第七章 风力发电机组传动系统
风力发电机组的变速箱与传动系统
风力发电机组的变速箱与传动系统随着对可再生能源的需求和开发不断增加，风力发电逐渐成为现代世界中非常重要的能源来源之一。
风力发电机组作为其中最关键的装置之一，其性能和效率的提高成为业界关注的焦点。
而变速箱与传动系统作为风力发电机组中起到至关重要作用的一部分，对其性能和效率有着重要的影响。
变速箱与传动系统在风力发电机组中的作用至关重要。
风力发电机组通过风力驱动叶片旋转，产生机械能，进而转化为电能。
而风力在不同风速下的大小是变化的，因此风力发电机组需要对不同风速下的机械能进行调节，以保持机组运行的稳定和效率的最大化。
这就需要变速箱与传动系统来实现不同风速下的机械能转化和传递。
首先，变速箱在风力发电机组中起到了调节风力与发电机转速之间的关系的作用。
随着风速的变化，发电机转速需要相应地调节，以保持发电机运行在最佳转速范围内，从而提高发电效率。
而变速箱正是通过改变叶片与发电机转子之间的传动比例来实现这一调节。
当风速较低时，变速箱可以通过提高传动比例来增加发电机转速；而当风速较高时，则可以通过降低传动比例来减小发电机转速。
这样一来，风力发电机组可以在不同风速下都能保持高效、稳定的发电状态。
其次，传动系统在风力发电机组中起到了将机械能转化为电能的作用。
风力发电机组的叶片旋转产生的机械能需要通过传动系统将其转化为电能。
传动系统通常由传动轴、齿轮、发电机等组成。
其中齿轮的作用是将叶片旋转产生的机械能传递给发电机转子，在转速、转矩等方面起到调节作用。
传动轴则负责将机械能从齿轮传递给发电机转轴。
通过这样的传动过程，风力发电机组变速箱与传动系统将机械能转化为电能，实现了风能资源的高效利用。
当然，对于风力发电机组的变速箱与传动系统来说，其设计与制造需要满足一系列的要求和挑战。
首先，由于工作环境的特殊性，风力发电机组的变速箱与传动系统需要具备较高的可靠性和耐久性。
由于风力发电机组通常设在海上或者高山等恶劣环境中，受到的风力、湿度、温度等因素的影响较大，因此变速箱与传动系统需要能够承受极端的环境条件，确保其长时间、稳定的运行。
风力发电机组传动系统设计与性能评估
风力发电机组传动系统设计与性能评估一、引言风力发电机组传动系统是风力发电系统的核心组成部分之一，其设计与性能评估对于风力发电系统的效率和安全性至关重要。
本文将详细介绍风力发电机组传动系统的设计原理和关键要素，并对其性能进行评估。
二、风力发电机组传动系统设计原理1. 传动系统的组成风力发电机组传动系统主要由风机、轴、齿轮箱、发电机等组成。
其中，齿轮箱是传动系统中的关键组件，负责将风机的旋转运动转换为发电机的电能输出。
因此，在设计之初，需确保传动系统各部分的匹配性和协调性。
2. 设计要求和约束在传动系统的设计中，需要考虑一系列的要求和约束，包括但不限于：- 发电机的额定功率和转速要求- 风机的最大功率和转速- 齿轮箱的传动比和传动效率- 齿轮箱的可靠性和耐久性- 材料的选择与使用寿命- 结构的设计和维修便捷性等3. 传动系统的设计思路在传动系统的设计过程中，可以采用如下思路：- 首先，确定发电机的额定功率和转速要求，确定风机的最大功率和转速；- 其次，根据风机的输出需求和发电机的输入要求，选择适当的传动比；- 然后，根据传动比，选取适当的齿轮组合，以达到最佳传动效率；- 最后，结合材料的选择和结构的设计，确保传动系统的可靠性和耐久性。
三、风力发电机组传动系统性能评估1. 传动效率评估传动效率是评估传动系统性能好坏的重要指标，其计算方法为：传动效率 = (风机输出功率 - 齿轮箱损失功率) / 风机输入功率 × 100%需要注意的是，齿轮箱损失功率包括齿轮轴承摩擦损失、齿轮啮合损失等。
2. 结构可靠性评估结构可靠性是评估传动系统运行稳定性和安全性的关键指标，可以通过以下几个方面进行评估：- 材料的强度和抗疲劳性评估：利用材料力学知识，计算材料的强度和疲劳寿命，确保材料的可靠性；- 结构的振动与噪声评估：通过有限元分析等方法，预测系统在工作过程中的振动和噪声，并采取相应的减振与降噪措施；- 结构的可维修性评估：设计结构时要考虑维修的便捷性，确保在故障发生时能够及时修复。
风力发电机传动系统的动态特性研究
风力发电机传动系统的动态特性研究风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已逐渐成为世界各国发展低碳经济的重要手段之一。
而风力发电机传动系统作为风力发电的核心部件，其动态特性的研究对于风力发电机的性能提升和可靠性提高具有重要意义。
本文将就风力发电机传动系统的动态特性进行深入探讨。
一、风力发电机传动系统的基本结构风力发电机传动系统由风轮、主轴、齿轮箱和发电机等组成。
风力发电机传动系统的任务就是将风轮转动的低速高扭矩运动转换为发电机所需的高速低扭矩运动，并将机械能转化为电能输出。
