摘 要：風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙罩以往多采用鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)或者玻璃鋼材料制作加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，存在成本高、整體結(jié)構(gòu)重等問題，如何在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下降低成本、使整個(gè)機(jī)艙罩的輕量化同時(shí)最大限度的增大機(jī)艙內(nèi)部空間具有研究意義。
夾層加強(qiáng)結(jié)構(gòu)一般由較薄的、高剛度和高強(qiáng)度的面材夾以較厚的、強(qiáng)度較低的低密度芯材組成。這種結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、高比剛度和高比強(qiáng)度等基本優(yōu)點(diǎn), 夾芯材料是決定夾芯結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵, 聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料作為夾層結(jié)構(gòu)的芯材, 具有較好的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗震消振等功能特性優(yōu)點(diǎn)。本文對復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋的應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組的情況進(jìn)行了探討。
風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙罩是罩在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最外的一層防護(hù)裝置，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、變速箱和變流器等核心部件基本都安裝在風(fēng)機(jī)機(jī)艙罩內(nèi)，風(fēng)機(jī)機(jī)艙罩對于安裝在風(fēng)機(jī)機(jī)艙罩內(nèi)的設(shè)備起著安全防護(hù)作用。由于以往的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多采用鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)或者玻璃鋼材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，存在成本高、整體結(jié)構(gòu)重等問題，如何在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下降低成本、使整個(gè)機(jī)艙罩的輕量化同時(shí)最大限度的增大機(jī)艙內(nèi)部空間具有研究意義。
本文所用的復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)式采用玻璃鋼為面板材料，通過一體成型將聚氨酯硬質(zhì)泡沫采用空腔注入的形式與面板一體成形后得到夾層復(fù)合機(jī)構(gòu)。本文就復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋的開發(fā)和應(yīng)用情況進(jìn)行了探討。
1.復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造
現(xiàn)有技術(shù)中，存在兩種方案對機(jī)艙罩罩體進(jìn)行加強(qiáng)：
(1)使用玻璃鋼材料制成加強(qiáng)筋，此類僅將玻璃鋼材料來制作加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度提升不足，無法滿足高強(qiáng)度的需求，需要通過結(jié)構(gòu)改變，例如將外形整修為弧形等來分散強(qiáng)度，導(dǎo)致機(jī)艙罩內(nèi)部空間無法按照設(shè)計(jì)需求進(jìn)行。
(2)將方鋼焊接為加強(qiáng)框架，預(yù)埋在機(jī)艙罩內(nèi)部復(fù)合材料中用作加強(qiáng)筋。此方案制作工藝復(fù)雜，首先須將方鋼焊接為框架，然后再進(jìn)行預(yù)埋，耗時(shí)長。整個(gè)制作過程耗材量大，需要大量金屬件，價(jià)格昂貴。
結(jié)合一、二種方法，采用聚氨酯泡沫替代方鋼作為填充制作復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，制成結(jié)構(gòu)見圖1的加強(qiáng)筋。
此加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的制備是通過在兩層玻璃鋼之間用空腔注入的形式注入成形后得到，由彈性體芯材與玻璃鋼內(nèi)表面牢固粘結(jié)而形成的玻璃鋼-聚氨酯彈性體-玻璃鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)。
2.聚氨酯泡沫塑料制備和性能
加強(qiáng)筋中填充材料聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料是由異氰酸酯、多元醇化合物和各種助劑經(jīng)特殊發(fā)泡工藝制作而成。各組份均勻混合后,在催化劑的作用下,異氰酸酯和多元醇化合物發(fā)生聚合反應(yīng)并伴有熔體粘度劇增現(xiàn)象;同時(shí)因物理發(fā)泡或化學(xué)發(fā)泡而產(chǎn)生氣泡,氣泡在泡沫穩(wěn)定劑的幫助下封閉于聚合物內(nèi),從而形成泡沫塑料。
泡沫塑料的成型機(jī)理較為復(fù)雜,從泡沫塑料泡體的形成過程來看,發(fā)泡過程可分為3個(gè)基本階段:熔體中氣泡成核、泡核膨脹長大和泡體固化定形。泡沫塑料成型過程中,只有當(dāng)熔體凝膠速度和發(fā)泡速度匹配協(xié)調(diào)時(shí)才能得到優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品,而這主要由催化劑調(diào)節(jié),發(fā)泡材料組份和發(fā)泡工藝參數(shù)對此也有重要影響。
