海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座密封及表面防腐工藝研究

左平

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海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座密封及表面防腐工藝研究

左平

（湘潭電機(jī)股份有限公司，湖南湘潭 411101）

對(duì)海洋氣候環(huán)境進(jìn)行了分析，對(duì)海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密封及表面防腐進(jìn)行研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了海洋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密封工藝和表面防腐工藝，為提高了海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性，并延長(zhǎng)使用壽命提供了技術(shù)支持。

風(fēng)力發(fā)電 鹽霧 密封 表面防腐

0 引言

隨著全球石化能源的日益枯竭及生態(tài)環(huán)境的日益惡化，人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅。為此，研究與開(kāi)發(fā)可再生能源成為當(dāng)今世界各國(guó)能源政策的發(fā)展重點(diǎn)。風(fēng)能是世界范圍內(nèi)發(fā)展速度最快的新能源，同時(shí)也是可再生能源的重要組成部分。積極地開(kāi)發(fā)和利用風(fēng)能對(duì)于改善能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、緩解能源危機(jī)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有深遠(yuǎn)的意義。早期的風(fēng)能開(kāi)發(fā)主要集中在陸地上，目前陸上的風(fēng)資源開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)比較成熟。按照我國(guó)權(quán)威研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析，中國(guó)擁有十分豐富的近海風(fēng)能資源，我國(guó)海上風(fēng)能的量值大約是陸地上風(fēng)能的3倍，因而海上風(fēng)能具有廣闊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景，海上風(fēng)電將成為未來(lái)風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)重要方向。

然而在海上風(fēng)能的開(kāi)發(fā)和利用過(guò)程中，我們會(huì)遇到許多與陸地上風(fēng)能開(kāi)發(fā)不同的技術(shù)難題。由于海上風(fēng)電場(chǎng)處于海洋大氣環(huán)境中，氣候環(huán)境復(fù)雜且嚴(yán)酷，發(fā)電機(jī)需長(zhǎng)期承受鹽霧、潮濕、晝夜溫差大等環(huán)境因素的影響。這些因素對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密閉性及電機(jī)表面的金屬防腐能力提出更高的要求。本文對(duì)海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密封結(jié)構(gòu)和表面防腐處理進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)的處理工藝，其目的是為了提高海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的內(nèi)環(huán)境密閉性和表面防腐蝕能力，從而推動(dòng)海洋風(fēng)能的開(kāi)發(fā)和利用。

1 海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境條件

海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般處于近海海域或者海岸線(xiàn)，氣候環(huán)境比較復(fù)雜，復(fù)雜的環(huán)境因素對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的絕緣系統(tǒng)以及電機(jī)表面涂層都有所影響。本節(jié)主要針對(duì)溫度、濕度和鹽霧三個(gè)環(huán)境條件做了調(diào)查整理。

1.1 溫度和濕度條件

1.1.1溫度和濕度的變化規(guī)律

氣溫的日變化規(guī)律：一天中氣溫晝高夜低，并有一個(gè)最高溫度和最低溫度。氣溫日較差為一天之中最高溫度與最低溫度之差。一般低緯度大于高緯度，陸上大于海上，夏季大于冬季，晴天大于陰天。陸地上夏季最高氣溫出現(xiàn)在 14～15 時(shí)，冬季出現(xiàn)在 13～14 時(shí)，而海洋上最高氣溫出現(xiàn)在 12 時(shí) 30 分。最低氣溫陸地上出現(xiàn)在日出前后，海洋上則推遲 1～2 小時(shí)，即海洋上最低氣溫出現(xiàn)在日出后 1～2 小時(shí)。

氣溫的年變化規(guī)律：一年中最高月平均氣溫與最低月平均氣溫之差，稱(chēng)為氣溫年較差。氣溫年較差一般為陸上大于海上，高緯度大于低緯度。陸地上北半球氣溫最高在七月份，最低在一月份，而南半球最高在一月份，最低在七月份。海洋上比陸地上推遲一個(gè)月，即海洋上我國(guó)所處的北半球氣溫最高在八月份，最低在二月份。

濕度的日變化規(guī)律：取決于氣溫和亂流強(qiáng)度，白天大，夜間小。

濕度的年變化規(guī)律：取決于氣溫，夏季大，冬季小。

1.1.2溫度和相對(duì)濕度的月分布

根據(jù)海洋科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心的資料數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)的渤海、黃海、東海和南海四個(gè)海域的氣溫月度均值分別分布在0.1～25.0℃、3.8～25.5℃、9.1～27.5℃和16.2～28.6℃范圍內(nèi)。四個(gè)海域的月均最高溫度28.6℃，最低溫度0.1℃。極端的最高溫度為40℃，最低溫度-30℃。

