大型風力發電用機艙罩的研制
摘要：本文從風電研發的意義出發，詳細闡述了1.5MW機艙罩的有限元分析、設計、生產及檢驗，對今后研發和實現機艙罩的規模化和系列化有著重要的指導意義。
風力發電是人類取之不盡用之不竭的自然資源，利用風力發電可減少環境污染、節省煤炭及石油等天然能源。隨著風力發電技術的日趨成熟，可再生能源的利用已成為人們關注的焦點，因此有著廣闊的發展前景。
風力發電技術主要有3大特點：①靈活性強，既可并網運行，也可離網獨立運行，同時還可與其它能源技術互補組成發電系統；②風電場運營模式可為電網補充電力，特別是小型風電機組可為邊遠地區提供生產、生活用電；③具有建設周期短、裝機規模靈活、可靠性高、運行維護簡單、占地面積小、發電方式多樣等優點，因此受到全發達和發展中的特別關注。
隨著我國對環境清潔能源的進一步需求，在“十一五”規劃中已把風電技術納入未來國民經濟發展的重要產業支柱，并明確提出要增大風力發電裝機容量，據不完全統計，國內已有數十家公司從事風力發電技術的研究和制造。風電領域的崛起，給與之配套的機艙罩帶來了機遇和挑戰，從零五年起北玻院開始研制機艙罩，經過3年多的努力，研究、設計、開發隊伍不斷壯大，生產能力初見規模，本文就1.5MW機艙罩的研究進行詳細論述。
1 機艙罩的設計
1.1 總體思路
1.5MW機艙罩的外形尺寸一般在L*W*H＝9800*5000*4500mm左右，面對這一龐然大物，如何滿足風電裝機安全和使用要求，產品設計的合理性便成為機艙罩技術的核心。圍繞這一技術關鍵，我們重點從三個方面入手，一是運用有限元分析，合理設計產品結構；第二為優化殼體厚度和剛度；第三為合理布局筋板的組裝及整機組裝的匹配性。圖1所示為機艙罩整體結構示意圖。
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1.2 結構分析
通過對產品三維建模，在滿足相關設計要求及荷載前提下進行有限元分析，如圖2所示。
2 試制及組裝
2.1 模具的制作
模具制造是實現機艙罩生產的步，而模具分模面的合理性，則是確保制造和脫模順利進行的重要環節。為了實現模具制造的合理性，重點需要解決好以下幾點：
(1)模具必須具有足夠的剛度和強度，能夠承受脫模時的沖擊，確保加工、組裝和使用過程中不變形；[-page-]
(2)模具拐角的曲率應盡量加大，特別是內側拐角曲率半徑應大于2mm，避免由于纖維的回彈，在拐角周圍形成氣泡空洞；
(3)拼裝模和組合模，分模面的開設除滿足容易脫模外，注意不要開設在表面質量要求高或受力大的部位；
(4)模具有一定的耐熱性，熱處理變形??；
(5)模具要具有一定的重復使用頻次。
機艙罩玻璃鋼模具制作流程如下所示：
2.2 零部件產品的成形
產品成型工藝流程，如下所示：
在機艙罩產品及其附屬配件生產過程中對產品的外觀，增強層的鋪覆層數和分次固化次數嚴格控制。由于產品體積大，外形復雜糊制產品不能一次成型，主要考慮工藝的可行性，做必要的試驗得到數據給出合理的工藝。在糊制過層中，為保證產品質量，需提前對所用原材料（包括膠衣、樹脂等）做凝膠試驗，以便更合理確定生產工藝。[-page-]
2.3 產品成型過程中的注意要點
(1)根據設計所需力學性能數據選用合理的基體材料和增強材料；
(2)因該產品使用周期長、環境惡劣，選用的產品膠衣應具備耐老化性能；
(3)根據產品的厚度進行鋪層設計，以此確定合理的生產工藝：
(4)增強材料的鋪覆和搭接應嚴格進行控制；
(5)對產品后續補強和檢修部件尺寸進行控制，避免影響裝機過程中相關配合的干涉；
