灌封胶在风力发电机转子磁极盒上的性能对比分析

田雁飞，郭永艳，党铭铭

（湖南有色金属职业技术学院，湖南 株洲412000）

海上风力发电机的运行环境状况十分复杂，其环境中包括盐雾、潮湿、冷热交替等恶劣情况。由于海上风力发电机会受到盐雾及高湿度环境影响，因此在电机设计和制造过程中必须考虑盐雾和潮湿两个影响因子，在电机制造过程中需要做特殊的防腐处理来抵御海上空气中强烈的腐蚀[1]。

转子是发电机的重要组成部分，该电机转子是采用转子磁极盒的结构，它是转子制作过程中上重要的零部件。若转子磁极盒内磁钢失磁将造成整个电机无法运行。因此在转子磁极盒内部进行灌封来提高转子磁极盒的可靠性。

永磁风力发电机转子磁钢粘接常用的胶粘固化剂有聚氨酯胶粘剂与环氧树脂胶粘剂，为研究这两种胶粘剂的优劣性，从胶粘剂的反应机理及物理特性出发进行试验分析，确定两种材料的优缺点，为转子磁极盒灌封材料的选取提供依据。

1 灌封材料的选取

1.1 聚氨酯胶粘剂

聚氨酯胶粘剂是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团或异氰酸酯基的胶粘剂。按反应组成分类按反应组成可分为多异氰酸酯胶粘剂、含异氰酸酯基的聚氨酯胶粘剂、含羟基聚氨酯胶粘剂和聚氨酯树脂胶粘剂[2]。

从图1可以看出固化剂与水发生反应产生了二氧化碳，影响粘接剂的储存期和固化速度，并导致粘接剂固化后胶体中有气泡，影响粘接性能。聚氨酯胶粘剂对湿气比较敏感，因此聚氨酯胶粘剂对使用环境要求比较苛刻。

图1聚氨酯反应机理

1.2 环氧树脂胶

环氧树脂是指分子结构中含有2个或2个以上环氧基，并在适当的化学试剂下形成三维网状固化物的化合物的总称，是一类重要的热固性树脂。环氧胶粘剂对环境湿气不敏感，同时其耐腐蚀性较好。

环氧胶粘剂耐腐蚀原理：

图2环氧胶粘剂耐腐蚀机理

从环氧胶粘剂和聚氨酯胶粘剂的反应机理来看，聚氨酯胶粘剂对应用环境的要求较高，而环氧胶粘剂耐环境腐蚀较好，在恶劣的环境下使用能给产品提供很好的防护。

1.3 胶粘剂物理性能对比

表1胶粘剂物理性能

混合后粘度 448 472.3硬度（Sh-D） 79 72 Tg/℃ 32 40树脂：1.21固化剂：0.98保质期 2年 1年吸水率/%25℃48小时 0.55 0.60密度/g/m l 树脂：1.50固化剂：1.22 50℃2小时 0.44 0.40 80℃2小时 0.91 1.09

从表1可以看出，环氧比聚氨酯混合物粘度低、硬度和Tg略高、吸水率略低[3]。

将环氧胶粘剂与聚氨酯胶粘剂对比分析，发现环氧胶粘剂对环境要求不高，工艺性能好，有利于产品小间隙的填充；环氧胶粘剂耐腐蚀能力强，将其用在风力发电机转子磁极盒灌封上能给磁极盒提供强有力的保障。