二、风力发电机传动系统的动态特性分析1. 传动系统的动力学特性风力发电机传动系统是一种动力学系统，其动力学特性是研究的重点。
传动系统的动力学特性主要包括振动、噪声、冲击和动态响应等方面。
通过对风力发电机传动系统的动力学特性进行研究，可以更好地了解其运行特点和性能指标。
2. 风力发电机传动系统的振动分析风力发电机传动系统中的振动问题是常见的，主要体现在齿轮箱和主轴上。
传动系统振动会导致噪声和机械疲劳等问题。
因此，通过振动分析可以评估和改善传动系统的结构设计和工作性能。
3. 风力发电机传动系统的噪声研究风力发电机传动系统中的噪声问题是制约其应用的重要因素之一。
传动系统的噪声主要来自齿轮啮合、轴承和机械振动等因素。
通过研究传动系统的噪声特性，可以制定相应的控制策略，降低传动系统的噪声水平，提高其工作环境的舒适性。
4. 风力发电机传动系统的冲击分析在传动系统运行过程中，由于载荷突变或齿轮啮合不良等原因，会产生冲击现象，进而影响传动系统的工作稳定性和可靠性。
通过冲击分析，可以找出传动系统中的冲击源，并采取相应的措施来减小或消除冲击，从而提高传动系统的运行效率和寿命。
5. 风力发电机传动系统的动态响应研究风力发电机传动系统的动态响应是研究的重点之一。
传动系统的动态响应主要包括转矩波动、速度波动和位移波动等方面。
通过对传动系统的动态响应进行研究，可以更好地了解其受力情况和变形情况，为其设计和改进提供参考依据。
风力发电机组机械传动系统设计及动力学仿真
风力发电机组机械传动系统设计及动力学仿真一、设计概述风力发电机组机械传动系统是将风力转化为机械能的关键组成部分，其设计对提高发电效率、增加可靠性和降低维护成本至关重要。
本文将着重介绍风力发电机组机械传动系统的设计原理、关键参数选择以及动力学仿真分析。
二、机械传动系统设计原理1. 传动系统类型选择：常用的传动系统类型包括直接驱动和变速箱驱动两种。
直接驱动适用于小型风力发电机组，其特点是简单、可靠，但在低风速下效率较低；变速箱驱动适用于大型风力发电机组，通过变速箱将风轮的转速匹配到发电机的额定转速，实现高效发电。
2. 风轮和发电机匹配：选取合适的风轮和发电机是机械传动系统设计的关键。
风轮需要根据地理条件和预计风速来确定，同时考虑到复杂的气象条件和气候变化对风轮的影响。
发电机的额定功率和转速需与风轮匹配，同时还需考虑闭塞风速和过载保护等因素。
3. 传动比选择：传动比决定了风轮转速与发电机转速之间的关系。
传动比的选择需综合考虑风轮特性曲线和发电机转速范围，以使风轮在不同风速下始终运行在最高效率点附近。
同时还需考虑最大功率点跟踪和系统的安全性。
三、关键参数选择1. 风轮直径和叶片数：风轮的直径和叶片数直接影响到风轮的承载能力和风能捕捉效率。
通常情况下，风轮直径越大，叶片数越多，能够捕捉到的风能就越多。
因此，在设计中需根据实际情况选择合适的风轮直径和叶片数。
2. 传动系统转速范围：传动系统转速范围的选择需考虑到风速变化的范围，使传动系统在各种风速下都能提供稳定的输出功率。
同时还需考虑到发电机的额定转速和稳定工作的要求。
3. 超额转速保护：在设计中需考虑到防止传动系统超过额定转速而造成的损坏。
通常采用机械刹车、电磁刹车或液力制动器等方式来实现超额转速保护。
四、动力学仿真分析1. 动力学仿真软件选择：可以利用MATLAB/Simulink、Adams等软件进行风力发电机组机械传动系统的动力学仿真分析。
通过对传动系统的建模和仿真，可以准确预测系统的运行状况、输出功率以及各个关键部件的受力情况。
风力发电机传动
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迷宫+油封密封
迷宫和油封同时防止 油脂泄漏
特点：密封效果较好， 迷宫密封免维护
主轴部件
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主轴部件
综上密封结构分析： 1.密封油脂一般用油封，迷宫，V形密封圈和毛毡 2.防水和防尘一般用V形密封圈，油封副唇
选用密封结构时，应综合考虑成本，风场环境和机舱防护效果，维护 方便和成本。
如风场在沙漠地带且机舱防护效果较差，密封结构就应有V形密封圈 或油封副唇
如风场在海上，密封要求高且维护不便，则可采用迷宫+油封或双油 封密封的结构。
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风轮锁紧机构
传动系统上一般有两个制动，一个是高速轴液压制动，另一个就低速 轴风轮锁紧机构
风轮锁紧机构作用：当维护人员进入风轮时，防止风轮转动的安全 措施。（防止误操作导致高速轴制动器松开或与液压系统一起制动）
低速轴风轮锁紧机构有很多种，常见的液压式和手动式，固定端一般 安装在机舱底架上或轴承座上，旋转端一般是主轴大法兰端或与主轴相 联的定位盘上。
