灌封膠在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極盒上的性能對比分析

田雁飛，郭永艷，黨銘銘

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲412000）

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境狀況十分復(fù)雜，其環(huán)境中包括鹽霧、潮濕、冷熱交替等惡劣情況。由于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)會受到鹽霧及高濕度環(huán)境影響，因此在電機(jī)設(shè)計和制造過程中必須考慮鹽霧和潮濕兩個影響因子，在電機(jī)制造過程中需要做特殊的防腐處理來抵御海上空氣中強(qiáng)烈的腐蝕[1]。

轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的重要組成部分，該電機(jī)轉(zhuǎn)子是采用轉(zhuǎn)子磁極盒的結(jié)構(gòu)，它是轉(zhuǎn)子制作過程中上重要的零部件。若轉(zhuǎn)子磁極盒內(nèi)磁鋼失磁將造成整個電機(jī)無法運(yùn)行。因此在轉(zhuǎn)子磁極盒內(nèi)部進(jìn)行灌封來提高轉(zhuǎn)子磁極盒的可靠性。

永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼粘接常用的膠粘固化劑有聚氨酯膠粘劑與環(huán)氧樹脂膠粘劑，為研究這兩種膠粘劑的優(yōu)劣性，從膠粘劑的反應(yīng)機(jī)理及物理特性出發(fā)進(jìn)行試驗分析，確定兩種材料的優(yōu)缺點，為轉(zhuǎn)子磁極盒灌封材料的選取提供依據(jù)。

1 灌封材料的選取

1.1 聚氨酯膠粘劑

聚氨酯膠粘劑是指在分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(tuán)或異氰酸酯基的膠粘劑。按反應(yīng)組成分類按反應(yīng)組成可分為多異氰酸酯膠粘劑、含異氰酸酯基的聚氨酯膠粘劑、含羥基聚氨酯膠粘劑和聚氨酯樹脂膠粘劑[2]。

從圖1可以看出固化劑與水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生了二氧化碳，影響粘接劑的儲存期和固化速度，并導(dǎo)致粘接劑固化后膠體中有氣泡，影響粘接性能。聚氨酯膠粘劑對濕氣比較敏感，因此聚氨酯膠粘劑對使用環(huán)境要求比較苛刻。

圖1聚氨酯反應(yīng)機(jī)理

1.2 環(huán)氧樹脂膠

環(huán)氧樹脂是指分子結(jié)構(gòu)中含有2個或2個以上環(huán)氧基，并在適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑下形成三維網(wǎng)狀固化物的化合物的總稱，是一類重要的熱固性樹脂。環(huán)氧膠粘劑對環(huán)境濕氣不敏感，同時其耐腐蝕性較好。

環(huán)氧膠粘劑耐腐蝕原理：

圖2環(huán)氧膠粘劑耐腐蝕機(jī)理

從環(huán)氧膠粘劑和聚氨酯膠粘劑的反應(yīng)機(jī)理來看，聚氨酯膠粘劑對應(yīng)用環(huán)境的要求較高，而環(huán)氧膠粘劑耐環(huán)境腐蝕較好，在惡劣的環(huán)境下使用能給產(chǎn)品提供很好的防護(hù)。

1.3 膠粘劑物理性能對比

表1膠粘劑物理性能

混合后粘度 448 472.3硬度（Sh-D） 79 72 Tg/℃ 32 40樹脂：1.21固化劑：0.98保質(zhì)期 2年 1年吸水率/%25℃48小時 0.55 0.60密度/g/m l 樹脂：1.50固化劑：1.22 50℃2小時 0.44 0.40 80℃2小時 0.91 1.09

從表1可以看出，環(huán)氧比聚氨酯混合物粘度低、硬度和Tg略高、吸水率略低[3]。

將環(huán)氧膠粘劑與聚氨酯膠粘劑對比分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧膠粘劑對環(huán)境要求不高，工藝性能好，有利于產(chǎn)品小間隙的填充；環(huán)氧膠粘劑耐腐蝕能力強(qiáng)，將其用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極盒灌封上能給磁極盒提供強(qiáng)有力的保障。

2 膠粘劑試驗驗證

2.1 試驗內(nèi)容

根據(jù)國標(biāo)GB/T7124膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度測試方法的要求，制作如圖3所示的試驗試樣。

圖3拉伸剪切強(qiáng)度試驗樣件

為測試試件的性能，如下試驗，具體步驟如下：

（1）冷-熱沖擊試驗：高溫80℃±3℃，低溫-30℃±3℃，冷熱溫差110℃±6℃；每個周期8h（高、低溫分別為4h），溫度轉(zhuǎn)換時間小于3min，共12周期。

