海洋型雙饋風力發電機機座密封及表面防腐工藝研究

左平

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海洋型雙饋風力發電機機座密封及表面防腐工藝研究

左平

（湘潭電機股份有限公司，湖南湘潭 411101）

對海洋氣候環境進行了分析，對海洋型雙饋風力發電機的機座密封及表面防腐進行研究，通過實驗確定了海洋型風力發電機的機座密封工藝和表面防腐工藝，為提高了海洋型雙饋風力發電機的可靠性，并延長使用壽命提供了技術支持。

風力發電 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環境的日益惡化，人類社會的可持續發展受到嚴重威脅。為此，研究與開發可再生能源成為當今世界各國能源政策的發展重點。風能是世界范圍內發展速度最快的新能源，同時也是可再生能源的重要組成部分。積極地開發和利用風能對于改善能源系統結構、緩解能源危機、保護生態環境具有深遠的意義。早期的風能開發主要集中在陸地上，目前陸上的風資源開發技術已經比較成熟。按照我國權威研究機構的數據分析，中國擁有十分豐富的近海風能資源，我國海上風能的量值大約是陸地上風能的3倍，因而海上風能具有廣闊的開發和應用前景，海上風電將成為未來風電發展的一個重要方向。

然而在海上風能的開發和利用過程中，我們會遇到許多與陸地上風能開發不同的技術難題。由于海上風電場處于海洋大氣環境中，氣候環境復雜且嚴酷，發電機需長期承受鹽霧、潮濕、晝夜溫差大等環境因素的影響。這些因素對風力發電機的機座密閉性及電機表面的金屬防腐能力提出更高的要求。本文對海洋型雙饋風力發電機的機座密封結構和表面防腐處理進行了研究，提出了相應的處理工藝，其目的是為了提高海洋型雙饋風力發電機的內環境密閉性和表面防腐蝕能力，從而推動海洋風能的開發和利用。

1 海洋型雙饋風力發電機運行環境條件

海洋型雙饋風力發電機一般處于近海海域或者海岸線，氣候環境比較復雜，復雜的環境因素對風力發電機的絕緣系統以及電機表面涂層都有所影響。本節主要針對溫度、濕度和鹽霧三個環境條件做了調查整理。

1.1 溫度和濕度條件

1.1.1溫度和濕度的變化規律

氣溫的日變化規律：一天中氣溫晝高夜低，并有一個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在 14～15 時，冬季出現在 13～14 時，而海洋上最高氣溫出現在 12 時 30 分。最低氣溫陸地上出現在日出前后，海洋上則推遲 1～2 小時，即海洋上最低氣溫出現在日出后 1～2 小時。

氣溫的年變化規律：一年中最高月平均氣溫與最低月平均氣溫之差，稱為氣溫年較差。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月，即海洋上我國所處的北半球氣溫最高在八月份，最低在二月份。

濕度的日變化規律：取決于氣溫和亂流強度，白天大，夜間小。

濕度的年變化規律：取決于氣溫，夏季大，冬季小。

1.1.2溫度和相對濕度的月分布

根據海洋科學數據共享中心的資料數據顯示，我國的渤海、黃海、東海和南海四個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。四個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℃。

同樣是根據海洋科學數據共享中心的資料數據顯示，我國的渤海、黃海、東海和南海四個海域的相對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。四個海域的月均最高相對濕度為88.2%，最低相對濕度為65.9%。極端的最高相對濕度為100%，最低相對濕度為2%。

1.2 鹽霧條件

鹽霧中的鹽來自于海水，故鹽霧的成分與海水相似。海水的含鹽濃度愈高，鹽霧中的鹽分也會愈高。世界上各個海域海水的化學成分差異不大，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，海水鹽度也有所不同。我國四大海域的海水鹽度如表1所示。

表1 中國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(風向、風速、溫度等)和自然環境條件(海岸線地貌、離海岸距離等)兩個方面。廣州電氣科學研究所曾于20世紀60年代和80年代，對我國部分沿海地區空氣中鹽霧含量進行了多次測量，其測定方法是：潤濕紗布纏繞的蠟燭型采樣器采樣，用硝酸銀或容量法測氯離子含量。實際測量鹽霧含量在0.024～1.375 mg/m3范圍內。海面上空氣中鹽霧含量由艦船來測定，我國東南海鹽霧含量在0.148～0.480 mg/m3。

從上述介紹可知，海洋型雙饋風力發電機運行環境特點是：1）晝夜溫差大，高低溫交變沖擊強度高；2）相對濕度高且連續而持久；3）海洋環境中，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，條件更加嚴酷。

2 海洋型雙饋風力發電機機座的密封工藝

基于海洋型雙饋風力發電機運行環境的特點，電機在該環境下運行，如果空氣中的大量水分和鹽霧進入電機中，便會在定子、轉子的絕緣表面凝結，電機運行時產生大量的熱，更會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。如果定轉子線圈上有薄弱環節，就會導致電機短路，危害電機的安全。因此必須對電機的密封工藝進行研究。