主轴部件主要作用：把风轮传来的风能传递给增速箱，承受大部分 或所有风载（除转矩外）。
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三点支撑 主轴部件
主轴部件
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主轴部件
2.1主轴 主轴是一般是由优质合金钢锻造而成的阶梯轴，具有较高
的强度，刚度和耐疲劳性能。 最近几年国内风场也出现过主轴断裂的事故，主轴断裂位
置一般为主轴的前轴承应力集中位置。 故主轴选材，结构设计，对应力集中的处理，及锻造质量
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风力发电机 弹性支撑
增速机、联轴器、发电机
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第三讲小结 1.常见增速机的分类 2.常见增速机减支撑类型 3.常见联轴器类型 4.常见发电机分类
第三讲小结
风力发电机组传动系统设计与优化
风力发电机组传动系统设计与优化传动系统是风力发电机组中至关重要的组成部分，它负责将风力转化为机械能，并传递给发电机发电。
一个高效可靠的传动系统对提高风力发电机组的性能至关重要。
本文将介绍风力发电机组传动系统的设计与优化。
1. 传动系统概述风力发电机组传动系统主要包括风轮、传动轴、齿轮箱和发电机。
传动系统的设计目标是提供可靠的传动效率，并将风轮的旋转速度转化为发电机所需的转速。
2. 齿轮箱设计齿轮箱是传动系统中最关键的部分，它负责将风轮旋转速度增大数倍，以匹配发电机所需的转速。
齿轮箱设计需要考虑以下因素：- 负载能力：齿轮箱需要能够承受来自风轮的变化负载，以及在整个寿命期内保持可靠。
- 齿轮选择：根据风轮大小和转速，选择合适的齿轮比例来实现所需的转速调节。
- 润滑系统：齿轮箱需要可靠的润滑系统来减少摩擦和磨损，并提供冷却效果。
- 防震设计：风力发电机组运行时会受到环境的振动和冲击，齿轮箱需要具备良好的防震性能，以保证传动系统的可靠性和寿命。
3. 传动轴设计传动轴负责将齿轮箱的输出转动传递给发电机。
传动轴设计需要考虑以下因素：- 强度和刚度：传动轴需要足够的强度和刚度来承受传输的扭矩和变化负载。
- 材料选择：根据传动轴的长度和工作条件，选择合适的材料来保证传动轴的强度和轻巧性。
- 对中性：传动轴的设计需要保证轴与齿轮箱和发电机之间的良好对中性，以减少振动和摩擦。
- 润滑和冷却：传动轴需考虑良好的润滑和冷却方式，以保持正常运转和避免过热。
4. 发电机设计风力发电机组的传动系统最终将机械能转化为电能，发电机的设计需考虑以下因素：- 效率：发电机需具备高效率的电能转换能力，以最大程度地利用机械能。
- 电压调节和稳定：发电机需要具备稳定的输出电压，可根据电网负荷需求进行调节。
- 维护和可靠性：发电机需要易于维护，以保障长期的可靠运行。
- 降低损耗：发电机的设计需要减少线圈和铁芯的损耗，提高发电效率。
5. 优化与改进为了提高风力发电机组传动系统的性能，可以采取以下优化措施：- 优化齿轮箱的设计，提高传动效率和负载能力。
风力发电机组传动系统的设计及动力传输效率优化
风力发电机组传动系统的设计及动力传输效率优化1.引言风力发电作为一种清洁、可再生能源，正逐渐成为全球能源供应的重要组成部分。
而风力发电机组传动系统是将风能转化为电能的关键部分。
本文将介绍风力发电机组传动系统的设计和动力传输效率优化。
2.风力发电机组传动系统的设计2.1 主要部件风力发电机组传动系统主要由主轴、减速器、发电机和变速器等部件组成。
其中，主轴是承载叶片转动力矩的关键部件，减速器用于将风轮转速降低到发电机的额定转速，发电机将机械能转化为电能，变速器用于调整整个系统的输出功率。
2.2 传动比的选择在设计风力发电机组传动系统时，需要合理选择传动比，以实现高效的能量转换。
传动比过大会导致转速过低，发电机转速无法达到额定值，降低发电效率；传动比过小会导致转速过高，增加风力发电机组的耐久性和维护成本。
因此，需要进行系统级的优化设计，综合考虑功率、转速和效率等因素。
2.3 材料选择与结构设计在风力发电机组传动系统的设计中，材料选择对系统的性能和寿命有重要影响。
例如，为了提高齿轮传动的耐磨性和寿命，应选择高强度的材料，并进行合理的热处理和表面处理。
此外，还应考虑减少系统的摩擦损失，采用低摩擦材料和润滑剂，优化结构设计，降低部件之间的摩擦和干涉。
3.动力传输效率优化3.1 摩擦损失的降低摩擦损失是风力发电机组传动系统中能量损失的主要来源之一。
为了降低摩擦损失，可以采取以下措施：- 优化润滑系统：选择合适的润滑油和润滑方式，保证传动部件的充分润滑。
- 摩擦副材料和涂层的优化：选择低摩擦系数的材料和表面处理，减少摩擦损失。
- 接触应力的优化：合理设计接触面的几何形状和尺寸，减小接触应力，降低摩擦损失。