2 胶粘剂试验验证

2.1 试验内容

根据国标GB/T7124胶粘剂拉伸剪切强度测试方法的要求，制作如图3所示的试验试样。

图3拉伸剪切强度试验样件

为测试试件的性能，如下试验，具体步骤如下：

（1）冷-热冲击试验：高温80℃±3℃，低温-30℃±3℃，冷热温差110℃±6℃；每个周期8h（高、低温分别为4h），温度转换时间小于3min，共12周期。

（2）交变盐雾试验：氯化钠水溶液5%±1%，每个周期170h（2h喷雾，168h湿热储存），共4个周期。

（3）长时低温试验：（-55℃±3℃）/96h。

（4）长期浸水试验：室温浸水32天，即768h。

2.3 试验结果

表2两种胶粘剂耐环境试验结果（基材0Cr18Ni9Ti）

表2的数据说明，交变盐雾试验和浸水试验对胶粘剂的腐蚀性比较大。经过4个周期的交变盐雾试验后，聚氨酯胶粘剂的中值保持率仅为37%，下降了63%；环氧胶粘剂的中值保持率为78.3%，下降了21.7%。经过32天浸水试验，聚氨酯胶粘剂的中值保持率为65.6%，下降了34.4%；环氧胶粘剂的中值保持率为81.1%，下降了18.9%。试验结果表明，环氧胶粘剂耐候性较聚氨酯胶粘剂好。

3 模拟产品结构试验验证

3.1 试验用模拟样件结构

为对聚氨酯胶粘剂和环氧树脂胶粘剂进行充分的对比验证，同时分析两种胶粘剂在实际产品中运用情况，制作了如表3所要求的模拟样件。

表3模拟样件结构

3.2 试验方案

试验周期为2个周期，每个周期的试验因子及试验顺序：冷热冲击（6周期）→机械振动（垂直振动5h）→冷热冲击（6周期）→机械振动（水平振动5h）→交变盐雾（2周期）→浸水（14天）。

3.3 试验结果

（1）试验前模拟样件。

图4模拟样件A、B实物图

（2）表面防护样件试验结果。

图5 A1、B1模拟样件解剖图

从图5可以看出：

①样件外观：A1表面有2/3的面积凸起，高度约为3mm，B1表面有两处凸起，高度约为1～2mm。

②玻璃布拆除后外观：A1表面有许多生锈的磁钢屑，清理磁钢屑后，三块磁钢有不同程度的腐蚀，腐蚀深度约为1～2mm，B1磁钢表面有两处腐蚀点，深度度约为1mm，有一块磁钢没有被腐蚀。

③端部外观：A1样件导流条下的胶样存在气泡（见A1-4），导流条与压条之间同样存在气泡（见A1-5）；B1样件胶粘剂填充饱满。

④样件解剖后外观：A1、B1磁钢与磁钢，磁钢与磁轭之间的间隙胶粘剂填充饱满。

（3）表面未防护样件试验结果。

图6 A2、B2模拟样件解剖图

从图6可以看出：

（1）样件外观：A2、B2表面大面积凸起，高度约为5mm。

（2）玻璃布拆除后外观：A2表面有许多生锈的磁钢屑，清理磁钢屑后，三块磁钢有不同程度的腐蚀，腐蚀深度约为1～5mm不等，B2磁钢表面有三处腐蚀点，深度约为1～3mm；从拆除的过程看，两个样件玻璃布与磁钢之间的密封效果已经失效，玻璃布和磁钢之间除了有磁钢屑，还有大量空气存在。

（3）端部外观：A2样件导流条下的胶样存在气泡（见A2-4），B2样件胶粘剂填充良好。

（4）样件解剖后外观：A2样件磁钢与磁轭之间有小面积存在胶粘剂填充不饱满（见A2-5），A2样件磁钢与磁钢之间的间隙胶粘剂填充饱满；、B2磁钢与磁钢，磁钢与磁轭之间的间隙胶粘剂填充饱满。

4 结论

（1）从表面防护和未防护的模拟样件来看，经一系列的环境试验后，磁钢表面均有不同程度腐蚀，但经表面防护的样件要比表面不进行防护处理的样件腐蚀略小。

（2）从表面防护和未防护的模拟样件来看，经一系列的环境试验后，环氧胶粘剂灌注的样件要比聚氨酯胶粘剂灌注的样件腐蚀略轻。

（3）与聚氨酯胶粘剂相比，环氧胶粘剂对环境要求不高，工艺性能好，有利于产品小间隙的填充。

（4）与聚氨酯胶粘剂相比，环氧胶粘剂耐盐雾、水和冷热冲击等环境腐蚀能力强，有利于目前开启式风力发电机的环境防护。