风电齿轮箱
风电齿轮箱的振动与噪声特性分析
风电齿轮箱的振动与噪声特性分析引言：随着可再生能源的快速发展和风力发电机组的普及，风电齿轮箱作为关键部件也承受着越来越大的压力。
振动与噪声是风电齿轮箱存在的一个重要问题，直接影响其安全可靠运行。
因此，对风电齿轮箱振动与噪声特性的分析具有重要意义。
一、风电齿轮箱振动特性分析风电齿轮箱的振动特性是指其在运行过程中产生的振动波动。
振动可以分为水平、垂直和径向振动，其幅值和频率对齿轮箱的运行稳定性和寿命有重要影响。
1. 振动源分析风电齿轮箱振动源主要包括齿轮传动系统、轴承系统、机械齿齿接触以及结构声振等。
其中，齿轮传动系统是主要的振动源，由于齿轮的运动速度和载荷导致了振动源的产生。
2. 振动传递路径齿轮箱的振动传递路径包括两个方面，即基础刚度和振动传递途径。
基础刚度是指机组底座、基础等结构夺取的刚度，用于支撑风电齿轮箱的振动；振动传递途径主要包括内部途径、外部途径和耦合途径。
3. 振动信号分析振动信号是分析风电齿轮箱振动特性的重要手段之一。
通过加速度传感器等装置采集到的振动信号，可以进行时域分析、频域分析和时频域分析等，进而得到振动频谱图、频谱密度图和时频谱图等。
二、风电齿轮箱噪声特性分析风电齿轮箱的噪声特性是指其在运行过程中产生的噪声水平。
噪声是指任何会对人类和环境产生不良影响的声音。
1. 噪声源分析风电齿轮箱噪声源主要包括齿轮传动系统、轴承系统、空气噪声以及流体噪声等。
其中，齿轮传动系统和轴承系统是主要噪声源，由于齿轮的运动和轴承的摩擦等导致噪声产生。
2. 噪声传播路径齿轮箱的噪声传播路径包括实体传播路径和空气传播路径。
实体传播路径是指噪声通过机械结构的传输，如齿轮、轴承、壳体等；空气传播路径是指噪声通过空气传播，如风扇噪声和气动噪声等。
3. 噪声测量与评估通过噪声测量和评估，可以对风电齿轮箱的噪声问题进行有效的监测和控制。
噪声测量通常采用声级计等仪器设备，通过测量声音的强度、频率和时长等参数来评估噪声水平是否符合标准要求。
双馈式风电齿轮箱结构
双馈式风电齿轮箱结构
双馈式风电齿轮箱结构主要由以下几个部分组成：
1. 大轴：即主轴，其上装有风机的叶片，风力通过叶片驱动主轴旋转。
2. 小轴：即发电机轴，与主轴通过齿轮传动相连接，将旋转的动力传递给发电机。
3. 中间轴：位于主轴和发电机轴之间，通过齿轮传动将风机的旋转速度和发电机的旋转速度进行匹配，以提高效率。
4. 齿轮：由多个齿轮组成的传动装置，可根据需要进行多级齿轮传动。
5. 润滑系统：用于齿轮箱的润滑和冷却，以确保齿轮运转平稳和寿命延长。
6. 安全装置：包括齿轮箱温度、压力、震动等传感器，以及相应的监控和报警系统，用于监测齿轮箱的运行状态，并在异常情况下及时采取措施。
双馈式风电齿轮箱结构相对复杂，但在风力发电行业中得到广泛应用。
其主要特点是能够根据风机转速的变化对发电机进行调速，提高发电效率；同时，由于齿轮传动系统的存在，使得双馈式风电齿轮箱具有较高的承载能力和较长的使用寿命。
风电齿轮箱(增速机)基础知识简介
（二）效率
齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在 试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮 啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、 风阻损失、其他机件阻尼等。齿轮箱的效 率在不同的工况下是不一致的。风力发电 齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率 应大于97%，是指在标准条件下应达到的 指标。
（三）噪声级
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风电增速机基础知识简介
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一、概述