同樣是根據(jù)海洋科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心的資料數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)的渤海、黃海、東海和南海四個(gè)海域的相對(duì)濕度月均值分別分布在65.9%～87.8%、66.0%～83.7%、72.4%～88.2%和76.8%～85.9%范圍內(nèi)。四個(gè)海域的月均最高相對(duì)濕度為88.2%，最低相對(duì)濕度為65.9%。極端的最高相對(duì)濕度為100%，最低相對(duì)濕度為2%。

1.2 鹽霧條件

鹽霧中的鹽來(lái)自于海水，故鹽霧的成分與海水相似。海水的含鹽濃度愈高，鹽霧中的鹽分也會(huì)愈高。世界上各個(gè)海域海水的化學(xué)成分差異不大，氯化物含量最多，幾乎占總鹽份的90%。海水表層的鹽度因海域的不同也有所不同，即使在同一海域，不同的季節(jié)，海水鹽度也有所不同。我國(guó)四大海域的海水鹽度如表1所示。

表1 中國(guó)四大海域海水的鹽度

海洋大氣中鹽霧含量的影響因素主要有氣候條件(風(fēng)向、風(fēng)速、溫度等)和自然環(huán)境條件(海岸線(xiàn)地貌、離海岸距離等)兩個(gè)方面。廣州電氣科學(xué)研究所曾于20世紀(jì)60年代和80年代，對(duì)我國(guó)部分沿海地區(qū)空氣中鹽霧含量進(jìn)行了多次測(cè)量，其測(cè)定方法是：潤(rùn)濕紗布纏繞的蠟燭型采樣器采樣，用硝酸銀或容量法測(cè)氯離子含量。實(shí)際測(cè)量鹽霧含量在0.024～1.375 mg/m3范圍內(nèi)。海面上空氣中鹽霧含量由艦船來(lái)測(cè)定，我國(guó)東南海鹽霧含量在0.148～0.480 mg/m3。

從上述介紹可知，海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)是：1）晝夜溫差大，高低溫交變沖擊強(qiáng)度高；2）相對(duì)濕度高且連續(xù)而持久；3）海洋環(huán)境中，鹽霧鹽度高，腐蝕成分多樣但以氯化鈉為主，海面比沿海鹽霧含量高，條件更加嚴(yán)酷。

2 海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座的密封工藝

基于海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)，電機(jī)在該環(huán)境下運(yùn)行，如果空氣中的大量水分和鹽霧進(jìn)入電機(jī)中，便會(huì)在定子、轉(zhuǎn)子的絕緣表面凝結(jié)，電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的熱，更會(huì)使鹽分附著于絕緣表面。日積月累，絕緣不斷受到鹽分的侵蝕。如果定轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈上有薄弱環(huán)節(jié)，就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)短路，危害電機(jī)的安全。因此必須對(duì)電機(jī)的密封工藝進(jìn)行研究。

2.1電機(jī)的密封處理方法的選擇

海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一個(gè)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的內(nèi)部風(fēng)路不與外部接觸。因此為防止海風(fēng)中的水分和鹽分進(jìn)入到電機(jī)中，必須要將機(jī)座與外界聯(lián)接處密封。在電機(jī)中，內(nèi)部與外部由機(jī)座相隔，所以對(duì)其密封主要體現(xiàn)在機(jī)座端蓋與機(jī)座本身的密封處理。

目前，行業(yè)內(nèi)對(duì)機(jī)座端蓋與機(jī)座本身的密封處理方法主要有兩種：一種是利用密封圈將端蓋與機(jī)座密封，一種是使用密封膠將端蓋機(jī)座密封。這兩種方法。第一種需在端蓋上開(kāi)一個(gè)密封槽，用于固定密封圈位置，由于雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，端蓋上已無(wú)法開(kāi)槽，因此本次研究采用第二種方法，即使用密封膠將端蓋機(jī)座密封。

2.2密封膠的選擇

端蓋與機(jī)座的密封，對(duì)密封膠有著特殊的要求。密封膠要具有彈性好，粘接力強(qiáng)，耐高低溫，耐鹽霧等性能，還能承受端蓋多次拆卸時(shí)不損害膠體，同時(shí)具有可剝性。對(duì)此選用A、B、C、D四種所選密封膠進(jìn)行了試驗(yàn)，選用的四種膠，A為南大704膠，B為賽新1050，C 為硅酮膠，D為SD416膠，這四種膠購(gòu)物為硅橡膠改性系列膠，在試驗(yàn)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)南大704膠粘度小，涂膠的過(guò)程中膠容易流動(dòng)，不易成型，SD416膠粘度和南大704膠相似，且其顏色是黑色，在電機(jī)使用上容易對(duì)電機(jī)產(chǎn)生污染，只有B，C膠的粘度適中，涂刷在工件上膠體不易流失，工藝也簡(jiǎn)單。所以最后我們選用密封膠B、C進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，這兩種膠都是室溫固化的硅橡膠，固化后，耐溫在-40-200℃能正常使用。其彈性好，粘接力較好，能拆裝，收縮性小。

