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风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

文章出处:吉川科技 人气: 发表时间:2017-09-07 17:18

随着地球上不可再生能源的逐渐枯竭,全世界都认识到了可再生能源的重要性,并开始对风电产业的发展高度重视。作为风电机组中最为重要的部件,叶片在风电机组中起着不可替代的作用。一个拥有优良设计、可靠品质和高效性能的风电叶片是保证整个风电机组可以正常运行的关键因素。

通过对风电叶片进行合理的打磨清理,能有效地提高叶片的表面质量,为后续的喷漆工艺提供基础。但由于风机叶片尺寸巨大,在喷砂生产过程中,喷砂设备笨重,工人工作量大,且落砂难以循环利用,需人工收集,并且容易掺入杂物,导致工作效率低而易造成生产线暂停,无形中增加了生产成本,对机器也有一定的损伤,同时,工人的劳动安全也不能得到很好的保障。为了解决上述问题,本课题研究了实用的风电叶片喷砂系统,能有效地减少其制造及加工成本,并且能有效降低作业强度和粉尘危害,是把作业人员从高污染,大劳动强度的作业环境中解放出来的有效方法。

1 风电叶片喷砂系统方案设计

1.1 喷砂系统结构布置

基于世界上先进的三维可视化软件UG NX,通过反复的迭代分析设计,确定了图1 所示的风电叶片喷砂系统的三维结构图,该设计主要由三大系统组成。

(1)输送系统。包括横向铰龙输送装置、纵向铰龙输送装置、斗式提升装置及回收接口装置等。

(2)喷砂系统。包括喷砂机、储料罐及回收设备、除尘设备等。

(3)电气控制系统。主要是由各中电气元件和PLC 可编写程序控制器组成,如图1 所示。

风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

叶片喷砂处理三维结构图

1.2 喷砂系统工作流程

风电叶片喷砂系统的工作流程,如图2 所示

风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

工作流程示意图

2计喷砂系统主要结构设

2.1 螺旋输送机设计参数的确定

影响着螺旋输送机的输送能力的因素是其基本参数。砂料的特性决定着螺旋输送机中的运输条件、允许的输送量以及转动速度,所以具有非磨琢性的物料与具有磨琢性的物料比较而言,可以在U 型槽中装的更满一些,转速可更高些。

(1)物料的运动分析

在螺旋运输机中,物料不会随着螺旋叶片回转而运动,只会在叶片推动下沿着螺旋前行。在运输过程中,物料颗粒的运动轨迹会受到螺旋叶片回转的影响,其运动轨迹并非一直沿轴向线方向作不变的直线运动,而是在随着螺旋轴一直做着复合运动,是一种空间上运动轨迹。

(2)计算输送量:

风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

输送量公式

式中:Q 为输送量(t/h);ψ 为物料填充系数;β0为倾斜系数;k 为螺距与直径比例系数,由选定规格的螺旋输送机计算求值;r为物料容重(t/m3);n 为转速(r/min);D为螺旋直径(m).

根据调研生产厂家给出的数据得:

树脂砂的理论容重r:1.6 t/ m³;

螺旋直径D:300 mm.

根据上式,可计算得铰龙满载荷下理论输送量:

每根横向铰龙理论输送量:Q = 34 t/h;

每根纵向铰龙纵向理论输送量:Q = 68 t/h.

(3)校核螺旋直径螺旋直径可按下式计算:

风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

校核螺旋直径螺旋直径公式

式中:Q 为输送量(t/h);K为物料特性系数;ψ为物料填充系数;c为倾斜系数。

查表得K = 0.0558,ψ = 0.33,c = 1.0. 将以上数据代入,计算得:D≥0.260 m.由此可知:D = 300 mm符合输送要求。

(4)螺距轴螺距的计算通常可按下式计算螺距:

S = kD

对于标准的螺旋运输机而言,k 值通常取为0.8 —1;当机器倾斜放置或运输砂料流动性较差时,k≤0.8;当水平布置时,k 值可以取0.8 —1.

所以可选取k = 1,则螺距s = 0.300 m.

2.2 喷砂机的选型设计

喷砂机的选型需要根据喷砂效果、加工效率、加工工件的尺寸、工件的表面粗糙度要求等因素来确定。风电叶片的具体工作参数如下:

(1)叶片表面光泽柔和,没有反光现象;

(2)叶片表面加工速度需要达到300 m2/h;

(3)最大加工叶片长约为80 m;

(4)叶片加工表面需要达到Ra≤15 μm.

综合上述条件,目前市场上JCK-1100 和KPBS-2R1990 两种喷砂机满足要求。两者的参数比较见表1.

