CN117047077A - 一种风力发电机箱体铸造系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风力发电机箱体铸造系统及方法，涉及发电机箱体技术领域。该风力发电机箱体铸造系统，包括底板，所述底板顶部固定连接有固定架，所述固定架底部固定连接有液压杆，所述底板顶部固定连接有散热箱，所述散热箱顶部固定连接有下模，所述液压杆底部安装有上模，该风力发电机箱体铸造系统，支杆转动带动固定连接的第二带轮转动，由于第二带轮和第一带轮之间通过皮带传动连接，从而使转动杆转动，当转动杆转动带动转动杆顶部的固定连接的风扇进行转动，产生风力，对散热箱底部进行吹动，并且在散热箱内部设有冷却水，当风扇进行产生风力时，产生温度较低的冷风，同时风扇进行往复移动，对下模底部进行散热更加全面。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机设备的铸造，具体为一种风力发电机箱体铸造系统及方法，属于铸造技术领域。
背景技术
风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。发电机箱体作为风力发电机组重要的结构件，其结构性能的优劣直接影响了发电机组的输出功率稳定性。因此，近年来对于风力发电机箱体的综合性能提出了越来越高的要求。
目前，对于风力发电机组箱体材料的表面性能要求不同于其内部性能.现有的解决途径无非是兼顾内部和表面的要求，选用所谓综合性能达到要求的高档次材料或进行相应的表面处理。两种途径都不可避免地使得材料成本大幅度上升。现有技术中提出了通过连铸技术使得合金成分随铸件截面按要求分布的方法，按作业方式连铸技术可以分为半连续铸造法和连续铸造法。半连续铸造制备的铸锭，具有设备比较简单，大部分零件易于加工和安装等优点。
在采用连铸技术铸造发电机箱体时，存在工艺过程控制难度大、合金晶粒粗大、铸造产品脆性高的问题，导致箱体材料表面性能和内部性能劣化。同时连续铸造发电机箱体需要通过上模具和下模具进行重合，将铸造液倒入其中，使其冷却成型，在冷却的过程中往往采用自然冷却，或采用简单的风冷，对于非对称结构的发动机箱体而言，易存在不同区域冷却速度不一致不均匀的问题，造成制备得到的箱体存在较多内部结构缺陷，无法满足使用需求，严重影响了产品质量。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种风力发电机箱体铸造系统及方法，以解决现有技术中连铸风力发电机箱体表面性能和内部性能劣化、铸造冷却效果不佳的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种风力发电机箱体铸造系统，包括底板，所述底板顶部固定连接有固定架，所述固定架底部固定连接有液压杆，所述底板顶部固定连接有散热箱，所述散热箱顶部固定连接有下模，所述液压杆底部安装有上模，所述下模和上模内壁均开设有流通孔，所述散热箱内部包括下层密封和上层空腔，所述上层空腔内部设有往复丝杆和限位杆，所述往复丝杆贯穿散热箱并与散热箱转动连接，所述散热箱与限位杆固定连接，所述往复丝杆和限位杆之间设有移动板，所述移动板外侧安装有散热组件，所述下层密封内部具有冷却水。
优选的，所述往复丝杆贯穿移动板并与移动板通过滚螺母副连接，所述限位杆贯穿移动板并与移动板滑动连接，所述散热箱外侧安装有电机，所述电机输出轴与往复丝杆固定连接。
优选的，所述散热组件包括两个转动杆，两个所述转动杆均贯穿移动板并与移动板转动连接，所述转动杆两端均固定连接有风扇，所述散热箱内壁两侧均固定连接有齿条。