3.2 转速控制的优化风力发电机组传动系统的转速对发电效率有直接影响。
优化转速控制可以提高系统的动力传输效率。
一种常用的方法是使用变速器调整发电机转速，使其与最佳风速相匹配。
此外，还可以采用电子控制系统，实时监测风速和转速，调整发电机负载，确保其在额定转速范围内运行。
风力发电机组的传动系统
风力发电机组的传动系统风力发电是近年来崛起的一种清洁能源，风能转换成机械能驱动风力发电机组，再经过传动系统转化成电能，最终输送到电网供应给用户。
传动系统是风力发电机组的核心部分，其工作稳定性和效率关系到风电设备的整体运行效果，具有重要作用。
本文将对风力发电机组的传动系统进行探讨分析。
一、传动系统概述传动系统由传动装置与变速器组成，传动装置是将叶轮机械转换的旋转动能传递到发电机的配套装置，主要通过两根磁铁杆和闭合线圈产生电压，输出交流电能。
传动装置有平行轴传动、差速传动和全直传动三种形式，其中以平行轴传动最为常见。
平行轴传动将叶轮旋转的转矩传递给多级齿轮，再由齿轮带动转子旋转，输出电能，完整的传动系包括叶轮、齿轮传动系统、发电机等多个部分。
变速器是传动系统的关键部分，受到来自风能的风速波动和不均匀性的影响，需要动态调节转速以确保发电机的输出功率稳定。
我们常见的变速器有机械变速器和液力耦合器两种形式，液力耦合器可以实现无级调速，并具有体积小、质量轻、安装方便的特点，但相对来说其转矩传递效率低，需要不间断地保证油液的质量和流量，维护成本高。
机械变速器则依靠多组齿轮拼齐来实现变速，有着传动效率高、维护成本低的优点，但其切换速度较慢，并且在高转速、大扭矩和极端天气环境下易出现失速问题。
为了保证传动系统以及变速器的稳定性和可靠性，风力发电机组常配备护壳和冷却系统，尤其在极端气候环境下更需要重点关注。
二、传动系统的优化传动系统的稳定性和效率直接影响风力发电机组的长期运行效果，因此需要通过一系列优化措施来提高传动系统的质量和性能稳定性。
以下是几种有效的优化手段：1.降低传动系统的噪声和振动：传动系统需要使用长寿命耐磨材料，以减少设备的损耗和维护成本。
2.提高变速中转换效率：液力变速器使用液体能量可以带来不错的效果，但是需要注意维护油液质量并及时更换，以避免机械故障。
3.采用保温和散热措施：传动系统在高速旋转时会产生高温，因此需要配备高效冷却系统，以防止风力发电机组在高温下失去稳定性和效率。
风力发电机组传动系统设计与分析
风力发电机组传动系统设计与分析随着能源需求不断增长，清洁能源的重要性日益凸显。
风力发电作为一种环保、可持续的能源形式，受到了广泛关注。
风力发电机组作为风力发电系统的关键组成部分，其传动系统的设计与分析至关重要。
本文将重点探讨风力发电机组传动系统的设计原理和性能分析。
一、传动系统设计1.传动系统类型风力发电机组的传动系统通常包括风机、主轴、传动轴、齿轮箱等组件。
根据不同的传动方式，传动系统可分为直驱式和间接传动式两种。
直驱式传动系统将风机直接连接到发电机，简化了结构，减少了能量损失，提高了传动效率；而间接传动式通过齿轮箱等部件进行传动，能够实现更大的变速比和更广泛的适应性。
2.传动比选取传动比的选择直接影响到风力发电机组的输出功率和效率。
通常情况下，传动比选择应根据风机的额定转速和发电机的额定转速来确定，以实现最佳匹配。
过大或过小的传动比都会影响系统的性能，应该在设计中进行合理优化。
3.传动轴设计传动轴作为传递动力的重要元件，其设计需要考虑受力情况、转速要求等因素。
传动轴的材质、直径、壁厚等参数需要根据实际工况来确定，以保证其在运行过程中的稳定性和可靠性。
二、传动系统分析1. 动力学分析在风力发电机组运行过程中，传动系统承受着来自风叶转动产生的扭矩和转速的变化。
通过动力学分析，可以确定传动系统中各部件的受力情况，评估系统的稳定性和可靠性，为系统优化提供参考依据。
2. 转矩特性分析风力发电机组的传动系统在不同风速下会产生不同的转矩输出，转矩特性的分析是评估系统性能的重要指标。
通过转矩特性分析，可以了解系统在各种工况下的输出能力，为系统运行和维护提供参考依据。
3. 能量损失分析传动系统在能量传递过程中会产生一定的能量损失，主要包括机械损失、磨损损失、磁化损失等。
通过能量损失分析，可以评估系统的能量利用率，找出能量损失的主要来源，从而采取相应措施进行优化和改进。
综上所述，风力发电机组传动系统的设计与分析对于提高系统性能、降低维护成本具有重要意义。
新能源风力发电机组传动系统
风力发电机齿轮箱简介摘要随着全球经济的迅速发展和人类生活水平的日益提高,对能源的需求越来越大，环境的破坏也渐趋严重，新能源的开发及利用是当今社会发展的必然趋势。
风能作为一种清洁环保的绿色能源受到世界各国的青睐，而将风能转化为电能的装置--风力发电机的研究也是现在的一大热门主题。
本文主要介绍了风力发电机传动系统的主要部分--齿轮箱，对其设计要求、结构类型、零部件进行了介绍，同时结合自身专业知识进对其工作环境、存在的失效故障问题进行了简单研究。