风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

对比两种喷砂机的性能,最终选择功率大、效率高的JCK-1100 型喷砂机。

2.3 螺旋输送系统设计

(1)横向铰龙输送装置

如图3 所示,横向输送装置由机架、输送电机、减速器、轴承支座和螺旋轴等组成,长5.8 m.按生产需求运行,当喷砂机工作三小时后,横向铰龙启动开始工作。

风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

横向铰龙输送装置结构图

1)机架为钢架结构,主要由角钢构成。

2)整个传输过程要求输送平稳,定位准确。因此,选用附加了圆盘型直流电磁制动器的Y 系列立此全封闭自冷笼型异步电动机,采用三相电源。该电

机拥有运行可靠、寿命长、使用维护方便、性能优良、占地小、质量小、转动惯量小、用料省等优点。

3)减速器采用单级针轮减速机,可与输送电机直接连接。为保证电机、减速器工作时运行平稳,输送准确,需将减速器另用支架进行固定。

(2)纵向铰龙输送装置砂料

通过横向铰龙继续向前输送,自动落入由纵向铰龙构成的纵向输送线中。由机架、输送电机、减速器、悬挂式轴承支座、螺旋轴和盖板等构成了纵向铰龙输送机构。由于提升机的缘故,轴承支座无法安装在地面上,所以采用悬挂式轴承支座。纵向铰龙结构装置如图4 所示。

风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

纵向铰龙输送装置结构图

2.4 落料回收系统设计

为了更加方便喷砂打磨叶片,将回收装置建在地下,这样就不会阻碍叶片通过工作区域,而且这样做也更加方便工作人员来收集喷砂时散落的树脂砂及喷砂过程中产生的灰尘,如图5 所示。本设计将回收装置和系统的支撑结构一同放入地下,交叉布置,这样可以均分叶片通过时的载荷。所以,需要把铰龙与平板钢材之间这部分用薄板制成倒“V”字形状,有利于喷料的堆积与回收。

风电叶片表面喷砂处理系统结构设计

在参考了美国ABB 公司的蜂窝地板技术上,通过多次的优化改进了系统中所使用的平板钢材。由于回收装置中所使用的板材是2 mm 后的薄板,很容易损坏或者变形,为了降低制造成本和维修费用,将其作为一种可拆卸,可更换的模块化组合,大大降低了回收设备的维修成本,节约了维修时间。作为模块化板材,在更换时无需现场切割与焊接,方便日常维修保养。

2.5 除尘系统设计

为了及时地将喷砂打磨清理过程中产生的粉尘吸走,需要安装除尘系统。这样可以很好地改善喷砂打磨人员的工作环境,降低工作区域内的粉尘污染,有利于喷砂打磨人员更好地工作,提高风电叶片打磨的工作效率。

本设计系统中采用了PL-单机除尘器作为预处理装置,将含有粉尘的气体吸入除尘器中,粉尘会在机器内经过两级过滤。开始先改变气流的速度和气流方向,使粉尘中的大颗粒因为重力作用和惰性而落入堆积箱内,再让初级净化的气体进入单机除尘器主体,通过第二次过滤后,使排放灰尘达到环保要求排出,从而确保了工作环境。

2.6 照明和电气控制系统设计

(1)照明

为了保证喷砂作业安全和提高打磨清理质量,需要安装照明设备。在喷砂系统照明中,通常采用防尘防爆灯。根据风电叶片喷砂特征,需要采用侧面照明的方法,一共需要十六盏,一面墙上八盏灯。

主要技术参数:

① 照明灯规格:防尘防爆灯(250 W);

② 使用电源:220 V,50 Hz.

(2)电气控制

本设备采用PLC 控制整个设备,该控制系统既可以实现自动控制(联锁控制),也可实现每个单元的单独控制。在正常工作情况下,操作人员采用自动控制进行喷砂作业,当喷砂系统出现问题时,则需要通过单独控制来检修设备。

3结束语

总结这次风电叶片表面喷砂处理系统结构设计:利用三维软件进行设计,提高了设计速度;通过理论计算,指导零件尺寸设计,提高零件使用周期;参考其他行业相似成功结构并结合本行业特点进行设计,提高了设计可靠性。

该喷砂系统通过设计改造后,大大地提高了工厂的叶片打磨能力,并极大地改善了工厂的作业环境。该系统采用PLC 控制,提高了自动化程度,操作方便。整套喷砂系统的运行只需2—3 名操作人员,每小时可完成300 m2 左右叶片表面处理工作,提高了生产效率,工作车间也较为整洁,减少了环境污染,产品质量得到了提高。

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