2.1電機的密封處理方法的選擇

海洋型雙饋風力發電機是一個內循環系統。電機的內部風路不與外部接觸。因此為防止海風中的水分和鹽分進入到電機中，必須要將機座與外界聯接處密封。在電機中，內部與外部由機座相隔，所以對其密封主要體現在機座端蓋與機座本身的密封處理。

目前，行業內對機座端蓋與機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座密封，一種是使用密封膠將端蓋機座密封。這兩種方法。第一種需在端蓋上開一個密封槽，用于固定密封圈位置，由于雙饋電機的結構緊湊，端蓋上已無法開槽，因此本次研究采用第二種方法，即使用密封膠將端蓋機座密封。

2.2密封膠的選擇

端蓋與機座的密封，對密封膠有著特殊的要求。密封膠要具有彈性好，粘接力強，耐高低溫，耐鹽霧等性能，還能承受端蓋多次拆卸時不損害膠體，同時具有可剝性。對此選用A、B、C、D四種所選密封膠進行了試驗，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，這四種膠購物為硅橡膠改性系列膠，在試驗過程中我們發現南大704膠粘度小，涂膠的過程中膠容易流動，不易成型，SD416膠粘度和南大704膠相似，且其顏色是黑色，在電機使用上容易對電機產生污染，只有B，C膠的粘度適中，涂刷在工件上膠體不易流失，工藝也簡單。所以最后我們選用密封膠B、C進行對比試驗，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

對分別使用密封膠B和密封膠C密封后的定子機座進行了氣壓試驗。通入干燥空氣，(機座的上半部及端蓋要用工藝蓋板密封)結果見表2。

由表2可知，分別使用B、C兩種密封膠的機座，經密封后，從試驗情況看，24 h，氣壓下降均小于或等于0.01 MPa，說明使用B、C兩種密封膠的機座密封性均可滿足要求。

3 海洋型雙饋風力發電機表面防腐的工藝研究

電機機座裸露在海洋型氣候中，如果電機表面的防腐處理不到位，電機表面容易腐蝕，影響電機使用壽命。因此，對海洋型雙饋風力發電機表面油漆的選擇和處理工藝進行研究。

3.1表面油漆的選擇

同樣基于海洋型雙饋風力發電機運行環境的特點和防護方面的耐用年數要求，綜合國內外風力電機和我公司其他風力電機產品表面涂裝的應用情況，決定選用：底漆為環氧富鋅底漆H06-1, 中間層噴厚漿為環氧底漆H０6-2，面漆為丙烯酸聚氨脂漆。模擬產品有可能采用的設計結構，設計了2個表面配套涂裝工藝方案進行鹽霧、潮濕、高低溫交變等性能試驗。

表2 密封膠B、C氣密性對比試驗結果

3.2施工工藝方法

油漆施工直接影響電機防腐能力，油漆的厚度決定著電機的防腐能力，此階段國內外油漆施工有幾種標準：C3標準和C4標準，C3，C4標準的施工工藝見表3。

3.3試驗

按C3,C4標準各做15塊樣板，樣板尺寸為100×150，樣板做好后，分別各取5塊進行防潮，防鹽霧試驗。

防潮：按GB2423.4-2008 , 試驗周期6天；鹽霧:按GB2423.17-2008, 試驗周期7天。試驗前后對其表面進行了檢查和附著力試驗，結果見表4。

由表4可知，按C3標準施工的樣板表面油漆顏色沒有變化，鹽霧試驗后，少數表面出現起皺分層現象，附著力為2級；按C4標準表面油漆的沒有變化，鹽霧試驗后，表面沒有變化，附著力為1級。說明C4標準制作的樣板較C3標準耐鹽霧和防潮的能力更強，更能適應海洋型氣候。

4 總結

表3 C3標準和C4標準的施工工藝

表4 附著力試驗結果

海上風電是繼陸上風電、沿海海岸風電和潮間帶風電后迅速發展起來的發電方式，在海洋環境的影響下對其密封性和表面防腐技術提出了更新更高的要求。本文從實際出發，在全面地了解海洋型雙饋風力發電機運行環境條件的特殊性后，對海洋型雙饋風力發電機的機座密封和表面防腐進行研究工作。研究表明：使用B、C兩種密封膠密封的機座，其密封性滿足要求，能夠有效地將電機內部與海洋環境相阻隔，達到保護電機絕緣，進而提高電機運行可靠性的效果；采用聚氨酯油漆體系涂裝按C4標準施工的電機表面，能夠承受住海洋腐蝕環境的考驗，從而保證海洋型雙饋風力發電機組的安全運行和使用壽命。通過本文的研究工作，促進海洋型雙饋風力發電機密封性及表面防腐關鍵技術的應用和突破，從而推動海洋風能的開發和利用。

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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：電機絕緣。

TM207

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1003-4862（2014）04-0021-04