CN107453516A - 风力发电机用smc绝缘端盖的制造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电装备制造领域，具体为一种风力发电机用SMC绝缘端盖的制造。本发明与现有技术相比具有的有益效果：（1）所选SMC材料长期耐热温度指数＞170℃，弯曲强度＞220MPa，材料玻纤增强在43%左右，具有极高的机械强度。（2）SMC绝缘端盖为模压一次成型，密度高且均匀，各个方向的机械强度高于无纬带绝缘端盖且均匀，无需二次加工，不吸潮。（3）装配后无需灌胶，具有可维修性，且寿命是无纬带绝缘端盖的数倍。

Description

风力发电机用SMC绝缘端盖的制造

技术领域

本发明涉及风力发电装备制造领域，具体为一种风力发电机用SMC绝缘端盖的制造。

背景技术

我国风力发电经过了快速发展期，现在的发电机陆续进入了维修期。风力发电机安装在几十米的高空，一旦出现故障，吊装和修理极为不便，因此对风力发电机各部件都要求可靠且寿命长。由于风力发电需使用逆变器向电网送电，为防止逆变器产生的高频率电流，发电机采用绝缘端盖结构。

目前风力发电机在运行中多使用缠绕无纬带结构绝缘端盖来保证电机轴承和金属端盖外壳之间的绝缘，将无纬带均匀缠绕在轴承室外圆，烘焙固化后，再加工到要求的尺寸，最后与金属端盖装配在一起。无纬带烘焙后，由于缠绕的松紧程度和无纬带胶粘剂流动性等原因的影响，加工后外圆有空隙、起泡等缺陷，且无纬带绕包结构会出现在径向机械强度高（固化后机械加工还会破坏部分强度），在轴向机械强度低。同时无纬带绝缘连接盘的绝缘层厚度很薄（一般在3-5mm），在发电机运行中由于过热出现绝缘层损伤现象，还会在加工后加工面容易吸潮，导致绝缘电阻低等现象，大大降低发电机的使用寿命，频繁返修增加成本。

因此开发一种使用寿命长，不易损伤且不易受潮的绝缘端盖，以代替缠绕无纬带结构的绝缘端盖，降低高频率电流对轴承的损害，并提高电机的使用寿命和降低成本，将是未来一个发展趋势。

发明内容

本发明为解决目前风力发电机用无纬带绝缘端盖在径向机械强度高，在轴向机械强度低以及在电机运行中由于过热容易出现绝缘层损伤现象的技术问题，提供一种风力发电机用SMC绝缘端盖的制造。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种风力发电机用SMC绝缘端盖的制造，包括如下步骤：

（a）轴承室与绝缘连接盘的组装

①将SMC材料制成的绝缘连接盘放置在第一压接工装上，并插入定位销轴；

②在轴承室上安装定位销轴；

③在轴承室背面安装两件M16吊装螺栓，然后使用天车将轴承室安装在绝缘连接盘上，（取下吊装螺栓之后）然后在轴承室上部放上第二压接工装，准备压制；

④压制后进行保压

将整套产品和工装放在工作台中心，并在四周放置四件限位块，将工作台回程至要求位置，对第二压接工装施加压力，压力为5-6Mpa，保压2h，每0.5h检查一次保压压力并填写一次记录，若掉压需及时进行补压，待产品冷却后开模，移出工作台，并取下第二压接工装；

（b）预热前端盖和后端盖：烘箱设定为150℃，待轴承室压入绝缘连接盘中保压后，将前端盖和后端盖放入烘箱中，烘焙2h，使其前端盖和后端盖受热膨胀，便于套装在绝缘连接盘上；