(6)對拼裝合模過程中尺寸進行控制，以保證生產產品的通用性；
(7)對產品制作工藝進行宣貫。
2.4 產品的總裝
機艙罩產品體積大，所需的附屬配件多。復雜型號機艙罩配件多達數十件，只有達到將上述所有部件完整地組合成一個有機的整體，才能夠交付用戶方使用。那么，先要制作相關的總裝以保證產品孔位既符合圖紙尺寸的要求，同時又能提高生產效率。機艙罩產品總裝是檢驗產品效果非常重要的一環，只有組裝后的產品尺寸全部符合設計要求，機艙罩才能同風力發電機組完美地配合。組裝前先對產品的組裝次序進行合理地安排，盡可能地將一些小件安裝在一起后形成準大件，讓準大件與準大件之間再進行裝配，對裝配的場地和裝配所需高度進行合理地規劃，配好相關的吊運器材以及裝配過程中所需的相關工具，對組裝工人進行重點部位的講解培訓，使其在組裝前對所組裝產品的連接先后和相關配合方式了解，同時使里面的電線配管保證暢通，以及檢修平臺的組裝，總之，用短的時間組裝出滿意合格的產品。
2.5 產品的檢驗
在目前風力發電市場日益擴大并且產品競爭激烈的環境下，只有高質量的產品才能生存，加上機艙罩產品本身形體大，工序多，部件復雜，配合尺寸多，公差小。這就要求檢驗需全程跟蹤，不論是從模具的設計制作，還是原材料的進貨檢驗，都必須嚴格控制，先編制合理的檢驗流程，對關鍵工位進行關鍵點的控制，編制并填寫相關的檢驗記錄單和轉序卡。根據這些情況，并對各個環節設置專門的質檢員，對每個關鍵工序進行過程監督檢驗，配合中的關鍵尺寸設計檢驗記錄表，這樣就對產品的批量化生產提供保證。
3 結論
(1)利用復合材料的優異性能，成功地研制出1.5MW的機艙罩產品，同時利用有限元分析，對產品的結構進行優化，對產品的外觀進一步美化；
(2)對機艙罩等相關大型玻璃鋼制品進行設計生產組裝，形成產品的批量化制作;
(3)依據上述思路，對不同風力發電設備配套用機艙罩設計研發提供指導。
風力發電是人類取之不盡用之不竭的自然資源，利用風力發電可減少環境污染、節省煤炭及石油等天然能源。隨著風力發電技術的日趨成熟，可再生能源的利用已成為人們關注的焦點，因此有著廣闊的發展前景。
風力發電技術主要有3大特點：①靈活性強，既可并網運行，也可離網獨立運行，同時還可與其它能源技術互補組成發電系統；②風電場運營模式可為電網補充電力，特別是小型風電機組可為邊遠地區提供生產、生活用電；③具有建設周期短、裝機規模靈活、可靠性高、運行維護簡單、占地面積小、發電方式多樣等優點，因此受到全發達和發展中的特別關注。
隨著我國對環境清潔能源的進一步需求，在“十一五”規劃中已把風電技術納入未來國民經濟發展的重要產業支柱，并明確提出要增大風力發電裝機容量，據不完全統計，國內已有數十家公司從事風力發電技術的研究和制造。風電領域的崛起，給與之配套的機艙罩帶來了機遇和挑戰，從零五年起北玻院開始研制機艙罩，經過3年多的努力，研究、設計、開發隊伍不斷壯大，生產能力初見規模，本文就1.5MW機艙罩的研究進行詳細論述。
1 機艙罩的設計
1.1 總體思路
1.5MW機艙罩的外形尺寸一般在L*W*H＝9800*5000*4500mm左右，面對這一龐然大物，如何滿足風電裝機安全和使用要求，產品設計的合理性便成為機艙罩技術的核心。圍繞這一技術關鍵，我們重點從三個方面入手，一是運用有限元分析，合理設計產品結構；第二為優化殼體厚度和剛度；第三為合理布局筋板的組裝及整機組裝的匹配性。圖1所示為機艙罩整體結構示意圖。
[-page-] 1.2 結構分析