风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械 部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生 的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通 常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求 的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实 现，故也将齿轮箱称之为增速箱。不同形式的风 力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式 以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电 机组用固定平行轴和行星齿轮传动最为常见。
二、齿轮箱的分类
风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照 传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增 速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱；按 照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱； 按照转动的布置形式又可分为展开式、分 流式和同轴式以及混合式等等。
三、设计要求
设计必须保证在满足可靠性和预期寿 命的前提下，使结构简化并且重量最轻。 通常采用CAD优化设计，排定最佳传动方 案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠 的构件和具有良好力学特性以及在环境极 端温差下仍然保持稳定的材料，等等。
设计要求
• • • • 设计载荷 效率 噪声级 可靠性
（一）设计载荷
• 齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承 受动、静载荷。 • 其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动 轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的 外部工作条件。 • 风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。 载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T10300 标准计算确定。当按照实测载荷谱计算时，齿轮 箱使用系数KA=1。当无法得到载荷谱时，对于三 叶片风力发电机组取KA=1.3。
风电齿轮箱介绍
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风电齿轮箱介绍
2、齿轮失效的主要形式
③、剥落：点蚀扩展
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风电齿轮箱介绍
2、齿轮失效的主要形式
④、胶合：局部温升、重载，润滑不够
②、油压低
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风电齿轮箱介绍
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2、齿轮失效的主要形式
①、断裂：热处理不到位，偏载、过载、严重冲击 ②、点蚀：表面裂纹扩张、磨粒、剥落 ③、磨损：金属微粒、灰尘、润滑 ④、胶合：局部升温及重载、润滑不足
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风电齿轮箱介绍
2、齿轮失效的主要形式
①、断裂： 热处理不到位，偏载、过载、严重冲击
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风电齿轮箱介绍
2、齿轮失效的主要形式
④、规范取油样的重要性
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二、齿轮箱运维： 1、运维
⑤、齿面、轴承磨损分级：
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风电齿轮箱介绍
二、齿轮箱运维： 1、故障消缺
①、误报油位低（老式南高齿、重齿）