（c）前端盖和后端盖装入绝缘连接盘中

①端盖上安装销轴：将前端盖或后端盖从烘箱中取出，并安装销轴，以保证端盖在压入绝缘连接盘中各孔的相对位置和轴承室及端盖的同轴度；

②在端盖的背面安装两件M16吊装螺栓，然后使用天车将端盖安装在绝缘连接盘上，（取下吊装螺栓之后）对于前端盖，在其上部放上第三压接工装；对于后端盖，在其上部放上第四压接工装，准备压制；

③压制后进行保压：将整套产品和工装放在工作台中心，并在四周重新放置四件限位块，将工作台回程至要求位置，对第一压接工装施加压力，压力为5-6Mpa，保压2h，每0.5h检查一次保压压力并填写一次记录，若掉压需及时进行补压，待产品冷却后开模，移出工作台，并取下压接工装或第四压接工装；

（d）取出销轴，取掉压接工装，涂覆密封胶，精加工端盖和轴承室，保证端盖和轴承室的平面度和同轴度以及平行度，涂晾干型表面绝缘磁漆。

本发明首先选择SMC材料用于绝缘连接盘的制备。SMC材料及其SMC模压制品具有优异的电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性。目前SMC制品广泛应用于电气工业、汽车工业、铁路车辆、通讯工程及防爆电器设备等领域。

本发明所采用的上述组装工艺，充分考虑了SMC材料的特性，并且充分研究了SMC材料制备的绝缘连接盘与前后端盖、轴承室的配合，组装后的绝缘端盖各项指标均符合相关标准，能够有效满足市场需求。

所述的SMC绝缘连接盘是采用如下方法制备的：（1）将模具清理干净，设定上、下模温度，上模155±10℃、下模150±10℃，开始升温；所述上下模构成的模腔呈环形；

（2）用台称称取10.7kg SMC原材料，再将称好的SMC分别裁成1.8±0.05m长和1.5±0.05m长的两部分，然后将两部分分别卷制成直径为φ60⁺²⁰筒状备用；

（3）模具温度到温后，打开模具，将1.5±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒围成圆形放入模腔内侧，再将1.8±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒围成圆形放入模腔外侧且套在1.5±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒的外侧，再在接头部位进行＞50±0.05mm搭接；搭接分为内侧搭接部分和外侧搭接部分，内侧搭接部分是内外卷筒之间进行搭接，外侧搭接部分通过另外裁剪一段SMC材料实现搭接；要求内侧部分和外侧部分的搭接处需错开＞300±0.05mm；加料时间控制在60-120S之间，完成盘圆过程；

（4）盘圆完成后，进行模压闭模工序，闭模时间控制在7-10s，压力缓缓加压至20MPa，中间排气2-3次，然后进行保温、保压，时间1小时。

本发明通过上述技术方案，制备出性能优良的绝缘连接盘，能够满足实际需要。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