优选的，所述散热组件还包括两个支杆，两个所述支杆分别设置于移动板两端，两个所述支杆均贯穿移动板并与移动板转动连接，两个所述支杆底部均固定连接有第二带轮，两个所述转动杆底部均固定连接有第一带轮，有利于通过移动板带动两个风扇进行往复移动。
优选的，所述下模内壁的流通孔呈下密上疏分布，所述上模内壁的流通孔呈上密下疏分布，且所述下模内壁的流通孔数量多于所述上模内壁的流通孔数量。
优选的，两个所述第二带轮分别与两个第一带轮之间通过皮带传动连接，两个所述支杆顶部均固定连接有齿轮，两个所述齿轮分别与两个齿条啮合连接。
优选的，所述固定架顶部固定连接有水箱，所述水箱内部设有水泵，所述水泵出水口处安装有进液管，所述上模外侧设有进水口，所述下模外侧设有出水口，所述进液管与下模外侧的进水口连接通。
优选的，所述底板外侧安装有冷却装置，冷却装置的进水端与下模出水口之间连通有出液管，所述冷却装置出水端与散热箱之间连通有连接管，所述散热箱与水箱之间固定连通有回液管。
一种风力发电机箱体铸造方法，
步骤1，熔炼：对多种不同组分的原料进行高温熔炼；
步骤2，采用多流浇筑工艺，依次向模具内浇注多种不同组分的熔融液体，浇注的同时启动水泵，使水泵将水箱内部冷却水通过进液管注入上模和下模内壁开设的流通孔；同时，散热箱上部空腔中的风扇往复运动对下模进行散热；
步骤3，冷却定型：先浇注的合金熔体在铸造模组内受激冷而首先凝固成一定厚度的合金结构，后浇注的合金熔体在于已经初步冷却形成合金结构的接触位置被凝固合金结构和富含籽晶和熔断枝晶的残余外部金属液包围；
步骤4，脱模及后处理，即可得到风力发电机箱体。
本发明提供了一种风力发电机箱体铸造系统及方法，其具备的有益效果如下：
1、本发明的风力发电机箱体铸造系统具有散热箱，且散热箱内包括下部密封和上部空腔，上部空腔内设置散热组件，下部密封内部具有冷却水。散热组件往复移动对下模底部进行均匀散热，提高了下模的冷却速度，实现了上模与下模的差异化热交换，保障了上模与下模的同步冷却，进而保证了发动机箱体各部分组分与性能的一致性。
2、本发明的风力发电机箱体铸造系统的模具内壁具有流通孔，且上下模具合模时，流通孔相连通构成流通管路，水泵将水箱内部冷却水通过进液管注入上模和下模内壁，对模具进行快速冷却，有效抑制了熔体间的对流和扩散，进而在实现不同成分的合金部分混合的同时保持了不同成分合金的优异属性，充分发挥了发电机箱体表面材料性能和内部材料性能。
3、本发明采用多流浇筑工艺铸造风力发电机箱体，制备得到复合性能的箱体材料，使得箱体的表面与内部具有不同性能。同时，将多流浇筑工艺与冷却方法相结合，实现了熔融液体的快速凝固，极大降低了不同成分材料层的过渡区宽度，在降低箱体厚度和重量的同时可显著提高了箱体的表面耐腐蚀性、耐磨性和内部韧性、结构强度。
4、由于下模内熔融液体含量相较于上模高，本发明的流通孔构成的流通管路围绕模具呈不均匀分布，避免熔融液体出现急冷现象，避免了箱体表面性能劣化。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的散热箱结构示意图；
图3为本发明的散热箱剖视结构示意图；
图4为本发明图3的A部放大结构示意图；
图5为本发明上模剖视结构示意图；
图6为本发明本发明图5模具部分局部放大结构示意图。
图中：1、底板；2、固定架；3、散热箱；4、下模；5、上模；6、液压杆；7、往复丝杆；8、限位杆；9、移动板；10、风扇；11、转动杆；12、第一带轮；13、齿轮；14、第二带轮；16、齿条；17、支杆；18、水箱；19、进液管；20、出液管；21、冷却装置；22、回液管；23、流通孔。