关键词：新能源；风力发电机；齿轮箱；工作环境；失效问题ABSTRACTWith the rapid development of global economy and the increasing of human living standard, the demand for energy is more and more large, the destruction of the environment is also becoming more serious, thedevelopment of new energy and utilization is the inevitable trend of social development.Wind power as a kind of clean and environmental protection green energy is favored by countries around the world, and the device which changes wind energy into electrical energy--wind turbine, theresearch of it is now a hot topic. The paper mainly introduced the drive system of wind turbines--gearbox, the design requirements, structure types and main components of it are introduced. At the same time, according to the own professional knowledge,the work environment and the existing questionabout fault has been simply studied by according to the own professional knowledge.Keywords：new energy sources;wind turbine;gear box;the work environment;the failure problems1 绪论随着科技进步和国民经济的日益发展，石油资源日益枯竭，而燃煤、核能等又存在大量环境污染和安全隐患，寻找新的可再生清洁能源、改善世界能源结构就成为了世界各国迫在眉睫的头等大事。
风力发电机组设计中的传动系统优化
风力发电机组设计中的传动系统优化传动系统在风力发电机组设计中起着至关重要的作用。
一个高效、可靠的传动系统能够提高整个发电系统的性能和可靠性。
本文将讨论风力发电机组设计中传动系统优化的关键方面。
1. 传动系统的选择在进行传动系统的优化之前，首先需要选择适合的传动系统类型。
根据风力发电机组的规模和要求，可以选择直接驱动系统、间接驱动系统或混合驱动系统。
直接驱动系统通过直接连接发电机和风轮，减少了传动装置的损耗，提高了效率。
间接驱动系统使用变速箱将风轮的低速转动转换为高速转动，适用于大型风力发电机组。
混合驱动系统结合了直接驱动和间接驱动的优点，提供了更好的性能和可靠性。
2. 传动比的优化传动比是传动系统中非常重要的参数，它决定了发电机转速和风轮转速之间的关系。
传动比的选择需要考虑到风轮和发电机的特性，以达到最佳的功率转换效率。
传动比过低会导致发电机转速过高，增加机械压力和动力损耗；传动比过高则会导致发电机转速过低，降低了发电机的效率。
优化传动比可以通过合理选择变速箱的齿轮比来实现。
通过仿真和模拟分析，可以确定最佳的传动比，以满足风力条件下风轮和发电机的最佳匹配。
这样可以最大程度地提高能量转换效率，减少传动系统的能量损失。
3. 传动系统结构的优化传动系统的结构优化包括传动装置的布局和配套零部件的选择。
合理的布局设计能够减少传动系统的重量和体积，提高系统的可靠性和稳定性。
配套零部件的选择需要考虑其强度、耐磨性和寿命等方面的要求。
高性能的传动系统需要采用高强度材料和先进的制造技术。
材料的选择应考虑到在高速运转和恶劣环境条件下的耐久性和可靠性。
制造技术的应用可以提高传动系统的加工精度和装配质量，减少噪音和振动，提高系统的整体性能。
4. 自适应控制技术的应用利用自适应控制技术可以进一步优化风力发电机组的传动系统。
自适应控制技术能够根据风速和负载变化实时调整传动系统的工作状态，以实现最佳的能量转换效率。
自适应控制技术可以应用于传动系统中的变速箱和发电机控制系统。
风力发电机传动系统原理
风力发电机传动系统原理
风力发电机传动系统原理
1.传动系统组成：风力发电机传动系统是由风轮机、涡轮增压器、发电机三部分组成。
