡沫塑料附着在FRP内板的内侧上，泡沫塑料结皮层附着在渐变密度泡沫塑料的内侧上；在FRP内板的内侧上设置有若干增强框架，增强框架由FRP材料做外层，并包裹着硬质泡沫塑料内芯，成立方体柱形结构，增强框架同时镶嵌依托在渐变密度泡沫塑料内部。

所述的FRP外板的内部充填了空心玻璃微珠，其填充质量百分比为玻璃纤维增强塑料树脂体系的5％～10％。

所述的夹芯层为具有小通孔的空心微珠型轻体无纺聚酯织物。

所述的FRP内板采用发泡树脂成型，基体树脂为通用型不饱和聚酯树脂，其发泡剂采用环戊烷或异戊烷。

所述的渐变密度泡沫塑料的孔隙率由内至外表面逐步渐变减小，至外2.5mm左右处为最低值，孔隙率的上下限范围是97.1％～85.7％，泡沫平均直径的范围是2.5mm～0.5mm，泡沫的平均直径与空隙率成正相关分布，其外露表面为泡沫塑料结皮层。

所述的装饰保护面层是有由间苯新戊二醇型胶衣树脂层和高耐候性氟碳涂料层构成。

所述的FRP外板、夹芯层、FRP内板和增强框架采用接触模具成型工艺制造，为持续成型的整体构架。

本发明的效果是：本发明所述的机舱罩壳体采用了复合多层板结构使得围护板的厚度增加，提高机舱罩的整体刚度，改善了声学特性，其固有谐振频率避开了风力发电机组噪声的加权中心频率，避免了谐振噪音的发生。

机舱罩的复合多层板的FRP外板内部充填了玻璃微珠，增大了外板的刚度，并明显提高了对高频噪声的阻滞性能。

机舱罩的复合多层板的中间层，采用了具有小通孔的空心微珠型轻体无纺聚酯织物作为夹芯材料，其上的连通小孔在浸渍树脂后可形成按一定规则排列的树脂柱阵列，使其在内外板之间形成有效支撑，空心微珠形成大量微气室能够减低共振并对噪音产生有效的阻滞。

机舱罩的复合多层板的FRP内板采用树脂发泡技术，其目的与FRP外板加入玻璃微珠的作用相似，但其表观密度与外板不同，其阻滞噪声的频段亦有所不同。

机舱罩的渐变密度表面结皮泡沫塑料采用了渐变孔隙的泡沫塑料，其孔隙率由里至外，逐步变小，直至外表面的结皮层，其效果是外部(最靠近机组的部分)对高频噪声、内部对低频噪声具有较好的吸音和阻滞功能，同时外部的结皮层可有效阻止油污的浸渍，以保持其声学特性和降噪功能。

机舱罩的增强框架采用的硬质泡沫塑料内芯和在其外部包覆的FRP层，具备与上述材料相同的隔音降噪功能。其采用的持续成型工艺，保证了增强框架与多层板的整体性，这不仅提高了机舱罩的机械强度和刚度，同时也保证了机舱罩整体的隔音性能。

本发明采用了材料叠加复合的方式，从而改变了结构层的物理性质。这种结构设计充分利用了材料的微观吸音性能和结构空间的宏观声学特性，使其对大型风力发电机组的整个噪声频段都具有较高的隔音降噪功能，实测平行样板的加权空气隔声量Rw≥36dB，并具有良好的整体机械性能。同时，这种机舱罩兼具隔热保温功能，在采取适当的改进设计后，适用于热带及高寒地带的风电机组。本发明具有的环保功能和热工特性，使其可广泛用于大型风力发电机组。

附图说明

图1为1.5MW风力发电机组的机舱罩结构示意图；

图2为机舱罩外壳板的A-A的剖面示意图；

图3为热带地区用1.5MW风力发电机组的机舱罩结构示意图。

图中：1.装饰保护面层；2.FRP外板；3.夹芯层；4.FRP内板；5.硬质泡沫塑料内芯；6.渐变密度泡沫塑料；7.泡沫塑料结皮层；8.增强框架；9.强制通风口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种隔音降噪型风力发电机机舱罩做进一步详细说明。

实施例1

本实施例为适用于寒温带地区的1.5MW风力发电机组的机舱罩。如图1、图2所示，一种隔音降噪型风力发电机机舱罩，它包括装饰保护面层1、FRP外板2、夹芯层3、FRP内板4、硬质泡沫塑料内芯5、渐变密度泡沫塑料6、泡沫塑料结皮层7和增强框架8；所述的装饰保护面层1附着在FRP外板2外侧；FRP外板2内侧为夹芯层3，夹芯层3的内侧附着在FRP内板4的外侧上；渐变密度泡沫塑料6附着在FRP内板4的内侧上，泡沫塑料结皮层7附着在渐变密度泡沫塑料6的内侧上；在FRP内板4的内侧上还设置有若干增强框架8，增强框架8由FRP材料做外层，并包裹着硬质泡沫塑料内芯5，成立方体柱形结构，增强框架8同时镶嵌依托在渐变密度泡沫塑料6内部。