（1）所选SMC材料长期耐热温度指数＞170℃，弯曲强度＞220MPa，材料玻纤增强在43%左右，具有极高的机械强度。

（2）SMC绝缘端盖为模压一次成型，密度高且均匀，各个方向的机械强度高于无纬带绝缘端盖且均匀，无需二次加工，不吸潮。

（3）装配后无需灌胶，具有可维修性，且寿命是无纬带绝缘端盖的数倍。

附图说明

图1本发明所述第一压接工装结构示意图。

图2本发明所述第二压接工装结构示意图。

图3本发明所述第三压接工装结构示意图。

图4本发明所述第四压接工装结构示意图。

图5现有技术中绝缘端盖的结构示意图。

图6组装过程中绝缘连接盘放在第一压接工装上的示意图。

图7组装过程中轴承室上安装定位销轴的示意图。

图8组装过程中轴承室上部放上第二压接工装的示意图。

图9组装过程中准备压制轴承室和绝缘连接盘时的示意图。

图10组装过程中轴承室和绝缘连接盘保压时的示意图。

图11组装过程中端盖安装销轴时的结构示意图。

图12组装过程中端盖与轴承室安装时的示意图。

图13模具俯视结构示意图。

图14模具侧视结构示意图。

图15模压过程示意图。

图16本发明所述组装过程的工艺流程图。

1-第一压接工装，2-第二压接工装，3-第三压接工装，4-第四压接工装，5-绝缘连接盘，6-轴承室，7-端盖，8-定位销轴，9-限位块，10-油压机；

11-工装主体，12-U型把手，13-销轴孔，14-紧固螺栓；

15-上模，16-下模，17-模腔，18-1.8长、φ60圆形卷料，19-1.5长、φ60圆形卷料，20-内侧搭接部分，21-外侧搭接部分，22-支架，23-吊装螺栓。

具体实施方式

所述压接工装包括呈圆盘状且开有中心孔的工装主体11；所述工装主体11的外侧边以工装主体11的圆心为中心对称固定有一对U型把手12；所述U型把手12开口朝向工装主体11设置；所述一对U型把手12所在平面与工装主体11表面平行；所述工装主体11上环绕其圆心等间距开有多个销轴孔13。

所述工装主体11的外径D为600mm，工装主体11上的销轴孔13为内外两组且均为六个；外侧销轴孔的圆心所在圆直径r1为555mm；内侧销轴孔的圆心所在圆直径r2为445mm；工装主体11的中心孔内径d为403mm；外侧销轴孔与内侧销轴孔在工装主体11上的布置有30度偏差且一对U型把手12的中心连线上分布有两个外侧销轴孔。此为第一工装主体1。

所述工装主体11的外径D为465mm，工装主体11上的的销轴孔为四个；销轴孔13的圆心所在圆直径r为360mm；工装主体11的中心孔内径d为300mm；在一对U型把手12的中心连线上分布有两个销轴孔13。此为第二压接工装2。

所述工装主体11的外径D为650mm，工装主体11上的销轴孔为六个；销轴孔13的圆心所在圆r直径为535mm；工装主体11的中心孔内径d为555mm。此为第三或第四压接工装3、4。

本发明选取德国律通公司生产的SMC片状模塑料，材料玻纤增强在43%左右，具有极高的机械强度，材料中添加耐电晕材料，提高材料的电容值，由于玻纤含量高，其膨胀系数和收缩率小于国产SMC的要求。

一、SMC材料特性

（1）电性能好，其电性能在热固性塑料中非常高。材料不仅具有极佳的电绝缘性，而且在高频下亦能保持良好的介电性能，不受电磁作用，不反射电磁波。

（2）有UL规格认定的难燃品级和自熄性品级（FV0）。也有DIN5510-2的烟火试验报告，燃烧时无烟、无毒，其火等级S4，盐雾等级SR2，滴落物等级ST2，烟气毒性FED=0.03（标准FED＜1）。

（3）吸水性低，在很宽的温度（-40℃至180℃）和湿度范围（0-90%）内长期使用，也能保持优良的电性能。

（4）机械性能好，其拉伸强度（130MPa）和弯曲强度（220MPa）等均高于普通的热固性材料，且使用寿命长，可以长期使用20年，其材料坚固耐用。

（5）收缩率小，是在成型稳定性和尺寸精度方面非常优良的高信赖性材料。

（6）具有优良的长期耐化学腐蚀性，常温下，具有很好的耐酸、稀碱、盐、有机溶剂、海水等腐蚀特性。另外还有优异的耐紫外线抗老化性能。

（7）增强型品级的流动性也非常好，成型加工性优良。

因此，SMC材料及其SMC模压制品具有优异的电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性。目前SMC制品广泛应用于电气工业、汽车工业、铁路车辆、通讯工程及防爆电器设备等领域。

二、模具结构设计

第一、模具设计时将爬电槽部分（即类似T型的下部）放在模具下部，这样上模接触面大，使其能承受更大的压力，保证压制密实。若反过来设计结构，会出现压制后发虚，不密实，另外会出现粘在上模，导致产品不能脱模。