2.工作原理：风机的风轮机的导叶受到风的作用，将自然风力转变为动能，在风轮机的偏心轴上形成振动力，转动叶轮，带动发电机转子旋转，使发电机的转子紧闭负荷的极化套管，由于转子极化套管被不断地连接停断，从而在极化片交替放开停止时产生一定的极化效应，振动运动中电磁转换效应发生，从而在阻抗下输出电能。
3.控制系统：控制系统用于对风力发电机传动系统进行监控，调整叶轮的偏转角度，保证阻力的稳定，从而控制发电机的额定转速，保证电网的安全及稳定性。
控制系统包括传感器、计算机控制器、软件调整电器、智能型及同步器等组成。
风力发电机组结构及传动系统设计
风力发电机组结构及传动系统设计风力发电机是利用风能转化为电能的设备，由于其清洁、可再生的特性，成为了现代能源领域的重要组成部分。
为了达到高效、可靠且经济的发电目标，风力发电机组的结构及传动系统设计至关重要。
本文将讨论风力发电机组结构及传动系统的设计原则和关键要素。
一、风力发电机组结构设计1. 风轮设计：风轮是转化风能为机械能的关键部件。
其设计应考虑风速、气动特性和刚度等因素。
风轮应具备最大化捕获风能的能力，并保证在高风速情况下的稳定性。
此外，材料的选择也非常重要，应考虑强度、耐腐蚀性能和重量等因素。
2. 主轴设计：主轴是连接风轮和传动系统的关键组件。
其设计应考虑承受风轮转动产生的巨大力矩和转速的要求。
主轴应具备足够的强度和刚度，并采用高强度材料进行制造。
另外，润滑和散热系统的设计也应充分考虑，以确保主轴的可靠性和安全性。
3. 塔架设计：塔架是支撑风轮的结构，其设计应考虑高度、稳定性和抗风能力。
塔架应具备足够的刚度和强度，以抵抗风力引起的振动和地震等外力作用。
此外，塔架的施工和维护也需要充分考虑，以确保安全和可持续性。
二、风力发电机组传动系统设计1. 齿轮传动系统设计：齿轮传动系统是将风轮转动的机械能传递到发电机的关键部件。
其设计应考虑传动效率、噪音和可靠性。
合理选取传动比和齿轮材料，以最大程度地提高传动效率和减少能量损失。
此外，齿轮传动系统的润滑和冷却也需要充分考虑，以保证其稳定性和寿命。
2. 发电机设计：发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
其设计应考虑输出功率、效率和可靠性。
根据风轮的转速和功率要求，选取合适的发电机类型，如永磁发电机或同步发电机。
同时，发电机的绝缘、冷却和保护系统也需要充分设计，以确保其正常运行和安全性。
3. 控制系统设计：控制系统是风力发电机组的大脑，用于调节风轮转速和传动系统的运行。
其设计应考虑风速、输出功率、负荷变化等因素。
控制系统应具备高精度、高可靠性和自适应性能，以保证风力发电机组在不同工况下的高效运行。
风力发电机传动
优点：结构简单， 效率高，噪音低
缺点：对电机要 求高，成本高
应用：适用于大 型风力发电机组
双馈式风力发电机传动
工作原理：通 过双馈式发电 机将风能转化
为电能
特点：具有较 高的效率和稳
定性
应用：广泛应 用于大型风力
发电场
优点：可以适 应不同的风速 和负载条件， 提高发电效率
混合式风力发电机传动
混合式风力发电机传动的定义 混合式风力发电机传动的工作原理 混合式风力发电机传动的优点 混合式风力发电机传动的应用领域
结构：包括齿轮、轴承、壳 体等部件
作用：将风力发电机的转速 降低到适合发电机的转速
工作原理：通过齿轮的啮合， 将风力发电机的转速降低到 适合发电机的转速
特点：具有较高的传动效率 和可靠性，能够承受较大的
载荷和冲击
联轴器
作用：连接风力发电机的传动轴和发电机的转子 结构：由两个半联轴器组成，通过螺栓连接 材料：通常采用高强度合金钢或铸铁 特点：具有良好的抗冲击性和耐磨性，能够承受较大的扭矩和振动
投资回报：风力发 电项目具有较高的 投资回报率，吸引 了众多投资者
风力发电的社会效益
清洁能源：风力发电 是一种清洁能源，不 会产生有害气体和污 染物，对环境友好。
节能减排：风力发电 可以减少对化石燃料 的依赖，降低温室气 体排放，有助于减缓 全球气候变化。
创造就业：风力发电 产业的发展可以带动 相关产业链的发展， 创造更多的就业机会。
风力发电机传动的结构
风轮
风轮是风力发电机的核心 部件，负责将风能转化为 机械能
风轮通常由叶片、轮毂和 叶片连接件组成
叶片是风轮的主要受力部 件，负责将风能转化为机 械能
轮毂是风轮的支撑部件， 负责将叶片连责将叶片与 轮毂连接在一起，保证叶 片的稳定性和可靠性
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风力发电机组 传动系统
传动系统
定义:将风轮吸收的风能以机械的方式传送到 发电机的中间装置。
一.传动链布局形式 二.传动零部件组成
传动系统
传动系统包括主轴、联轴器、齿轮箱、制动器和过载安全保护 器等。
传动链的布局形式