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风电齿轮箱介绍
二、齿轮箱运维： 1、故障消缺
②、油温高/油温功率减小
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风电齿轮箱介绍
二、齿轮箱运维： 1、故障消缺
①、螺栓及弹性支撑 清理） ②、空气过滤器 ③、润滑冷却系统（彻底
④、取油样（必须按要求）
⑤、齿面、轴承检查
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风电齿轮箱介绍
二、齿轮箱运维： 1、运维
②、空滤（堵头或胶条是否取下）
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风电齿轮箱结构原理及维护知识
一、齿轮箱基本认识
3、风电齿轮箱的轴承
轴承分类： 按载荷方向：向心轴承、推力轴承 按滚动体形态：球轴承 滚子轴承：圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 滚针
一、齿轮箱基本认识 3、风电齿轮箱的轴承
风电齿轮箱轴承主要类型 满圆柱滚子轴承； 圆柱滚子轴承； 调心滚子轴承； 圆锥滚子轴承； 四点接触球轴承；
一、齿轮箱基本认识
一、齿轮箱基本认识
1、风电齿轮箱的结构 3）单级行星（半直驱） 目前我公司有的型号： FLD1500F
一、齿轮箱基本认识
1.1、风电齿轮箱的结构
4）两级行星 目前我公司有的型号： FLW3000J FLW3000C
一、齿轮箱基本认识
1.1、风电齿轮箱的结构
5）renk 目前我公司有的型号： FLA800 FLC750 该结构常见于Renk系列， 重点在于齿圈输入，行星 轮轴通过轴承连接到箱体 上，该结构的好处就是行 星齿轮上轴承外圈与箱体 连接，改进了轴承工作环 境，增加了轴承的使用寿 命；但不足是该结构加工 精度和装配要求高
3、风电齿轮箱的轴承
风电齿轮箱轴承主要类型 圆柱滚子轴承：
圆柱滚子与滚道为线接触轴承 。负荷能力大，主要承受径向 负荷。滚动体与套圈挡边摩擦 小，适于高速旋转。根据套圈 有无挡边，可以分有NU、NJ 、NUP、N、NF等单列轴承， 及NNU、NN等双列轴承。该 轴承是内圈、外圈可分离的结 构。内圈或外圈无挡边的圆柱 滚子轴承，其内圈和外圈可以 向轴向作相对移动，所以可以 作为自由端轴承使用。在内圈 和外圈的某一侧有双挡边，另 一侧的套圈有单个挡边的圆柱 滚子轴承，可以承受一定程度 的一个方向轴向负荷
一、齿轮箱基本认识 2、风电齿轮箱的齿轮基础
齿轮失效的主要形式： 3、胶合：局部升温+重载、润滑不够、油变质
风电齿轮箱介绍
行星轮系中，两个中心轮有一个固定（目前常见的为齿圈固定）；差动轮系中，两个中心轮都 可以动。目前国内外常见的风电齿轮箱主要为行星轮系结构，但也有部分厂家选用的为差动轮 系。因此本文主要介绍的是行星轮系结构。
行星轮系相对平行轴系的优点：结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、噪音小等； 行星轮系相对平行轴系的缺点：结构复杂、加工要求高、装配要求高等。
2020/5/4
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一级行星两级平行结构
该种结构主要用于2MW以及2MW以下功率的风电齿轮箱，用一组 平行级代替行星级，可靠性高，但体积与重量大
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齿轮箱铭牌
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行星级
某1.5MW齿轮箱装配图
高速级
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中间级
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风电齿轮箱结构详细描述
行星级
收缩盘
扭力臂 喷油环
行星架
行星架叶片 侧轴承
行星架透盖
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箱体 齿圈 行星轮 销轴 行星轮轴承 行星架电机侧 轴承 喷油环 太阳轮