第二、模具设计时将顶杆处需考虑排气，使其在压制时将模腔和材料中的空气排出，避免出现憋气现象。

第三、模具加料腔尺寸设计足够，且不能设计为扩大腔，防止因为垫料造成尺寸偏差或外观缺陷。

第四、模具加热管分布合理、均匀，PT100测温孔能真实的反映模具温度。

三、模压工艺

（1）将模具清理干净，设定上、下模温度，上模155±10℃、下模150±10℃，开始升温；所述上下模构成的模腔17呈环形；

（2）用台称称取10.7kg SMC原材料，再将称好的SMC分别裁成1.8±0.05m长和1.5±0.05m长的两部分，然后将两部分分别卷制成直径为φ60⁺²⁰筒状备用；

（3）模具温度到温后，打开模具，将1.5±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒围成圆形放入模腔内侧，再将1.8±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒围成圆形放入模腔外侧且套在1.5±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒的外侧，再在接头部位进行＞50±0.05mm搭接；搭接分为内侧搭接部分20和外侧搭接部分21，内侧搭接部分20是内外卷筒之间进行搭接，外侧搭接部分通过另外裁剪一段SMC材料实现搭接；要求内侧部分和外侧部分的搭接处需错开＞300±0.05mm；加料时间控制在60-120S之间，完成盘圆过程；如图15所示；

（4）盘圆完成后，进行模压闭模工序，闭模时间控制在7-10s，压力缓缓加压至20MPa，中间排气2-3次，然后进行保温、保压，时间1小时。

四、组装工艺

（1） 绝缘连接盘刷胶：绝缘连接盘加工完成后放入烘箱中（100℃/2h），取出后在绝缘连接盘表面涂抹自干绝缘树脂以防止加工面受潮吸水，涂抹时注意涂抹均匀，涂抹完成后放入烘箱中继续烘焙30min，备用。

（2）烘焙绝缘连接盘：压制前，将刷完胶的绝缘连接盘放入烘箱中，启动烘箱，并将烘箱温度设置为120℃，待烘箱温度升至120℃时开始计时，保温烘制2小时。

（3）绝缘连接盘与轴承室的安装

①将绝缘连接盘从烘箱中取出，放置在第一压接工装1上，并插入2件定位销轴，见图6。

②从冰柜中取出轴承室，轴承室上安装2件定位销轴，见图7。

③在轴承室背面安装两件M16吊装螺栓23，然后使用天车将轴承室安装在绝缘连接盘上，然后在轴承室6上部放上第二压接工装2，准备压制，见图8、图9。

④压制后进行保压

将整套产品和工装放在工作台中心，并在四周放置四件限位块（防止没有压到位或防止施加压力过大导致绝缘盘开裂），将工作台回程至要求位置，对第二压接工装2施加压力，压力为5-6Mpa，保压2h，每0.5h检查一次保压压力并填写一次记录，若掉压需及时进行补压，待产品冷却后开模，移出工作台，并取下第二压接工装2，见图10。

（4）预热前端盖和后端盖：烘完绝缘连接盘后，将烘箱设定为150℃，待轴承室压入绝缘连接盘中保压后，将前端盖和后端盖放入烘箱中，烘焙2h，使其前端盖和后端盖受热膨胀，便于套装在绝缘连接盘上。

（5）前端盖和后端盖装入绝缘连接盘中

①端盖上安装销轴：在前端盖或后端盖从烘箱中取出，并安装销轴，以保证端盖在压入绝缘连接盘中各孔的相对位置和轴承室及端盖的同轴度，见图11。

②在端盖的背面安装两件M16吊装螺栓，然后使用天车将端盖安装在绝缘连接盘上，对于前端盖，在前端盖上部放上第三压接工装3，对于后端盖，在后端盖上部放上第四压接工装4；准备压制，见图12。