传统的风力发电机采用齿轮增速装置， 按主轴轴承的支撑方式风力发电机组传动 的形式可以分为“两点式”、“四点式” 、“三点式”、“主轴齿轮箱集成式”、 “直驱式”、“半直驱式”。
2）齿轮箱可靠性要求高，维护不变。 体积较大、重量大、结构相对复杂、造 价较高
传动链布局形式—直驱式
直驱式：直驱永磁风力 发电机组的发电机机轴 直接连接到风轮上，转 子的转速随风速而改变， 其交流电的频率也随之 变化，经过大功率电力 电子变流器，将频率不 定的交流电整流成直流 电，再逆变成与电网同 频率的交流电输出。
风力发电机组 偏航系统
偏航系统
风力机的偏航系统：也称为对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变 化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。
小微型风力机—尾舵对风：尾翼装在尾杆上与风轮轴平行或成一定的角 度。为了避免尾流的影响，也可将尾翼上翘，装在较高的位置。
中小型风机—舵轮对风：工作原理：当风向变化时，位于风轮后面两舵 轮（其旋转平面与风轮旋转平面相垂直）旋转，并通过一套齿轮传动系 统使风轮偏转，当风轮重新对准风向后，舵轮停止转动，对风过程结束。
传动链布局形式—半直驱式
半直驱式：采用了一级行星齿轮传动 和适当增速比，把行星齿轮副与发电 机集成在一起，构成了发电机单元。
采用单级变速装置以提高发电机 转速，同时配以多级永磁同步发电机。 介于直驱和双馈之间，齿轮箱的调速 没有双馈的高，发电机也由双馈的绕 线式变为永磁同步式。
发电机单元的主轴承与轮毂直接 相连接，发电机单元经过大功率电力 电子变换器，将频率不定的交流电整 流成直流电，再逆变成与电网同频率 的交流电输出。
传动链布局形式—直驱式
优点： 1）传动系统减少，提高了机组的可靠性，降低了噪声； 2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率； 3）利用变速恒频技术，可以进行无功功率补偿。
缺点： 采用的多级低速永磁同步发电机，发电机直径大，制造成本高； 随着机组设计容量的增大，给发电机设计、加工制造带来困难； 定子绕组绝缘等级要求较高； 采用全容量逆变装置，变流器设备投资大，增加控制系统成本； 由于结构简化，是机舱重心前倾，设计和控制上难道加大。
双轴承配置好处：
1）主轴轴承承受了大部分复杂的风力载荷；
2）除扭矩外，基本上没有其他载荷会传递到传动链的齿轮箱里，齿轮箱 设计便利；
缺点：
传动链较长，除主轴长度外，还要考虑主轴与齿轮箱连接的联轴器的长 度。在小功率的风力发电机中，这种配置比较常见。在大功率的风力发电 机中，过长的传动链则意味着更大的体积以及更高的制造成本。
齿轮箱传动比小，并与 发电机集成，结构紧凑
传动系统
二. 传动链组成 传动链主要由主轴总成、偏航总成、齿轮
箱、联轴器、发电机和机座组成。
传动系统
MY1.5s/se风力发电机组
１、主轴总成
主轴总成结构图
传动系统
主轴锁紧装置
传动系统
主轴
材料： 42CrMo（常温）：超高强度钢，具有高强度和韧性，淬透性较好，无
偏航系统的功能
偏航控制系统主要有三个功能： 正常运行时自动对风：当机舱偏离风向一定角度时，
控制系统发出向左或者向右调向的指令，机舱开始对风， 直至达到允许的范围内，自动对风停止；
绕揽时自动解缆：当机舱向同一方向累计偏转达到一 定的角度时，系统控制停机，或者此时报告扭揽故障，机 组自动停机，等待工作人员来手动解缆；
传动链的布局形式-两点式
两点式：主轴用两个轴承支座支撑，其中靠近轮毂的轴承作为固定端，另一 个轴承作为浮动端。
优点： 1. 让主轴及其轴承承受风轮的大
部分载荷，减少风轮载荷突变 对齿轮箱的影响； 2. 稳定性好。
缺点： 1. 轴系较长，增大了机舱的体积和
重量；
2. 机组功率越大，随着主轴直径和 长度的增大，机舱布置和吊装难 度也随着增大。
传动链的布局形式--主轴齿轮箱集成式
主轴齿轮箱集成式：该结构是将齿轮箱的第一轴直接作为主
轴使用 。
优点：
1）结构紧凑、重量轻；2）低速轴与齿 轮箱合为一体，机舱结构相对宽敞，齿 轮箱油直接对低速轴轴承进行润滑，免 去运行人员的维护任务
缺点：
1）齿轮箱直接承受来自叶轮的冲击载 荷，在刹车过程中齿轮箱也要承受较大 的载荷，对齿轮箱自身质量要求较高。
利用偏航齿圈齿的高低不
同而使得光信号不同来工
作，采集光信号并计数。
通过一左一右两个接近开 关采集的信号，控制系统
限位开关
控制机组偏航不超过680 度，防止线缆缠绕。
限位开关也是防止电缆缠绕而 设置的传感器，当机舱偏航旋 转圈数达到680度时，限位开 关发出信号，整个机组快速停 机。
电缆扭曲计数器