所述的FRP外板2的内部充填了空心玻璃微珠，其填充质量百分比为玻璃纤维增强塑料树脂体系的5％～10％，其填充质量百分比是由声学特征和工艺要求决定的。

所述的夹芯层3为具有小通孔的空心微珠型轻体无纺聚酯织物。

所述的FRP内板4采用发泡树脂成型，基体树脂为通用型不饱和聚酯树脂，其发泡剂采用环戊烷或异戊烷。

所述的渐变密度泡沫塑料6的孔隙率由内至外表面逐步渐变减小，至外2.5mm左右处为最低值，孔隙率的上下限范围是97.1％～85.7％，泡沫平均直径的范围是2.5mm～0.5mm，泡沫的平均直径与空隙率成正相关分布，空隙率大，泡沫平均直径亦大，其外露表面为泡沫塑料结皮层7。

所述的装饰保护面层1是有由间苯新戊二醇型胶衣树脂层和高耐候性氟碳涂料层构成。

所述的FRP外板2、夹芯层3、FRP内4和增强框架8采用接触模具成型工艺制造，为持续成型的整体构架。

本实施例采用接触模具成型工艺制造，其步骤为：1)在模具上喷涂脱模剂后，喷涂胶衣树脂(厚度0.5mm)；2)糊制FRP外板2(厚度3mm)；3)糊制夹芯层3；4)糊制FRP内板4(厚度0.5mm)；5)在规定位置用双面胶带粘接增强框架8的硬质泡沫塑料内芯5，随后糊制增强框架8(厚度5mm)；6)粘接渐变密度泡沫塑料6，本实施例采用FRP内板4及增强框架8糊制后未完全固化时持续成型工艺，亦可根据需要在FRP内板4及增强框架8固化后采用粘接剂黏结；7)修整内外表面；8)在机舱罩外表面(胶衣树脂层)喷涂高耐候性涂料层。

由于本实施例为适用于寒温带地区工作的风力发电机组，机舱罩的防护作用以保温为重点，当气温为-30℃时，实测连续工作状态下机舱罩的内部温度能满足发电机组的工作要求。

针对大型风力发电机组的噪声特性，采用改变机舱罩的主体材料和吸音材料的结构及性能，以增强对噪音吸收和衰减。

吸声材料的机理是：当声波入射时通过的微孔隙引起空隙中空气的振动，使声能转化为热能而损耗掉。由于发电机组产生的是混合频段的噪声，采用渐变孔隙率和特定的空泡直径将对对整个噪声频段产生有效的吸收和隔阻作用。

玻璃微珠、夹芯层和发泡树脂是利用复合多层板内部的孔隙界面使噪声在空腔内发生折射、反射和衍射，改变声波的相位，使噪音产生干涉和衰减的机理。同时，所述的多层板改变了以往技术采用单层板的固有频率，避免了与发电机组谐振的噪声。本发明综合采用了以上隔音降噪的技术措施。

实施例2

本实施例为热温带地区工作的风力发电机组。如图2、图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：在原隔音降噪型风力发电机机舱罩上设有强制通风口9，以确保高温时的通风，当气温为40℃时，实测连续工作状态下机舱罩的内部温度，满足发电机组的工作要求。

Claims (6)

1.一种隔音降噪型风力发电机机舱罩，其特征在于：它包括装饰保护面层(1)、FRP外板(2)、夹芯层(3)、FRP内板(4)、硬质泡沫塑料内芯(5)、渐变密度泡沫塑料(6)、泡沫塑料结皮层(7)和增强框架(8)；所述的装饰保护面层(1)附着在FRP外板(2)外侧；FRP外板(2)内侧为夹芯层(3)，夹芯层(3)的内侧附着在FRP内板(4)的外侧上；渐变密度泡沫塑料(6)附着在FRP内板(4)的内侧上，泡沫塑料结皮层(7)附着在渐变密度泡沫塑料(6)的内侧上；在FRP内板(4)的内侧上还设置有若干增强框架(8)，增强框架(8)由FRP材料做外层，并包裹着硬质泡沫塑料内芯(5)，成立方体柱形结构，增强框架(8)同时镶嵌依托在渐变密度泡沫塑料(6)内部。

2.根据权利要求1所述的一种隔音降噪型风力发电机机舱罩，其特征在于：所述的夹芯层(3)为具有小通孔的空心微珠型轻体无纺聚酯织物。

3.根据权利要求1所述的一种隔音降噪型风力发电机机舱罩，其特征在于：所述的FRP内板(4)采用发泡树脂成型，基体树脂为通用型不饱和聚酯树脂，其发泡剂采用环戊烷或异戊烷。

4.根据权利要求1所述的一种隔音降噪型风力发电机机舱罩，其特征在于：附着在渐变密度泡沫塑料(6)的内侧上的所述泡沫塑料结皮层(7)为一外露表面，所述的渐变密度泡沫塑料(6)的孔隙率由靠近FRP内板(4)的一侧至所述外露表面逐步渐变减小，至所述外露表面2.5mm左右处为最低值，孔隙率的上下限范围是97.1％～85.7％，泡沫平均直径的范围是2.5mm～0.5mm，泡沫的平均直径与空隙率成正相关分布。

5.根据权利要求1所述的一种隔音降噪型风力发电机机舱罩，其特征在于：所述的装饰保护面层(1)是由间苯新戊二醇型胶衣树脂层和高耐候性氟碳涂料层构成。

6.根据权利要求1所述的一种隔音降噪型风力发电机机舱罩，其特征在于：所述的FRP外板(2)、夹芯层(3)、FRP内板(4)和增强框架(8)采用接触模具成型工艺制造，为持续成型的整体构架。 

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