③压制后进行保压：将整套产品和工装放在工作台中心，并在四周重新放置四件限位块（防止没有压到位或防止施加压力过大导致绝缘盘开裂），将工作台回程至要求位置，对第三或第四压接工装施加压力，压力为5-6Mpa，保压2h，每0.5h检查一次保压压力并填写一次记录，若掉压需及时进行补压，待产品冷却后开模，移出工作台，并取下第三压接工装3。

（6）取出销轴，取掉压接工装，涂覆密封胶，精加工端盖和轴承室，保证端盖和轴承室的平面度和同轴度以及平行度，涂晾干型表面绝缘磁漆。

本发明的技术特点：

1.使用片状SMC玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂模塑料作为绝缘连接盘的原材料，制定了原材料指标。

2.采用模压的方法生产绝缘连接盘，模具结构设计：根据产品的技术特点及SMC材料特点和要求，制作了一套不溢料模具，保证绝缘连接盘压实性好，密度高且均匀，无明显的溢流痕迹。

（1）模具设计时将爬电槽部分（即类似T型的下部）放在模具下部，使其能承受更大的压力，保证压制密实。

（2）模具设计时顶杆处设计排气，使其在压制时将模腔和材料中的空气排出，避免出现憋气现象。

（3）模具加料腔尺寸设计足够，且不能设计为扩大腔，防止因为垫料造成尺寸偏差或外观缺陷。

（4）模具加热管分布合理、均匀，PT100测温孔能真实的反映模具温度。

3.采用过渡法进行装配，制作了压接工装以保证整体装配保持平衡，否则容易啃伤绝缘连接盘。

4.装配时绝缘连接盘表面用绝缘漆进行处理，防止绝缘连接盘表面吸水造成绝缘电阻低等问题。

Claims (4)

1.一种风力发电机用SMC绝缘端盖的制造，其特征在于，包括如下步骤：（a）轴承室（6）与绝缘连接盘（5）的组装

①将SMC材料制成的绝缘连接盘（5）放置在第一压接工装（1）上，并插入定位销轴（8）；

②在轴承室（6）上安装定位销轴（8）；

③在轴承室（6）背面安装两件M16吊装螺栓（23），然后使用天车将轴承室（6）安装在绝缘连接盘（5）上，然后在轴承室（6）上部放上第二压接工装（2），准备压制；

④压制后进行保压

将整套产品和工装放在工作台中心，并在四周放置四件限位块（9），将工作台回程至要求位置，对第二压接工装（2）施加压力，压力为5-6Mpa，保压2h，每0.5h检查一次保压压力并填写一次记录，若掉压需及时进行补压，待产品冷却后开模，移出工作台，并取下第二压接工装（2）；

（b）预热前端盖和后端盖：烘箱设定为150℃，待轴承室（6）压入绝缘连接盘（5）中保压后，将前端盖和后端盖放入烘箱中，烘焙2h，使其前端盖和后端盖受热膨胀，便于套装在绝缘连接盘（5）上；

（c）前端盖和后端盖装入绝缘连接盘（5）中

①端盖（7）上安装销轴：将前端盖或后端盖从烘箱中取出，并安装销轴，以保证端盖（7）在压入绝缘连接盘（5）中各孔的相对位置和轴承室（6）及端盖的同轴度；

②在端盖（7）的背面安装两件M16吊装螺栓，然后使用天车将端盖（7）安装在绝缘连接盘（5）上，对于前端盖，在其上部放上第三压接工装（3）；对于后端盖，在其上部放上第四压接工装（4），准备压制；

③压制后进行保压：将整套产品和工装放在工作台中心，并在四周重新放置四件限位块，将工作台回程至要求位置，对第三或第四压接工装施加压力，压力为5-6Mpa，保压2h，每0.5h检查一次保压压力并填写一次记录，若掉压需及时进行补压，待产品冷却后开模，移出工作台，并取下压接工装（3）或第四压接工装（4）；