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中广核桥六第二风电场
2017年8月25日
风电齿轮箱简介
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风力发电机结构图
双馈式风机
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永磁直驱式风机
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风电主齿轮箱结构
齿轮箱结构：
风电齿轮箱
偏航系统： 为了让叶轮能自然地对准风向,通常风机都会采用 调向装置, 对大型风力发电机组而言, 一般采用的 是电动机驱动的风向跟踪系统。
偏航系统： 整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调节系 统和扭缆保护装置等部分组成。偏航调节系统包 括风向标和偏航系统调节软件。
煤炭，在我国一次能源的生产和消费中占70% 的份额，在电力构成中占80%的份额。而目前 一般我们能看到的是燃煤造成的大气污染问 题，高居不下的煤炭价格所给我们带来的市 场压力问题，以及铁路煤炭运输不堪重负的 压力等。但是从我国已探明的可采储量的 1900亿吨这一数字说明，中国煤炭可开发利 用的时间大约仅能维持到2050年前后。
第二章 风能开发的意义
全球风能总量有多大？ 全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能 2×710MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 我国风能总量有多少？ 我国10米高度层的风能资源总储量为32.26亿千瓦，其中 实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿千瓦。而据估计， 中国近海风能资源约为陆地的3倍，所以，中国可开发风 能资源总量约为10亿千瓦。其中青海、甘肃、新疆和内蒙 可开发的风能储量分别为1143万千瓦、2421万千瓦、3433 万千瓦和6178万千瓦，是中国大陆风能储备最丰富的地区。
石油和天然气，石油的生产占一次能源的构成约17% 左右，占一次能源的消费23%左右，说明我国石油资 源自己供给的能力严重不足，已连续三年进口原油 和成品油的数量超过1亿吨，是列美国之后的第二进 口大国，中国石油探明可采储量为30几亿吨。所以 要维持国内经济持续发展，长期依赖进口石油的局 面是无法改变。而从国际上看原油已逐渐成为一个 政治名词，因为谁对原油的控制力强，谁的发展前 景就光明。当然石油的开采终有资源枯竭的一天， 专家预测从全世界的范围看2050年前后将枯竭。天 然气在我国一次能源的生产和消费中虽然占有8%左 右的比重，而天然气作为工业化工的重要资源，我 国不可能期望用天然气来发电。
风电机组齿轮箱介绍
风电机组齿轮箱介绍一、什么是风电机组齿轮箱？风电机组齿轮箱是风力发电设备中的关键部件之一，用于将风轮旋转的动能传递给发电机，从而产生电能。
它通常由多个齿轮组成，通过精确的传动比例来提高风轮转速，并将其转化为适合发电机工作的转速。
二、风电机组齿轮箱的结构风电机组齿轮箱由外壳、轴、齿轮、轴承和润滑系统等组成。
2.1 外壳外壳是齿轮箱的保护壳体，具有良好的密封性能和机械强度。
其结构通常由上、下两部分组成，方便维护和齿轮更换。
2.2 轴齿轮箱中的轴承负责承受齿轮和旋转部件的载荷，并确保它们平稳运行。
轴通常由高强度合金钢制成，具有较高的刚度和耐磨性。
2.3 齿轮齿轮是风电机组齿轮箱的核心部件，它们通过齿轮传动实现能量转换和传递。
常见的齿轮有斜齿轮、圆柱齿轮和行星齿轮等。
齿轮的优质材料和精确加工能够提高传动效率和耐久性。
2.4 轴承轴承是支撑齿轮箱内齿轮和转动部件的重要组成部分。
它们能够减少摩擦和磨损，并确保齿轮箱平稳运转。
常见的轴承类型包括滚动轴承和滑动轴承。
2.5 润滑系统润滑系统负责为齿轮箱提供足够的润滑油，并对齿轮和轴承进行冷却和保护。
良好的润滑系统能够降低齿轮箱的摩擦和磨损，延长使用寿命。
三、风电机组齿轮箱的工作原理风电机组齿轮箱采用齿轮传动的方式将风轮的旋转动能传递给发电机。
