摘要：风力发电机组是一种将风能转换为电能的设备，由于其清洁、节能、无污染，正在被越来越多的企业所关注。风力发电机又是机组的核心部件，负责整个能量转换的实现，作为电机的关键部件，机座在其中又起着举足轻重的作用。机座结构设计的好坏，直接影响着整个电机的性能和质量，影响着整个风力发电机组的寿命。
关键词：风力发电机；机座；材质；加工；结构；强度；模态
机座作为电机的关键部件，主要作为定子铁心与绕组的机械支撑，并用来固定两端端盖，在风力发电机中还要构成通风系统的风路或风室，顶部还要支撑冷却器。机座是整个电机的外部连接接口，中心高和地脚安装位置是直接与发电机组安装的重要尺寸，侧面安装的主辅接线盒是整个机组电能输出和控制的核心部件。
1机座结构设计
风力发电机机座结构根据电机结构形式可以主要分为两种，水套冷电机为一种圆形结构机座，空空冷和空水冷电机为方形结构机座。
水套冷发电机是将电机冷却方式设计在机座的内外筒之间，在内筒上设计水路，将其热套在外筒上，通过封闭空间形成冷却水路。电机定子铁心绕组安装在机座内筒，绕组运行产生的热量通过内筒传到熟路，经过水循环进行散热。
空空冷或空水冷发电机是将冷却器放置在电机顶部，机座设计为方形结构，在上方设置进风口和出风口，通过内部压力将电机产生的热量经过出风口带到上部冷却器内，冷却器充分进行热交换后将冷空气经过进风口再进入电机内，对发电机进行冷却散热。
图一 公司某型号水套冷机座结构
图二 公司某型号空空冷机座结构
2机座材质的选择
发电机机座的材质选择主要根据生产周期、工艺、成本和生产量进行选择。
第一种为钢板焊接结构的机座，通过退火或者振动时效进行热处理，减少加工后的变形影响。焊接结构机座优点是工艺简单、可操作性强、无需制作专用工装，生产周期短，机座重量轻；缺点是批量生产成本高、抗振性能差，需在结构上采取防振措施，进行有限元分析。
第二种为铸造材质的机座，通过专用的模具进行铸造，适合批量生产。此结构的优点是机座具有良好的抗振性，利用模具可以批量生产，成本相对较低；缺点是生产周期长，模具费用高不适合单件生产，铸件产品缺陷多，容易产生废品，加工余量大，重量较重。
3机座加工方式的选择
风力发电机机座长度约2000mm左右，体积较大，重量约1200kg，现在一般有两种加工方式。
第一种的工艺路线为：划线--粗铣座板--粗镗止口--精铣座板--精镗止口--立装加工--钻工端面孔及侧面孔--配钳--检测--交验。
第二种的工艺路线为：划线--粗铣座板--粗车止口--精铣座板--精车止口--立装加工--钻工端面孔及侧面孔--配钳--检测--交验。
两种加工方案的主要区别在粗、精止口工序。第一种的加工设备为悬臂镗床，在加工时以地脚为定位面，将机座水平放置，悬臂镗床主轴与机座轴线重合，加工两端止口时不用机座掉头，可通过刀头伸缩实现一次加工完成，同轴度较好；第二种设备为立式车床，卧车体积较小无法加工，立式车床先加工一端止口，上下翻转机座，通过校正已加工止口为基准，再精车另一端止口，由于机座长度较长，校正时难操作，同轴度略差，一般不采用此方案。
4机座有限元分析
风力发电机机座在运行时承受定子铁心重量、端盖及转子重量、单边磁拉力和转矩等，应该具有良好的刚强度性能，否则会引起机座变形，导致电机轴承异音，甚至对于气隙较小的电机可能发生定转子相蹭，严重时发生扫膛等重大机破事故。一般机座设计完成后要进行刚强度有限元分析，先进行三维建模，导入ANSYS软件进行分析，对机座的最大应力值和最大变形量进行识别，若超出一定的安全系数，应进行改进结构，在重新分析，直到达到预期目标值。
同时还应对机座进行模态分析，由于电机实际运行时与电网连接，电网频率一般为50Hz，机座模态分析的频率应该避开电网频率的一倍和二倍频率，大于其频率的±7%，避免由于双频共振产生的质量问题，使电机不能安全运行。
5小结
电机机座作为风力发电机的关键部件，对电机性能及安装起着重大作用，设计一个结构合理、成本较低的机座，同事兼顾机座的刚强度性能，在当今风火同价愈演愈烈的形势下，成本已成为风力发电机最大的焦点，希望能够运用先进的软件来进行辅助分析，提高电机的可靠性，延长使用寿命，保证利益最大化。
参考文献
[1]陈世坤。《电机设计（第2版）》。西安交通大学，机械工业出版社.
[2]濮良贵.《机械设计（第8版）》.西北工业大学，高等教育出版社.
论文作者:李新奇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/26
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