具体实施方式
为能进一步了解本发明专利的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
实施例1
本发明实施例提供一种风力发电机箱体铸造系统。请参阅图1、图2、图、图4和图5，包括底板1，底板1顶部固定连接有固定架2，固定架2底部固定连接有液压杆6，底板1顶部固定连接有散热箱3，散热箱3顶部固定连接有下模4，液压杆6底部安装有上模5，下模4和上模5内壁均开设有流通孔23，散热箱3包括下层密封和上层空腔，上层空腔内部设有往复丝杆7和限位杆8，往复丝杆7贯穿上层空腔并与上层空腔转动连接，上层空腔与限位杆8固定连接，往复丝杆7和限位杆8之间设有移动板9，移动板9外侧安装有散热组件。
往复丝杆7贯穿移动板9并与移动板9通过滚螺母副连接，限位杆8贯穿移动板9并与移动板9滑动连接，上层空腔外侧安装有电机，电机输出轴与往复丝杆7固定连接，散热组件包括两个转动杆11，两个转动杆11均贯穿移动板9并与移动板9转动连接，转动杆11两端均固定连接有风扇10，上层空腔内壁两侧均固定连接有齿条16，散热组件还包括两个支杆17，两个支杆17分别设置于移动板9两端，两个支杆17均贯穿移动板9并与移动板9转动连接，两个支杆17底部均固定连接有第二带轮14，两个转动杆11底部均固定连接有第一带轮12，有利于通过移动板9带动两个风扇10进行往复移动，两个第二带轮14分别与两个第一带轮12之间通过皮带传动连接，两个支杆17顶部均固定连接有齿轮13，两个齿轮13分别与两个齿条16啮合连接，有利于通过第二带轮14和第一带轮12之间通过皮带传动连接，使风扇10进行一边移动一边进行转动。
具体的，当通过上模5和下模4进行发电机箱体的铸造时，由于发动机箱体的结构特点，导致下模4内部熔融液体含量高于上模5内部熔融液体含量。为了确保发动机箱体各部分的组成和性能一致性，需保障下模与上模具有相同的冷却速度，本实施例散热箱3下部密封内设置冷却水，通过启动往复丝杆7，使往复丝杆7带动移动板9在散热箱3上部空腔内部进行往复移动，当移动板9移动时，带动移动板9两端设置的支杆17进行一起移动，由于齿轮13与齿条16啮合连接，当支杆17进行移动的同时，使齿轮13带动支杆17进行转动，当支杆17转动带动固定连接的第二带轮14转动，由于第二带轮14和第一带轮12之间通过皮带传动连接，从而使转动杆11转动，当转动杆11转动带动转动杆11顶部的固定连接的风扇10转动产生风力，由于散热箱3下部密封内设有冷却水，当风扇10进行产生风力时，产生温度较低的冷风，同时风扇10进行往复移动，对下模4底部进行均匀散热，提高下模4的冷却速度，实现了上模5与下模4的差异化热交换，保障了上模5与下模4的同步冷却，进而保证了发动机箱体性能的一致性。
请再次参阅图1、图2、图3和图4，固定架2顶部固定连接有水箱18，水箱18内部设有水泵，水泵出水口处安装有进液管19，上模5外侧设有进水口，下模4外侧设有出水口，下模4和上模5内壁均开设有流通孔23，且当下模4和上模5合模时，位于上模5内壁的流通孔与位于下模4内壁的流通孔联通形成流通管路，进液管19与上模5外侧的进水口连接，底板1外侧安装有冷却装置21，下模4的出水口通过出液管20与冷却装置21的进水端连通，冷却装置21出水端与散热箱3下层密封之间连通有连接管，散热箱3下层密封与水箱18之间固定连通有回液管22，从而可以使冷却液进行循环使用。