1.风轮旋转驱动主轴旋转；2.主轴通过第一级齿轮传动将低速大扭矩的运动转化为高速小扭矩的运动；3.高速轴通过第二级齿轮传动将高速小扭矩的运动转化为低速大扭矩的运动；4.最后，低速轴将此运动传递给发电机，发电机产生电能。
四、风电机组齿轮箱的维护与故障排除为保证风电机组齿轮箱的正常运行，需要进行定期的维护与故障排除。
4.1 维护•定期更换润滑油，并清洗润滑系统；•检查齿轮和轴承的磨损情况，及时更换或修复；•检查外壳密封性能，确保齿轮箱内部的油液不泄漏；•定期检查齿轮箱的整体结构，排查潜在故障。
4.2 故障排除•齿轮断裂：检查齿轮材料和制造工艺，确认是否需要更换更坚固的齿轮；•轴承失效：检查轴承润滑情况，并及时更换损坏的轴承；•润滑系统故障：检查润滑系统的油泵、油管和过滤器等，确保润滑油畅通无阻；•外壳磨损：定期检查外壳磨损情况，如有需要及时更换。
双馈风机发电机齿轮箱结构及工作原理讲解
2、轴承分类：
按载荷方向：向心轴承、推力轴承 按滚动体形态：球轴承
滚子轴承：圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 滚针
3、风电齿轮箱轴承主要类型 圆柱滚子轴承：
导致小块金属剥落，
产生齿面点蚀.点蚀是 由于接触面上金属疲
劳而形成细小的疲劳
裂纹，裂纹的扩展造
成的金属剥落现象。
（3）、胶合：局部升温+重载、润滑不 够、油变质
（4）、剥落
5、塑变：
低速重载传动时，若齿轮齿面硬度较低，当齿面 间作用力过大，啮合中的齿面表层材料就会沿着 摩擦力方向产生塑性流动，这种现象称为塑性变 形。
风电齿轮箱轴承主要类型 调心滚子轴承：
调心滚子轴承有 其特点是外圈滚 道呈球面形，具 有自动调心性， 可以补偿不同心 度和轴挠度造成 的误差，但其内、 外圈相对倾斜度 不得超过3度。
风电齿轮箱轴承主要类型 圆锥滚轴承：
圆锥滚子轴承主要承受以 径向为主的径、轴向联合 载荷。轴承承载能力取决 于外圈的滚道角度，角度 越大承载能力越大。该类 轴承属分离型轴承，根据 轴承中滚动体的列数分为 单列、双列和四列圆锥滚 子轴承。单列圆锥滚子轴 承游隙需用户在安装时调 整；双列和四列圆锥滚子 轴承游隙已在产品出厂时 依据用户要求给定，不须 用户调整。即使在高速时 圆锥滚子轴承也承受很高 的径向和轴向负载。
5#管
风冷器 电机
风冷器
压力传 感器２
压力表
压力表 开关
2
1
四、风电齿轮箱的润滑
排气口
压力传感 器1
单
向
重齿风电齿轮箱知识
FL800A FL850 FL1000D FL1250 FL1500A FL2000D FL2000H FL2000B FL2000S FL2000T
一、齿轮箱基本认识
1、风电齿轮箱的结构 该结构同一级行星二级 平行结构都是较常见风 电齿轮箱结构形式。该 结构用一组平行齿轮代 替一组行星传动，从而 降低了行星齿轮及轴承 的失效风险，增强了齿 轮箱整体的可靠性；不 足之处在于增加体积与 重量。
滚动轴承装配时，游隙不能太大，也不能太小。游隙太大，会造成同时承受载荷的滚动体 数量减少，单个滚动体的载荷增大，从而降低轴承的旋转精度，减少使用寿命；游隙太小， 会使摩擦力增大，产生的热量增加，加剧磨损，同样能使轴承的使用寿命减少。
一、齿轮箱基本认识
4、风电齿轮箱的润滑
1.原理图：
排气口 5#管 OUT1 单 向 阀 1 OUT3 单 向 阀 单 向 阀
0.17~0.23
0.4
0.17~0.37
0.4-0.6
0.90~1.20
1.5-1.8
1.10~1.40
1.4-1.7
0.25-0.35
0.20~0.30
一、齿轮箱基本认识 2、风电齿轮箱的齿轮基础
齿轮的特性： 2、机械性能： 风力发电机组齿轮受风力负荷，此负荷变化极大，因此，齿轮采用 抗低温冲击，韧性高的渗碳淬火材料。内齿圈根据设计载荷分别采 用软齿面（调质）中硬齿面（调质+表面氮化）硬齿面（渗碳淬火）， 精度为6GB10095。其他所有齿轮均为渗碳淬火硬齿面齿轮，渗碳淬 火后磨齿，齿面硬度为60±2HRC，精度5-6 GB10095。 根据等强度原则使各级传动中的承载能力大致相等，齿轮几何尺寸计 算按照GB1356进行计算。齿轮接触疲劳强度，弯曲疲劳强度按照 GB3480渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法进行计算。
