风力发电机定子模块运输技术研究

1 背景

随着风电产业迅猛发展，风电产品不断向着更高功率开发，随着功率的不断增加，风力发电机结构越来越大，越来越重，与之带来的是运输难度不断增加，运输费用剧增。同时，大功率海上发电机维修费用巨大，一个薄弱点带来的损失巨大。而模块化结构电机具备可分块运输、分块维修、塔上更换等优点，目前已有部分主流厂家批量采用模块化结构风力发电机。

模块化结构发电机结构优势较为明显，但运输存在较大难点，也存在一定风险。因其整体依靠筋板结构固定，法兰、侧边等结构容易在运输过程中受到震动、颠簸等因素影响易发生偏斜变形情况。为消除运输过程中的风险，本文重点研究分瓣电机运输方案、结构仿真计算及试验验证，以满足各种运输工况要求。

2 运输方案技术设计

2.1 设计结构难点分析

结合所生产某一机型定子模块发运需求，该结构定子模块采用卧式、铁心面向下发运方式。

在发运结构设计时，需要考虑以下难点：

1）发运工装对产品支撑作业，转运、运输、存储过程，部分支撑工装发生变形；

2）因支撑面为铁心面，支撑位置需要考虑不对产品本身带来影响，因此不建议用铁质材料；

3）考虑定子模块在运输过程中，可能出现窜动、晃动情况，需要进行位置限制或固定；

4）包装需要有外壳，避免外部杂物磕碰产品，造成损伤。

2.2 方案技术设计

通过难点分析同时考虑产品运输需要，设计结构包括：底板、四周板、限位吊耳组成。其中设计底板为铁质板，采用槽钢加固，同时兼顾叉运要求；四周板是底板上安装木制支撑板，以确保接触面不易损伤产品本身；限位吊耳是安装在两侧，同时通过与产品法兰孔连接固定，防止窜动。四周及上端配置木制板，以进行防护。结构如下图2.1。

3 仿真计算及结构优化

3.1模型导入和材料选取

根据运输方案和结构设计，在SolidWorks中建立包装箱的三维模型，由设计可知包装箱底部托板为Q345B，内部贴合定子模块的支撑为木制，两侧各有两个金属限位板，其三维模型如图所示。将建立好的三维模型导入ANSYS中，在导入的过程中需要将模型的格式转化为x-t中间格式，然后通过ANSYS的接口导入，生成相应的包装箱模型。

在ANSYS Workbench中，首先对模型材料进行设置，包装箱材料的主要参数见表3.1

3.2模型网格划分及质量评估

ANSYS软件网格划分方法分为体扫掠网格、映射网格和自由网格划分。本次采用自动划分网格划分快速处理，即自由网格划分方式生成包装箱的网格。处理过后生成的节点数为891958，单元数为387134，Element Quality中平均值为0.812，这个值越接近1网格质量越好，一般来说网格质量平均值不应低于0.7。因此包装箱的网格划分质量达到良好水平，网格划分模型如图3.2所示。

3.3约束与载荷的施加

根据包装箱的工作情况，底部托板在运输过程中处于固定状态，因此在底部五个方管施加固定约束，如图3.3所示。

包装箱在运输过程中收到定子模块的下压力，这个下压力为定子模块的重力8.4吨，因此在包装箱三个枕木的六个接触面上分别施加下压力，如图3.4所示。

3.4包装箱分析结果

添加约束和载荷后对包装箱进行有限元求解，得到包装箱的变形云图和应力云图，如图3.5所示。

根据有限元分析结果可知，包装箱的最大变形出现在枕木上端面，最大位移8.44e-3mm，刚度满足使用要求。根据理论力学分析可知最大变形出现在枕木上端面是可信的。包装箱最大等效应力发生在支撑底板上，最大值为6.39MPa远小于屈服极限。这与包装箱的实际运行情况相符。

从仿真结果可知，本运输方案满足设计要求。为验证运输方案的可靠，下文开展运输方案的验证。

4 运输方案验证

4.1 验证基本要求

针对运输方案是否能有效避免产品出现质量风险，开展路跑试验。试验参照《公路运输与车载设备振动试验规范的确定》，运输路段条件见表4.1。根据路跑后进行外观、电气、尺寸检测，确认防护有效性。

4.2 外观检测

路跑后，对外观进行检测，定子模块表面无损伤。

4.3 电气性能检测

路跑前后绝缘电阻、局放检测数据见表4.2。

从表中可以看出，路跑前后绝缘电阻、局放值未产生明显变化。

4.4 尺寸数据检测

路跑前后，对容易出现变形的法兰进行激光检测，检测情况如图，未发生尺寸明显变化，符合设计要求。

4.5 验证结论

根据以上验证，可以确定：

1）定子模块外观无损伤，漆膜无脱落：

2）路跑前后定子模块电气数据在要求范围内；

3）定子模块前后法兰孔位置度无明显变化。

通过路跑运输验证，本文设计的运输防护结构可靠，不会因为运输带来质量风险。

5 结论

本文设计了采用底板+四周板+辅助侧板及定位等运输技术方案，通过详细的模拟仿真和实物路跑验证，可以确认发运方案强度可靠，运输过程可靠，不会对产品质量造成影响。

本文的运输技术和运输防护方式可靠，对风电行业内模块结构发电机的运输有一定的指导价值和借鉴意义。