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科技职称论文范文-永磁风力发电机磁钢防护优化研究

发布时间:2020-08-12 14:12:33

       职称论文发表过程中,很多人都很困扰是吧?不知道该如何写职称论文,而论文写作对每一个想进职称的人都意义重大,下面就为大家整理了一篇关于电力科技方向的职称论文范文仅供大家参考。

       摘要:随着永磁风力发电机技术发展,风力发电机结构得到不断优化。其中,磁钢作为风力发电机结构中重要组成部分,起到产生磁场作用,它的质量是风机正常运行的前提保证。在前期永磁风电产品设计中,多应用磷化结构磁钢(简称磷化磁钢)。在发电机长期运行过程中,常出现因磁钢结构故障导致风机维修。本文将对磷化磁钢结构材料本身特性、结构设计、装配工艺等角度进行失效情况分析,总结已采取优化措施,以及改进磁钢结构仍存在问题及改进建议
      关键词:永磁风力发电机;磁钢、失效;钕铁硼

引言

      因传统能源的不可再生的特性,石油、煤炭能源不断枯竭。人们意识到仅仅依靠传统能源,在不久的将来会出现严重的能源危机,未来将无法得到长足发展,不断开发清洁、可再生能源技术。随着清洁、可再生能源技术的不断发展,21 世纪以来光伏、风电、潮汐等领域得到长足发展。风力发电机采用电磁感应现象,通过线圈切割磁力线产生电流。在各种类型风力发电机中,永磁风力发电机因其结构特点,免去齿轮箱这一传统部件,规避了齿轮箱过载等失效风险,拥有低风速时高效率、低噪音、高寿命的特点。在永磁风力发电机中,采用永磁体材料产生磁场,在初期产品设计中,多采用磷化磁钢结构(材质为钕铁硼),在产品运行过程中,存在失效风险。以下将从材料性能、结构设计等角度进行原因分析。

1.磁钢材料性能

      钕铁硼材料,是第三代稀土永磁材料[1],因为高剩磁、高矫顽力、高磁能积等优异性能,而被称为“磁王”[2]。但因其特殊的成分和结构导致材料本身具有先天的不足:耐腐蚀能力极差。因而在日常环境中容易被腐蚀,导致磁体粉化失效。

钕铁硼永磁体极差的耐腐蚀性是由其特殊的成分和结构所决定的:

(1)钕和铁都是非常活泼的元素,还原电位分别是-2.4eV 和-0.4eV。由于其极负的电极电位,因此很容易发生氧化。(2)钕铁硼的多相结构和各

个相之间电极电位的差异也是导致其较差耐蚀性的重要原因。钕铁硼是由薄层相富钕、富硼以及基相金属间化合物Nd2Fe14B 组成。不同相相互接

触,因电动势的差异形成无数微电池,薄层相为阳极,基相为阴极,体积极小的薄层相在阳极电流作用下加速腐蚀,引起磁体不同程度的变形,从

而导致磁性能下降而影响风机的正常运行。

2.结构设计

2.1 磁钢镀层因数

      传统设计磁钢表面采用化学转化膜(磷化膜)对磁钢进行防护。磷化处理是将预处理过的钕铁硼永磁体放入相应磷化剂中,在接触界面形成一层具有一定耐腐蚀性能的结晶型磷酸盐化学膜[3]。其整体一致性较好,与基体结合力较强。但磷化膜非常薄,只有几个微米的厚度,而且具有一定的粗糙度和孔隙率,耐腐蚀性能较差。在恶劣环境下,不能对钕铁硼材料起到很好的保护作用。

2.2 磁钢固定结构因数

      在传统表贴式磁钢固定采用胶粘接固定。为了检测粘接剂的吸潮性能,对其进行了85%湿度环境的强度试验,结果见表1。表1 85%湿度环境下树脂胶粘结强度变化粘结强度 7 天后粘结强度 保持率1927 psi 1017 psi 53%从表中可知,在85%湿度环境下,7 天后粘结强度下降了近一半。随着时间的延长和湿度的进一步增大,粘接强度会下降得更快。因此,采用粘接式固定存在固有的质量隐患。

2.3 磁钢防护结构因数

     磁钢固定后,需在磁钢周围注入树脂胶,对磁钢进行防护。树脂胶由树脂和固化剂组成,其中树脂含有羟基结构、固化剂为芳香族聚异氰酸酯。树脂和固化剂混合后,形成树脂胶。因为固化剂中异氰酸酯基,易与水反应生产二氧化碳,影响树脂胶的储存期和固化速度,并导致固化后胶体中存在气泡,影响粘接性能。在树脂胶搅拌过程中,若真空度不足,存在水气进入的风险,导致成型后的树脂胶中存在气孔,存在对磁钢保护失效的风险。

3.改进措施
       钕铁硼永磁体作为磁性能优异的材料,作为永磁体的优质选择,若需继续对钕铁硼材质进行应用,需要对其防护结构、产品结构等进行优化。目前采取改进措施主要有:
       1)采用镍铜环氧镀层取代磷化膜。镍铜环氧镀层由镍铜镀层和环氧树脂涂层组成。其中镍铜镀层有极好的抗溶剂、抗冲击能力,但耐盐雾腐蚀能力较差。环氧树脂涂层耐盐雾腐蚀能力强,选择性抗溶剂。通过两者
相结合,表面防腐性能达到最佳[4] [5]。
       2)采用机械固定代替仅靠胶粘接固定方式。采用压条和树脂胶固定
相结合方式固定磁钢,其中采用压条固定磁钢,有效降低对树脂胶机械性能的要求。
      3)优化树脂注胶环境,配置相应除湿设备、真空配胶、注胶设备,实现在真空环境下配胶、注胶,降低空气对树脂胶的影响程度。
      4)采用磁极盒结构取代磷化磁钢结构,采用整体防护,进一步降低环境等因素对磁钢性能影响。
4.总结
      磁钢作为风力发电机重要组织部分,起到产生磁场的作用。若磁钢发生失效,出现磁钢跳出、粉化等失效,势必导致发电机无法运行而下塔,造成较高的经济损失。目前,磷化磁钢结构出现前期失效情况,综合材料、结构分析,主要原因在于:1)镀层结构耐腐蚀性较差;2)磁钢固定结构强度受气候影响较大;3)树脂胶配胶环境、工艺对胶防护效果存在较大影响,容易出现防护失效。目前,多数发电机制造厂家已经通过对磁钢构、固定方式、注胶工艺提升等角度进行技术优化,降低磁钢失效概率。并且,仍在不断提升结构设计、工艺过程可靠性,经过未来不断提升改进,势必会将失效概率降低到最低。
参考文献
[1]彭楠.NdFeB 永磁体表面电镀Zn-Fe 合金工艺的研究[D].昆明理工大学,2013.
[2]叶陈清,游东宏,丘翠英, et al.钕铁硼表面镍铜磷镀层的制备及其防腐蚀性能研究[J].广东化工,2019:44-45.
[3]赵钦浩,徐晋勇,高波,et al.钕铁硼永磁材料表面防护的研究现状[J].热加工工艺, 2017: 12-16.
[4]刘伟,侯进.钕铁硼电镀技术生产现状与展望[J].电镀与精饰,2012:20-25.
[5]彭楠,王向东,陈小平,et al.钕铁硼永磁体的表面防护技术研究 [J]. 热加工工艺, 2016: 14-16.



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