重齿风电齿轮箱知识(A版)
一、齿轮箱基本认识
1、风电齿轮箱的结构 3）单级行星（半直驱） 目前我公司有的型号： FLD1500F
一、齿轮箱基本认识 1.1、风电齿轮箱的结构
4）两级行星 目前我公司有的型号： FLW3000J FLW3000C
一、齿轮箱基本认识 1.1、风电齿轮箱的结构
5）renk 目前我公司有的型号： FLA800 FLC750 该结构常见于Renk系列， 重点在于齿圈输入，行星 轮轴通过轴承连接到箱体 上，该结构的好处就是行 星齿轮上轴承外圈与箱体 连接，改进了轴承工作环 境，增加了轴承的使用寿 命；但不足是该结构加工 精度和装配要求高
一、齿轮箱基本认识 3、风电齿轮箱的轴承
轴承选用准则： 风力发电机组振动大，对轴承的安装有严格的工业标准规定。 振动会传到轴承滚道内产生磨损毛刺，破坏轴承滚道的润滑，造成 轴承失效。由于不同材料之间不易产生磨损破坏，箱体采用了球墨 铸铁，利用球墨铸铁较高的韧性、塑性、低温抗冲击值减少对轴承 的有害影响，我们根据轴承的动静负荷的计算方法，按照风电发电 机组对轴承寿命的要求，对轴承寿命进行校核计算。 目前风电行业多选用进口轴承（SKF、FAG、NSK、NKE、 TIMKEN等）。随着国内轴承技术的逐步提高，将来齿轮箱的轴承国 产化将会完全实现。
一、齿轮箱基本认识 2、风电齿轮箱的齿轮基础
齿轮材料的特性： 1、化学成分：
C（碳） 42CrMo A 17CrNiMo6 20CrMnMo 0.38-0.45 0.15-0.2 0.17~0.23 Si（硅） 0.17-0.37 0.4 0.17~0.37 Mn（锰） 0.5-0.8 0.4-0.6 0.90~1.20 Cr（铬） 0.9-1.2 1.5-1.8 1.10~1.40 1.4-1.7 Ni（铌） Mo（钼） 0.15-0.25 0.25-0.35 0.20~0.30
风电齿轮箱特点
1.风电齿轮箱的技术特点风电齿轮箱在技术上有如下一些特点：（1）服役条件严酷由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向、变负荷的风力作用及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱在狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上。
大量的实践证明，这个环节常是机组中的齿轮箱。
（2）功率大主流风电机组已达到兆瓦级，丹麦的主流风机为2.0～3.0MW,美国主流风机为1.5MW,在2004年的汉诺威工博会上4.5MW的风电机组也已面世。
（3）速差大风力发电机组中的齿轮箱，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。
通常风轮的输入转速很低，约20r/min,远达不到发电机转子所要求的1500～1800r/min的转速，必须通过齿轮多级增速传动来实现。
（4）精度高齿轮箱内用作主传动的齿轮精度，外齿轮不低于5级（GB/T10095），内齿轮不低于6级。
齿部的最终加工是采用磨齿工艺，尤其内齿轮磨齿难度甚高。
（5）使用寿命要求长由于自然环境条件恶劣，交通又不方便，齿轮箱在数十米高塔顶部的狭小空间内，安装和维修相当困难，所以要求使用寿命最少20年。
（6）可靠性要求高与使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。
对构件材料，除了常规状态下力学性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性：对齿轮箱，工作要平稳，防止振动和冲击等。
设计中要根据载荷谱进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行动力学分析、极限强度分析、疲劳分析，以及稳定性和变形极限分析。
2.热处理生产中的主要技术难度由于风电齿轮的服役条件苛刻，技术要求高，在美国ANSI/AGMA/AWE A6006-A03《风力发电机齿轮箱设计规范》的52项质量控制项目中，材料热处理就占20项。
强调材料热处理的重要性就是要保证齿轮的疲劳强度和加工精度。
风力发电齿轮箱常见的故障
风力发电齿轮箱常见的故障风力发电齿轮箱是风力发电机组中非常重要的组成部分，其功能是将风轮的转动速度提高并传递给发电机，从而产生电能。