通過對產品三維建模，在滿足相關設計要求及荷載前提下進行有限元分析，如圖2所示。
2 試制及組裝
2.1 模具的制作
模具制造是實現機艙罩生產的步，而模具分模面的合理性，則是確保制造和脫模順利進行的重要環節。為了實現模具制造的合理性，重點需要解決好以下幾點：
(1)模具必須具有足夠的剛度和強度，能夠承受脫模時的沖擊，確保加工、組裝和使用過程中不變形；[-page-]
(2)模具拐角的曲率應盡量加大，特別是內側拐角曲率半徑應大于2mm，避免由于纖維的回彈，在拐角周圍形成氣泡空洞；
(3)拼裝模和組合模，分模面的開設除滿足容易脫模外，注意不要開設在表面質量要求高或受力大的部位；
(4)模具有一定的耐熱性，熱處理變形??；
(5)模具要具有一定的重復使用頻次。
機艙罩玻璃鋼模具制作流程如下所示：
2.2 零部件產品的成形
產品成型工藝流程，如下所示：
在機艙罩產品及其附屬配件生產過程中對產品的外觀，增強層的鋪覆層數和分次固化次數嚴格控制。由于產品體積大，外形復雜糊制產品不能一次成型，主要考慮工藝的可行性，做必要的試驗得到數據給出合理的工藝。在糊制過層中，為保證產品質量，需提前對所用原材料（包括膠衣、樹脂等）做凝膠試驗，以便更合理確定生產工藝。[-page-]
2.3 產品成型過程中的注意要點
(1)根據設計所需力學性能數據選用合理的基體材料和增強材料；
(2)因該產品使用周期長、環境惡劣，選用的產品膠衣應具備耐老化性能；
(3)根據產品的厚度進行鋪層設計，以此確定合理的生產工藝：
(4)增強材料的鋪覆和搭接應嚴格進行控制；
(5)對產品后續補強和檢修部件尺寸進行控制，避免影響裝機過程中相關配合的干涉；
(6)對拼裝合模過程中尺寸進行控制，以保證生產產品的通用性；
(7)對產品制作工藝進行宣貫。
2.4 產品的總裝
機艙罩產品體積大，所需的附屬配件多。復雜型號機艙罩配件多達數十件，只有達到將上述所有部件完整地組合成一個有機的整體，才能夠交付用戶方使用。那么，先要制作相關的總裝以保證產品孔位既符合圖紙尺寸的要求，同時又能提高生產效率。機艙罩產品總裝是檢驗產品效果非常重要的一環，只有組裝后的產品尺寸全部符合設計要求，機艙罩才能同風力發電機組完美地配合。組裝前先對產品的組裝次序進行合理地安排，盡可能地將一些小件安裝在一起后形成準大件，讓準大件與準大件之間再進行裝配，對裝配的場地和裝配所需高度進行合理地規劃，配好相關的吊運器材以及裝配過程中所需的相關工具，對組裝工人進行重點部位的講解培訓，使其在組裝前對所組裝產品的連接先后和相關配合方式了解，同時使里面的電線配管保證暢通，以及檢修平臺的組裝，總之，用短的時間組裝出滿意合格的產品。
2.5 產品的檢驗
在目前風力發電市場日益擴大并且產品競爭激烈的環境下，只有高質量的產品才能生存，加上機艙罩產品本身形體大，工序多，部件復雜，配合尺寸多，公差小。這就要求檢驗需全程跟蹤，不論是從模具的設計制作，還是原材料的進貨檢驗，都必須嚴格控制，先編制合理的檢驗流程，對關鍵工位進行關鍵點的控制，編制并填寫相關的檢驗記錄單和轉序卡。根據這些情況，并對各個環節設置專門的質檢員，對每個關鍵工序進行過程監督檢驗，配合中的關鍵尺寸設計檢驗記錄表，這樣就對產品的批量化生產提供保證。
3 結論
(1)利用復合材料的優異性能，成功地研制出1.5MW的機艙罩產品，同時利用有限元分析，對產品的結構進行優化，對產品的外觀進一步美化；
(2)對機艙罩等相關大型玻璃鋼制品進行設計生產組裝，形成產品的批量化制作;
(3)依據上述思路，對不同風力發電設備配套用機艙罩設計研發提供指導。
