风力发电机叶片根部端面磨削机关键技术研究

发布时间：2017-07-28 08:42

第一章 绪论

1.1 风力发电机叶片根部端面磨削机

不可再生能源的逐渐消耗使得绿色能源开发和利用显得越来越重要，而风能作为可再生，无污染的清洁能源更是引起人们重视[1]。风力发电技术经过多年的发展也日渐成熟，并且风电在发电领域的比例将逐渐提高[2]。世界各国对风电设备的投资力度也逐渐加大[3]。风力发电机利用风能带动风电叶片（如图 1.1（a））旋转，通过与风电叶片相连的发电机将风能转换为机械能，再由机械能转化为电能。在能量转化的过程中，叶片承受本身产生的重力、由于旋转带来的离心力以及风对叶片外表面的压力，通过其端面传递到风力发电机轮毂（如图 1.1（b））上，故风力发电机轮毂和叶片根部端面的装配精度在很大程度上决定了机组的整体性能。

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1.2 国内外研究现状

目前，风机叶片所用的材料逐渐向复合材料转变，如铝合金、玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。新型玻璃钢叶片材料在大中型风机中广泛使用，其具有质量轻，强度高，可设计性强等特点。而超大型风机叶片一般使用碳纤维复合材料[5]。大型风机叶片根部连接主要有预埋螺栓连接、T 型螺栓连接和植入式螺栓连接，且随着叶片体积增大，相应的叶片和轮毂连接处所承受的载荷增加，此时采用预埋螺栓连接的叶片将更有优势[4]。对于风机叶片根部结构，国内学者大多采用有限元仿真进行分析。

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第二章 风力发电机叶片根部端面磨削机设计

2.1 风力发电机叶片根部端面磨削机

风力发电机叶片根部端面磨削机的加工对象为采用预埋螺栓连接的风力发电机叶片根部的预埋螺栓套端面。预埋螺栓连接是指在叶片成型时，直接将预埋螺栓套植入叶片根部端面，再通过双头螺栓将叶片根部和轮毂连接紧固。由于预埋螺栓套的表面设计成凹凸不平的形状，预埋螺栓与玻璃钢之间的相对运动的阻力很大，且预埋螺栓套植入深度足够提供剪切强度。图 2.1 和图 2.2 为 SSP 技术公司预埋螺栓连接技术轴向剖视图和横向剖视图。

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2.2 风力发电机叶片根部端面磨削机结构设计

为了加工出符合装配要求的风力发电机叶片根部端面，故设计风力发电机叶片根部端面磨削机。目前对风力发电机叶片根部的端面的处理大部分是人工打磨或是不打磨。人工打磨能稍微提高叶片根部端面的粗糙度，而无法对端面的平面度和垂直度精度做较大的提高；不打磨的情况则需要依靠风力发电机叶片成型工艺来保证精度符合装配要求。风力发电机叶片根部端面磨削机属于专用机械，其设计要求分为四个部分：1）功能要求风力发电机叶片根部端面磨削机应能完成对风力发电机叶片根部端面的打磨工作，且打磨面的平面度及与叶片根部内腔轴线的垂直度精度要满足风力发电机叶片装配要求。

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第三章 风力发电机叶片根部端面磨削机精度分析.............. 29

3.1 砂轮和叶片根部端面的位置关系.............. 29

3.2 磨削机空间机构简图..............31

第四章 风力发电机叶片根部端面磨削机动态特性分析............... 49

4.1 风力发电机叶片根部端面磨削机主机部分模态分析 ...............49

4.2 风力发电机叶片根部端面磨削机主机部分谐响应分析..............55

第五章 风力发电机叶片根部端面磨削机实验研究..............58

5.1 风力发电机叶片根部端面磨削机样机.............. 58

5.2 风力发电机叶片根部端面磨削机调试过程 ..............59

第五章 风力发电机叶片根部端面磨削机实验研究

5.1 风力发电机叶片根部端面磨削机样机

本次设计的风力发电机叶片根部端面磨削机主机部分包括支撑部件、回转部件和磨削部件，按照设计要求装配完成后如图 5.1 所示。磨削机的动作需要液压系统和电气系统共同来完成。图 5.2 为磨削机电气系统布置图，图 5.3 为磨削机液压系统布置图。电气系统采用欧姆龙可编程控制器CP1H-XA40Dr-A，控制磨削机的磨削、回转、夹紧等操作。经调试磨削用液压马达动作正确，且能正常调速。

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5.2 风力发电机叶片根部端面磨削机调试过程

样机加工完毕后，需要对其进行调试，验证设计的正确与否。将液压管路和电气系统线路连接完毕后，先对三个执行元件进行调试，在调试过程中检查执行元件的动作是否正确，，以及液压管路连接处和旋转基座两端面是否有泄漏。如图 2.2，旋动溢流阀 16 旋钮，使溢流阀调定压力约为 1MPa，再按下电气控制面板中“锁紧”按钮（如图 5.4 所示），观察到液压缸活塞杆顶出，待活塞杆不再伸出时，旋动溢流阀 16 旋钮，使压力表 14 读数为 5MPa。

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结论

能源的问题一直受到各界广泛的重视，风力发电机能够利用风能，且清洁无污染。而风机叶片和轮毂能否精确的装配直接影响到风力发电机的工作，风机叶片根部端面的平面度和垂直度是能精确装配的基础，本文设计出风力发电机叶片根部端面磨削机对叶片根部端面进行加工，保证其要求的形位误差。本文的主要工作总结如下：1）对风力发电机叶片根部端面磨削机主机部分的总体方案设计和研究，将主机部分分成三个部分，分别为支撑部件、回转部件和磨削部件。根据总体方案和各部件的功能设计出各零部件结构，并完成对标准件的选型。同时根据主机部分的功能要求，设计风力发电机叶片根部端面磨削机叠加阀液压系统，能完成磨削机主机部分的基本动作，且兼顾安全和可靠性等要求。并根据液压系统图，电磁铁动作表，完成液压元件的选型和设计，最后完成磨削机液压系统的装配和调试工作。

参考文献（略）

本文编号：583113