（2）交變鹽霧試驗：氯化鈉水溶液5%±1%，每個周期170h（2h噴霧，168h濕熱儲存），共4個周期。

（3）長時低溫試驗：（-55℃±3℃）/96h。

（4）長期浸水試驗：室溫浸水32天，即768h。

2.3 試驗結(jié)果

表2兩種膠粘劑耐環(huán)境試驗結(jié)果（基材0Cr18Ni9Ti）

表2的數(shù)據(jù)說明，交變鹽霧試驗和浸水試驗對膠粘劑的腐蝕性比較大。經(jīng)過4個周期的交變鹽霧試驗后，聚氨酯膠粘劑的中值保持率僅為37%，下降了63%；環(huán)氧膠粘劑的中值保持率為78.3%，下降了21.7%。經(jīng)過32天浸水試驗，聚氨酯膠粘劑的中值保持率為65.6%，下降了34.4%；環(huán)氧膠粘劑的中值保持率為81.1%，下降了18.9%。試驗結(jié)果表明，環(huán)氧膠粘劑耐候性較聚氨酯膠粘劑好。

3 模擬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)試驗驗證

3.1 試驗用模擬樣件結(jié)構(gòu)

為對聚氨酯膠粘劑和環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行充分的對比驗證，同時分析兩種膠粘劑在實際產(chǎn)品中運(yùn)用情況，制作了如表3所要求的模擬樣件。

表3模擬樣件結(jié)構(gòu)

3.2 試驗方案

試驗周期為2個周期，每個周期的試驗因子及試驗順序：冷熱沖擊（6周期）→機(jī)械振動（垂直振動5h）→冷熱沖擊（6周期）→機(jī)械振動（水平振動5h）→交變鹽霧（2周期）→浸水（14天）。

3.3 試驗結(jié)果

（1）試驗前模擬樣件。

圖4模擬樣件A、B實物圖

（2）表面防護(hù)樣件試驗結(jié)果。

圖5 A1、B1模擬樣件解剖圖

從圖5可以看出：

①樣件外觀：A1表面有2/3的面積凸起，高度約為3mm，B1表面有兩處凸起，高度約為1～2mm。

②玻璃布拆除后外觀：A1表面有許多生銹的磁鋼屑，清理磁鋼屑后，三塊磁鋼有不同程度的腐蝕，腐蝕深度約為1～2mm，B1磁鋼表面有兩處腐蝕點，深度度約為1mm，有一塊磁鋼沒有被腐蝕。

③端部外觀：A1樣件導(dǎo)流條下的膠樣存在氣泡（見A1-4），導(dǎo)流條與壓條之間同樣存在氣泡（見A1-5）；B1樣件膠粘劑填充飽滿。

④樣件解剖后外觀：A1、B1磁鋼與磁鋼，磁鋼與磁軛之間的間隙膠粘劑填充飽滿。

（3）表面未防護(hù)樣件試驗結(jié)果。

圖6 A2、B2模擬樣件解剖圖

從圖6可以看出：

（1）樣件外觀：A2、B2表面大面積凸起，高度約為5mm。

（2）玻璃布拆除后外觀：A2表面有許多生銹的磁鋼屑，清理磁鋼屑后，三塊磁鋼有不同程度的腐蝕，腐蝕深度約為1～5mm不等，B2磁鋼表面有三處腐蝕點，深度約為1～3mm；從拆除的過程看，兩個樣件玻璃布與磁鋼之間的密封效果已經(jīng)失效，玻璃布和磁鋼之間除了有磁鋼屑，還有大量空氣存在。

（3）端部外觀：A2樣件導(dǎo)流條下的膠樣存在氣泡（見A2-4），B2樣件膠粘劑填充良好。

（4）樣件解剖后外觀：A2樣件磁鋼與磁軛之間有小面積存在膠粘劑填充不飽滿（見A2-5），A2樣件磁鋼與磁鋼之間的間隙膠粘劑填充飽滿；、B2磁鋼與磁鋼，磁鋼與磁軛之間的間隙膠粘劑填充飽滿。

4 結(jié)論

（1）從表面防護(hù)和未防護(hù)的模擬樣件來看，經(jīng)一系列的環(huán)境試驗后，磁鋼表面均有不同程度腐蝕，但經(jīng)表面防護(hù)的樣件要比表面不進(jìn)行防護(hù)處理的樣件腐蝕略小。

（2）從表面防護(hù)和未防護(hù)的模擬樣件來看，經(jīng)一系列的環(huán)境試驗后，環(huán)氧膠粘劑灌注的樣件要比聚氨酯膠粘劑灌注的樣件腐蝕略輕。

（3）與聚氨酯膠粘劑相比，環(huán)氧膠粘劑對環(huán)境要求不高，工藝性能好，有利于產(chǎn)品小間隙的填充。

（4）與聚氨酯膠粘劑相比，環(huán)氧膠粘劑耐鹽霧、水和冷熱沖擊等環(huán)境腐蝕能力強(qiáng)，有利于目前開啟式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的環(huán)境防護(hù)。