2.3氣密試驗(yàn)

對(duì)分別使用密封膠B和密封膠C密封后的定子機(jī)座進(jìn)行了氣壓試驗(yàn)。通入干燥空氣，(機(jī)座的上半部及端蓋要用工藝蓋板密封)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，分別使用B、C兩種密封膠的機(jī)座，經(jīng)密封后，從試驗(yàn)情況看，24 h，氣壓下降均小于或等于0.01 MPa，說(shuō)明使用B、C兩種密封膠的機(jī)座密封性均可滿(mǎn)足要求。

3 海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)表面防腐的工藝研究

電機(jī)機(jī)座裸露在海洋型氣候中，如果電機(jī)表面的防腐處理不到位，電機(jī)表面容易腐蝕，影響電機(jī)使用壽命。因此，對(duì)海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)表面油漆的選擇和處理工藝進(jìn)行研究。

3.1表面油漆的選擇

同樣基于海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)和防護(hù)方面的耐用年數(shù)要求，綜合國(guó)內(nèi)外風(fēng)力電機(jī)和我公司其他風(fēng)力電機(jī)產(chǎn)品表面涂裝的應(yīng)用情況，決定選用：底漆為環(huán)氧富鋅底漆H06-1, 中間層噴厚漿為環(huán)氧底漆H０6-2，面漆為丙烯酸聚氨脂漆。模擬產(chǎn)品有可能采用的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了2個(gè)表面配套涂裝工藝方案進(jìn)行鹽霧、潮濕、高低溫交變等性能試驗(yàn)。

表2 密封膠B、C氣密性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

3.2施工工藝方法

油漆施工直接影響電機(jī)防腐能力，油漆的厚度決定著電機(jī)的防腐能力，此階段國(guó)內(nèi)外油漆施工有幾種標(biāo)準(zhǔn)：C3標(biāo)準(zhǔn)和C4標(biāo)準(zhǔn)，C3，C4標(biāo)準(zhǔn)的施工工藝見(jiàn)表3。

3.3試驗(yàn)

按C3,C4標(biāo)準(zhǔn)各做15塊樣板，樣板尺寸為100×150，樣板做好后，分別各取5塊進(jìn)行防潮，防鹽霧試驗(yàn)。

防潮：按GB2423.4-2008 , 試驗(yàn)周期6天；鹽霧:按GB2423.17-2008, 試驗(yàn)周期7天。試驗(yàn)前后對(duì)其表面進(jìn)行了檢查和附著力試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，按C3標(biāo)準(zhǔn)施工的樣板表面油漆顏色沒(méi)有變化，鹽霧試驗(yàn)后，少數(shù)表面出現(xiàn)起皺分層現(xiàn)象，附著力為2級(jí)；按C4標(biāo)準(zhǔn)表面油漆的沒(méi)有變化，鹽霧試驗(yàn)后，表面沒(méi)有變化，附著力為1級(jí)。說(shuō)明C4標(biāo)準(zhǔn)制作的樣板較C3標(biāo)準(zhǔn)耐鹽霧和防潮的能力更強(qiáng)，更能適應(yīng)海洋型氣候。

4 總結(jié)

表3 C3標(biāo)準(zhǔn)和C4標(biāo)準(zhǔn)的施工工藝

表4 附著力試驗(yàn)結(jié)果

海上風(fēng)電是繼陸上風(fēng)電、沿海海岸風(fēng)電和潮間帶風(fēng)電后迅速發(fā)展起來(lái)的發(fā)電方式，在海洋環(huán)境的影響下對(duì)其密封性和表面防腐技術(shù)提出了更新更高的要求。本文從實(shí)際出發(fā)，在全面地了解海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境條件的特殊性后，對(duì)海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座密封和表面防腐進(jìn)行研究工作。研究表明：使用B、C兩種密封膠密封的機(jī)座，其密封性滿(mǎn)足要求，能夠有效地將電機(jī)內(nèi)部與海洋環(huán)境相阻隔，達(dá)到保護(hù)電機(jī)絕緣，進(jìn)而提高電機(jī)運(yùn)行可靠性的效果；采用聚氨酯油漆體系涂裝按C4標(biāo)準(zhǔn)施工的電機(jī)表面，能夠承受住海洋腐蝕環(huán)境的考驗(yàn)，從而保證海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行和使用壽命。通過(guò)本文的研究工作，促進(jìn)海洋型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)密封性及表面防腐關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用和突破，從而推動(dòng)海洋風(fēng)能的開(kāi)發(fā)和利用。

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Study on Seat Sealing and Surface Anti-corrosion Process of Maritime Double-fed Induction Wind Power-generator

Zuo Ping

( Xiangtan Electric Manufacturing Co., Ltd, Xiangtan 411101, Hunan, China)

2013-12-20

左平（1968-），女，工程師。研究方向：電機(jī)絕緣。

TM207

A

1003-4862（2014）04-0021-04