电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是 当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时， 电缆将越来越扭曲。因此风电机配备有电缆 扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解 开了。类似于所有风电机上的安全机构，系 统具有冗余。风电机还会配备有拉动开关， 在电缆扭曲太厉害时被激发。
明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力。 34CrNiMo6+QT（寒带）：合金钢，在钢中除含有铁、碳和少量的硅、锰、 磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，如硅、锰、钼、镍、铬、 钒、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种。 制造：电炉，真空冶炼；加工方法：铸锭；锻造比： 最小3.5； 锻造精度：2级；严格执行GB/T17107-1997规定，对锻后毛坯进行热处理。
失速保护时偏离风向：当有特大强风发生时，机组自 动停机，释放叶尖，背风，以达到保护风轮免受损坏的目 的。
➢风力机的偏航控制系统
偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可 少的组成系统之一，对风电机组利用风能起着 非常巨大的作用。风力发电机组的主动偏航系 统主要组成部分包括：偏航大齿圈、侧面轴承、 滑垫保持装置、上下及侧面滑动衬垫、偏航驱 动装置、偏航限位开关、接近开关、风速仪风 向标等等。
偏航系统实物图
侧面轴承
偏航驱 动装置
滑垫保 持装置
偏航大齿圈
侧面轴承
塔筒 偏航大齿圈 侧面轴承
侧面轴承：
共6个（前侧2个，后侧4个）。 有5个沉孔，用于放置定位销、 圆形弹簧和压板。
滑动衬垫：
特殊材料制作的圆形垫片，具有自润滑的功能，在滑动过程 中滑动垫片产生润滑物质，无需加注润滑油。
圆弹簧：
传动比i：100.48 额定功率P：1663kW 输入转速n: 17.4rpm
传动系统
齿轮箱内部结构图
其它类型齿轮箱
传动系统
传动方式：一级行星+两级平行
传动系统
多级行星差动轮系
传动系统
３、主轴制动（机械制动）
构成：一个钢制刹车圆盘和布置在其 四周的液压夹钳构成
安装：液压夹钳固定，圆盘安装在齿 轮箱的高速轴或低速轴上，并随 之一起转动。
风速风向仪
风电机组对风的测量是由风速风向仪来实现的。
偏航装置
风电机偏航装置用于将风电机转子转动到迎风 的方向（借助电动机转动机舱，以使转子叶片 调整风向的最佳切入角度）。偏航装置由电子 控制器操作，电子控制器可以通过风向标来探 知风向。通常，在风改变其方向时，风电机一 次只会偏转几度。值得注意的是，小功率级别 的风电机都是通过统一的偏航装置调整所有叶 片的角度，而最新的风电机大都是每个叶片设 置单独的偏航系统。
功能：停机和制动。 类型：盘式刹车。
原理：制动夹钳有一个预压的弹簧制动力，液压力通过油缸中的活塞将制 动钳夹打开。需要制动时，释放液压力，进而释放预压的弹簧制动力，压 制中间的钢制转动圆盘，使齿轮箱的高速或者低速轴制动。
传动系统
4、高速轴联轴器 将齿轮箱输出扭矩
及转速传递给发电机输 入端，并具有缓冲、减 振、力矩限制功能。
大中型风力机一电动的偏航系统：利用电动的偏航系统来调整风轮并使 其对准风向。偏航系统一般包括感应风向的风向标，偏航电机，偏航行 星齿轮减速器，回转体大齿轮等。
1000kw风力机偏航机械系统
德国富兰德公司1000KW风力发电机（主动）
偏航机械系统的种类
风力发电机组的偏航系统一般由调向和调速机构两部分组 成，分为主动偏航系统和被动偏航系统。
主动偏航机械系统组成
主动偏航机械系统一般由偏航轴承、偏 航驱动装置、偏航制动器、偏航液压回 路、偏航计数器、纽缆保护装置等几个 部分组成。
偏航控制系统工作原理
机舱是可以顺时针旋转也可以逆时针旋转的，在偏 航过程中，如果机舱总是朝向一个方向旋转是肯定 不行的，因为机舱底部大齿圈内部布置着多根电缆， 机舱旋转电缆也就跟着扭转，所以为了防止电缆扭 转破坏特地控制机舱同一方向旋转圈数不得超过650 度（从0度开始，0度为安装风电机组时确定的位 置）。这种控制方法就是靠偏航接近开关和限位开 关来实现的，接近开关一左一右共两个，负责记录 机舱位置，当机舱达到＋650度或－650度时发出信 号，控制系统控制偏航电机反向旋转解缆。限位开 关是作为极限位置开关使用的，当机舱继续旋转达 到680度时，限位开关被触发而使得风电机组快速停 机。
传动链的布局形式-三点式
三点式支撑包括一个主轴承和齿轮箱两侧的两个支撑点。
主轴轴承和两个扭力臂支撑用来吸收转子载荷。但载荷在传递到扭 力臂支撑之前，不得不先从主轴进入齿轮箱，并在齿轮箱内部传输。齿 轮箱实际上相当于第二个主轴轴承。
单主轴轴承，成本低，传动链缩短。 齿轮箱前轴承承受转矩和径向负载，故障率高。