舱底盘的结构及材料优化案例简析

1.底盘的结构

对于双馈式机组，底盘上面布置有风轮、主轴、轴承座、齿轮箱、发电机、偏航驱动、起重机、塔顶控制柜甚至变压器、变流器等部件；对于直驱式机组，带有前法兰的底盘直接支撑发电机及风轮。机组运行过程中产生的大部分动、静载荷都通过机舱底盘平衡并传递给塔架，因此底盘需要有足够的强度、刚度及稳定性。

底盘按制造方法及材料可分为铸造机舱底盘、焊接机舱底盘二类；按结构形状可分为梁式机舱底盘、框架式机舱底盘、箱式机舱底盘等三类。图8-34所示为某1.5MW机舱底盘。

大功率双馈式风力发电机组机舱底盘通常由前后两部分组成，一般前底盘为铸造，后底盘为焊接结构，通过螺栓连接构成一个整体，连接方式如图8-35所示。为减小螺栓载荷，常采用凸台来承受剪切力。更大功率机组的前后底盘则应采用钢结构框架来加固连接。

图8-34 底盘

图8-35 前后底盘连接结构

图8-36 直驱式机组的机舱底盘

直驱式机组有的也具有一个较小的后底盘，主要安装塔顶控制柜及冷却装置等，与双馈式机组类似有的则只有一个完整的底盘，结构更为紧凑，如图8-36所示。

2.机舱底盘设计的一般要求

1）在满足强度及刚度的前提下，机舱底盘应尽量重量轻、成本低；(www.xing528.com)

2）抗震性好；

3）结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工；

4）结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件；

5）造型好，使之即适用经济，又美观大方。

3.机舱底盘的常用材料及热处理

在风力发电机组中，铸造机舱底盘常用材料为球墨铸铁。例如QT400-15，该材料具有韧性高、低温性能较好的优点，且有一定的耐腐蚀性。铸造机舱底盘用的热处理方法为时效处理，目的是在不降低铸件力学性能的前提下使铸件内应力和机械加工切削应力得到消除或稳定，以减少长期使用中的变形，保证几何精度。

焊接机舱底盘具有强度和刚度高、重量轻、生产周期短以及施工简便等优点，多采用Q345板材，在高寒地区宜采用Q345D板材。为了保持尺寸稳定，焊接后必须进行热处理，第一次热处理安排在焊接完成后，第二次热处理安排在粗加工之后进行。

4.机舱底盘的设计步骤

1）初步确定机舱底盘的形状和尺寸：机舱底盘的结构形状与尺寸，取决于安装在它内部与外部的零件和部件的形状与尺寸、配置情况、安装与拆卸及在机舱底盘内维护及修理等要求。同时也取决于工艺所承受的载荷等情况。然后综合上述情况利用公式或有关资料提供的数据，同时结合设计人员的经验，并参考现有同类型机舱底盘，初步拟定机舱底盘的结构形状和尺寸。

2）底盘强度初步计算：可利用材料力学、弹性力学等固体力学理论和计算公式，对机舱底盘进行强度、刚度和稳定性等方面的初步校核，待结构设计完毕后再进行准确的计算、修改设计，以满足设计要求。

3）有限元静、动态分析和优化设计。

4）制造工艺性和经济性分析。