（d）取出销轴，取掉压接工装，涂覆密封胶，精加工端盖（7）和轴承室（6），保证端盖（7）和轴承室（6）的平面度和同轴度以及平行度，涂晾干型表面绝缘磁漆。

2.如权利要求1所述的风力发电机用SMC绝缘端盖的制造，其特征在于，所述压接工装包括呈圆盘状且开有中心孔的工装主体（11）；所述工装主体（11）的外侧边以工装主体（11）的圆心为中心对称固定有一对U型把手（12）；所述U型把手（12）开口朝向工装主体（11）设置；所述一对U型把手（12）所在平面与工装主体（11）表面平行；所述工装主体（11）上环绕其圆心等间距开有多个销轴孔（13）；

所述工装主体（11）的外径D为600mm，工装主体（11）上的销轴孔（13）为内外两组且均为六个；外侧销轴孔的圆心所在圆直径r1为555mm；内侧销轴孔的圆心所在圆直径r2为445mm；工装主体（11）的中心孔内径d为403mm；外侧销轴孔与内侧销轴孔在工装主体（11）上的布置有30度偏差且一对U型把手（12）的中心连线上分布有两个外侧销轴孔；此为第一工装主体（1）；

所述工装主体（11）的外径D为465mm，工装主体（11）上的的销轴孔（13）为四个；销轴孔（13）的圆心所在圆直径r为360mm；工装主体（11）的中心孔内径d为300mm；在一对U型把手（12）的中心连线上分布有两个销轴孔（13）；此为第二压接工装（2）；

所述工装主体（11）的外径D为650mm，工装主体（11）上的销轴孔为六个；销轴孔（13）的圆心所在圆r直径为535mm；工装主体（11）的中心孔内径d为555mm；此为第三或第四压接工装（3、4）。

3.如权利要求1或2所述的风力发电机用SMC绝缘端盖的制造，其特征在于，绝缘连接盘（5）组装前需要进行刷胶和烘焙

（1）绝缘连接盘刷胶：将加工好的绝缘连接盘加工完成后放入烘箱中，温度100℃，时间2h，取出后在绝缘连接盘（5）表面涂抹自干绝缘树脂以防止加工面受潮吸水，涂抹时注意涂抹均匀，涂抹完成后放入烘箱中继续烘焙30min，备用；

（2）烘焙绝缘连接盘：压制前，将刷完胶的绝缘连接盘（5）放入烘箱中，启动烘箱，并将烘箱温度设置为120℃，待烘箱温度升至120℃时开始计时，保温烘制2小时。

4.如权利要求1或2所述的风力发电机用SMC绝缘端盖的制造，其特征在于，所述的SMC绝缘连接盘是采用如下方法制备的：（1）将模具清理干净，设定上、下模温度，上模155±10℃、下模150±10℃，开始升温；所述上下模构成的模腔呈环形；

（2）用台称称取10.7kg SMC原材料，再将称好的SMC分别裁成1.8±0.05m长和1.5±0.05m长的两部分，然后将两部分分别卷制成直径为φ60⁺²⁰筒状备用；

（3）模具温度到温后，打开模具，将1.5±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒围成圆形放入模腔内侧，再将1.8±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒围成圆形放入模腔外侧且套在1.5±0.05m长、直径为φ60⁺²⁰卷筒的外侧，再在接头部位进行＞50±0.05mm搭接；搭接分为内侧搭接部分和外侧搭接部分，内侧搭接部分是内外卷筒之间进行搭接，外侧搭接部分通过另外裁剪一段SMC材料实现搭接；要求内侧部分和外侧部分的搭接处需错开＞300±0.05mm；加料时间控制在60-120S之间，完成盘圆过程；

（4）盘圆完成后，进行模压闭模工序，闭模时间控制在7-10s，压力缓缓加压至20MPa，中间排气2-3次，然后进行保温、保压，时间1小时。