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风电用材料的选择和设计

发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com 更新时间：2015-01-05

偏航、变桨风电轴承的套圈一般采用符合GB/T3077-1999规定的经调质或正火处理合金结构钢42CrMo。钢球一般采用符合GB/T18254-2002规定的GCrl5或GCr15SiMn轴承钢。传动系统类轴承的套圈和滚动体一般采用电渣重熔冶炼的ZGCrl5或ZGCr15SiMn轴承钢。

风电运行具有一定的特殊性。首先，由于风电都是分散安装在自然风较大的地方，这些地方要么位于比较偏僻、人口稀少的偏远山区，要么是沿海或者近海海上。其次，风力发电部分主设备安装在高空，且发电设备与电网输、变电设备的连接比较薄弱。风电设备整个运行环境非常恶劣，安装在高海拔、高原地区的设备会受冰冻的影响，而安装在海上的设备也有腐蚀的问题。这就要求用于风电设备的材料必须具有优异的性能，包括较好的低温韧性和较好的抗腐蚀、氧化能力。另外，还要求有足够长的运行寿命。

一. 叶片

风力发电机在工作过程中，叶片要承受较大的交变风力载荷、气流冲刷、砂石粒子冲击磨损、较强太阳光照射、雨、雪、冰雹等外界作用。风机叶片体积较大、安装位置较高，因此为了满足可靠、经济的运行要求，还要具有质量轻、疲劳强度高及其它优异的力学性能。复合材料由于具有质量轻、比强度高、抗疲劳、抗蠕变、抗冲击等优点，成为当今风机叶片的首选材料。复合材料叶片发展之初采用的是廉价的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂体系，直到今天这仍是大部分叶片采用的材料。随着叶片长度的不断增大，这种体系在某些场合已不能满足要求，于是性能更优异的增强材料——碳纤维进入了叶片生产者的视野。一般认为，22m以下的叶片采用玻璃纤维，而大于42m的叶片则采用碳纤维或碳玻混杂纤维。

二. 紧固件

风电用高强度紧固件由于长期在野外服役，服役环境一般为恶劣或极度恶劣，维护检修条件较差。正常连续工作情况下，风电紧固件要求必须保证15年以上的使用寿命。风电紧固件随主机一起常年经受酷暑严寒和极端温差的考验，承受高温、低温的侵蚀；除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，还会在工作中受到附加的拉伸交变载荷、横向剪切交变载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还受到冲击载荷。目前，风电高强度螺栓大部分选择 10.9级高强度螺栓，其硬度值 33～39HRC，抗拉强度Rm≥1040MPa，断后伸长率A≥9%，断面收缩率Z≥48%，低温冲击吸收能量（-45～-40℃）KV2≥27J。

三. 轴承

风电机组轴承在风沙、雨水、盐雾、潮湿等环境下，其安装、润滑及维修都具有一定的难度，为此不仅要求轴承具有足够的强度和承载能力，还必须要求其寿命长(一般要求20年)、安全可靠、运行平稳，且润滑、防腐及密封性能良好。偏航、变桨风电轴承的套圈一般采用符合GB/T3077-1999规定的经调质或正火处理合金结构钢42CrMo。钢球一般采用符合GB/T18254-2002规定的GCrl5或GCr15SiMn轴承钢。传动系统类轴承的套圈和滚动体一般采用电渣重熔冶炼的ZGCrl5或ZGCr15SiMn轴承钢。

四. 增速箱

增速箱零件一般均采用高淬透性合金钢。通过提高材料的淬透性并控制淬透性带宽和通过降低氧含量、消除有害的氧化物夹杂、提高钢材的清洁度等措施以达到提高风电零件使用寿命的目的。

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