具体的，通过启动水泵，使水泵将水箱18内部冷却水通过进液管19注入上模5和下模4内壁开设的流通孔23，值得说明的是下模4内壁设的流通孔23和上模5内壁开设的流通孔23为相通，使冷却液通过进液管19进入下模4和上模5内部的流通孔23，提高模具的冷却速度，配合多流浇注铸造工艺，能够使得分次浇筑的熔体能够被快速冷却，有效抑制了熔体间的对流和扩散，促进熔体在结晶区内顺序凝固，进而在实现不同成分的合金部分混合的同时保持了不同成分合金的优异属性，充分发挥了发电机箱体表面材料性能和内部材料性能。通过出液管20进入冷却装置21内部进行冷却处理，处理好的冷却液进入散热箱3下部密封内部，并通过回液管22进入水箱18内部，从而达到循环使用的效果。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施提供一种风力发电机箱体铸造方法。
步骤1，熔炼：对多种不同组分的原料进行高温熔炼；
步骤2，采用多流浇筑工艺，多流浇筑装置与本申请人发明名称为“一种风力发电机高强度机壳铸造方法”中记载相同。依次向模具内浇注多种不同组分的熔融液体，通过调整铸造时的工艺参数一方面可以控制先、后浇包中多种液体的凝固时间差促进结晶器内熔体由外向内顺序凝固，浇注的同时启动水泵，使水泵将水箱18内部冷却水通过进液管19注入上模5和下模4内壁开设的流通孔23，冷却水通过出液管20进入冷却装置21内部进行冷却处理，处理好的冷却液进入散热箱3下部密封内部，并通过回液管22进入水箱18内部。同时，散热箱3上部空腔中的风扇10往复移动散热；
步骤3，冷却定型：先浇注的合金熔体在铸造模组内受激冷而首先凝固成一定厚度的合金结构，后浇注的合金熔体在于已经初步冷却形成合金结构的接触位置被凝固合金结构和富含籽晶和熔断枝晶的残余外部金属液包围；
步骤4，脱模及后处理，即可得到风力发电机箱体。
理想的发电机箱体表面应当有较高的耐腐蚀性能和优异的耐磨性能，而发电机箱体内部应到具备较高的韧性和结构强度。为得到上述具有复合性能的箱体材料，本申请提出了采用上述逐次浇注方法进行制备，同时为了尽可能降低箱体不同材料层之间的过渡区宽度，提高箱体的整体抗疲劳性能，本实施例进一步在模具内壁设置冷却水流路、在下模4下部设置散热组件，提高了模具的冷却速度，保证了每次浇注的熔融液体的快速凝固，有效抑制了熔体间的对流和扩散，促进熔体在结晶区内顺序凝固，极大降低了过渡区宽度，在降低箱体厚度和重量的同时提高了箱体的表面耐腐蚀性和内部韧性。
实施例3
与实施例1和实施例2相比，本实施例进一步包括，从剖视图来看，下模4内壁的流通孔23呈下密上疏分布，上模5内壁的流通孔23呈上密下疏分布，且下模4内壁的流通孔数量多于上模5内壁的流通孔数量，使得当上模5与下模4合模时，流通孔23形成的流通管路呈现不均匀分布。
由于下模4内熔融液体含量较高，相较于上模5，在下模内壁多设置流通孔可以进一步提高下模4热交换效率，使得下模4具有与上模5一致的冷却速度。
由于下模4上部为容纳熔融液体的空腔，下部为模具本体，因此，为提高模具冷却速度，避免熔融液体出现急冷现象，本实施例对流通管路的分布方式作出进一步调整，使得上模5与下模4合模处的流通管路密度较低，上模5上侧部与下模4下侧部流通管路密度较大，从而保障了箱体的表面性能。
实施例4
根据铸造箱体的形状特征以及箱体梯度材料铸造需求，上述水冷流通孔23整体呈下密上疏的梯度分布，其中某位置(或区间距离内)上流通孔23分布的稠密程度正相关于相应位置(或区间距离内)上铸造箱体的截面积(或区间距离内箱体的分割体积)的大小，及该位置(或区间距离)上对应模具内型腔的横截面积(分割体积)越大，其流通孔23的分布越是密集，该位置(或区间距离)上对应模具内型腔的横截面积(分割体积)越小，其流通孔23的分布越是稀稠，上述梯度排布利于保证在梯度材料箱体铸造冷却过程中金相不均匀排布的同时，最大限度的保证铸造箱体的均匀冷却。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种风力发电机箱体铸造系统，包括底板，所述底板顶部固定连接有固定架，所述固定架底部固定连接有液压杆，所述底板顶部固定连接有散热箱，所述散热箱顶部固定连接有下模，所述液压杆底部安装有上模，所述下模和上模内壁均开设有流通孔，所述散热箱内部包括下层密封和上层空腔，所述上层空腔内部设有往复丝杆和限位杆，所述往复丝杆贯穿散热箱并与散热箱转动连接，所述散热箱与限位杆固定连接，所述往复丝杆和限位杆之间设有移动板，所述移动板外侧安装有散热组件，所述下层密封内部具有冷却水；
所述往复丝杆贯穿移动板并与所述移动板通过滚螺母副连接，所述限位杆贯穿所述移动板并与所述移动板滑动连接，所述散热箱外侧安装有电机，所述电机输出轴与往复丝杆固定连接；所述散热组件包括两个转动杆，两个所述转动杆均贯穿所述移动板并与所述移动板转动连接，所述转动杆两端均固定连接有风扇，所述散热箱内壁两侧均固定连接有齿条。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机箱体铸造系统，其特征在于：所述下模内壁的流通孔呈下密上疏分布，所述上模内壁的流通孔呈上密下疏分布，且所述下模内壁的流通孔数量多于所述上模内壁的流通孔数量。
3.根据权利要求2所述的一种风力发电机箱体铸造系统，其特征在于：所述散热组件还包括两个支杆，两个所述支杆分别设置于移动板两端，两个所述支杆均贯穿移动板并与移动板转动连接，两个所述支杆底部均固定连接有第二带轮，两个所述转动杆底部均固定连接有第一带轮。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机箱体铸造系统，其特征在于：两个所述第二带轮分别与两个第一带轮之间通过皮带传动连接，两个所述支杆顶部均固定连接有齿轮，两个所述齿轮分别与两个齿条啮合连接。
5.根据权利要求4所述的一种风力发电机箱体铸造系统，其特征在于：所述固定架顶部固定连接有水箱，所述水箱内部设有水泵，所述水泵出水口处安装有进液管，所述上模外侧设有进水口，所述下模外侧设有出水口，所述进液管与所述下模外侧的进水口连通。
6.根据权利要求5所述的一种风力发电机箱体铸造系统，其特征在于：所述底板外侧安装有冷却装置，所述冷却装置的进水端与下模出水口之间连通有出液管，所述冷却装置出水端与所述散热箱之间连通有连接管，所述散热箱与水箱之间固定连通有回液管。
7.一种风力发电机箱体铸造方法，采用如权利要求1-6任一项所述的一种风力发电机箱体铸造系统，其特征在于：包括如下步骤，
步骤1，熔炼：对多种不同组分的原料进行高温熔炼；
步骤2，采用多流浇筑工艺，依次向模具内浇注多种不同组分的熔融液体，通过调整铸造时的工艺参数一方面可以控制先、后浇包中多种液体的凝固时间差促进结晶器内熔体由外向内顺序凝固，浇注的同时启动水泵，使水泵将水箱内部冷却水通过进液管注入上模和下模内壁开设的流通孔；同时，散热箱上部空腔中的风扇往复运动对下模进行散热；
步骤3，冷却定型：先浇注的合金熔体在铸造模组内受激冷而首先凝固成一定厚度的合金结构，后浇注的合金熔体在于已经初步冷却形成合金结构的接触位置被凝固合金结构和富含籽晶和熔断枝晶的残余外部金属液包围；
步骤4，脱模及后处理，即可得到风力发电机箱体。
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