然而，由于长期运行和外部环境的影响，齿轮箱经常出现一些常见的故障，影响发电机组的正常运行。
本文将介绍风力发电齿轮箱常见的故障。
一、齿轮损伤齿轮损伤是风力发电齿轮箱最常见的故障之一。
齿轮工作时承受着较大的载荷和摩擦，长时间的工作会导致齿轮表面磨损，甚至出现齿面断裂、齿根断裂等故障。
齿轮损伤会导致齿轮箱噪音增大、振动加剧，并且会影响齿轮传动的精度和效率，严重时会导致齿轮箱完全失效。
二、轴承故障风力发电齿轮箱中的轴承是支撑齿轮和转子的重要部件，其工作条件较为恶劣。
长期运行和外部环境的影响会导致轴承磨损、损坏甚至断裂。
轴承故障会导致齿轮箱的振动增大、噪音变大，严重时还会造成齿轮箱的卡死，影响整个风力发电机组的正常运行。
三、油封泄漏风力发电齿轮箱中的油封起到密封和润滑的作用，保证齿轮箱内部的润滑油不泄漏，并防止外部灰尘和水分进入。
长期运行和外部环境的影响会导致油封老化、磨损，甚至出现泄漏现象。
油封泄漏会导致齿轮箱内部润滑油的减少，加速齿轮的磨损和故障，并可能引起齿轮箱的过热，严重时还会导致齿轮箱的失效。
四、润滑油污染风力发电齿轮箱中的润滑油起到润滑、冷却和减震的作用，保证齿轮和轴承的正常工作。
然而，长期运行和外部环境的影响会导致润滑油中混入金属粉末、水分和其它杂质，使润滑油变质、失去润滑性能。
润滑油污染会导致齿轮和轴承的磨损加剧，增加齿轮箱的摩擦和能量损耗，影响发电机组的效率和寿命。
五、齿轮箱过热风力发电齿轮箱在运行过程中会产生大量的摩擦热，需要通过润滑油来冷却。
然而，长期运行和外部环境的影响会导致润滑油的减少、质量下降，使齿轮箱无法有效地散热，导致齿轮箱温度升高。
齿轮箱过热会使齿轮和轴承的磨损加剧，降低齿轮传动的精度和效率，严重时甚至会引发火灾等安全事故。
风力发电齿轮箱常见的故障包括齿轮损伤、轴承故障、油封泄漏、润滑油污染和齿轮箱过热等。
风电机组齿轮箱故障分析报告
风电机组齿轮箱故障分析报告一、引言随着全球对清洁能源的需求不断增长，风力发电作为一种可再生、清洁的能源形式，得到了广泛的应用和发展。
风电机组是风力发电系统的核心设备，而齿轮箱作为风电机组的关键部件之一，其运行状态直接影响着整个风电机组的性能和可靠性。
然而，由于风电机组运行环境恶劣、工况复杂，齿轮箱容易出现各种故障，给风电场的运行和维护带来了巨大的挑战。
因此，对风电机组齿轮箱故障进行深入分析，找出故障原因，提出有效的预防和维护措施，对于提高风电机组的可靠性和经济性具有重要意义。
二、风电机组齿轮箱的结构和工作原理（一）结构风电机组齿轮箱通常由行星齿轮系、平行轴齿轮系、箱体、轴承、润滑冷却系统等组成。
行星齿轮系具有体积小、承载能力大、传动比大等优点，常用于风电机组齿轮箱的高速级；平行轴齿轮系则用于低速级，以实现最终的输出扭矩。
（二）工作原理风电机组的叶片在风力的作用下旋转，通过主轴将扭矩传递给齿轮箱。
齿轮箱通过各级齿轮的传动，将转速逐渐提高或降低，以满足发电机的转速要求，同时将扭矩传递给发电机，实现机械能到电能的转换。
三、风电机组齿轮箱常见故障类型（一）齿轮故障1、齿面磨损齿面在长期的啮合过程中，由于摩擦和润滑油中的杂质等因素，会导致齿面磨损。
轻度磨损会影响齿轮的传动精度，严重磨损则会导致齿轮失效。
2、齿面胶合在高速、重载和润滑不良的情况下，齿面接触区温度过高，导致润滑油膜破裂，两齿面金属直接接触并相互粘连，形成齿面胶合。
3、齿面点蚀齿面在反复的接触应力作用下，会产生疲劳裂纹，裂纹扩展后形成点蚀坑。
点蚀会降低齿轮的承载能力，严重时会导致齿轮折断。
4、轮齿折断轮齿在承受过大的载荷或存在制造缺陷时，会发生折断现象，导致齿轮箱无法正常工作。
（二）轴承故障1、疲劳剥落轴承在长期的交变载荷作用下，滚道或滚动体表面会产生疲劳裂纹，裂纹扩展后形成剥落坑。
2、磨损轴承在工作过程中，由于润滑不良、异物侵入等原因，会导致滚道和滚动体表面磨损。
风电齿轮箱设计指南(一)2024
风电齿轮箱设计指南（一）引言概述:风电齿轮箱是风能转换系统中关键的组成部分之一，它承担着将风能转化为机械能的重要任务。
齿轮箱的设计对于风电机组的性能和可靠性有着至关重要的影响。
本文将为读者提供一份风电齿轮箱的设计指南，旨在帮助工程师和设计师更好地理解和应用齿轮箱的设计原则和优化方法。
正文:1. 齿轮箱的工作原理- 风能转换系统的概述- 齿轮箱的作用和功能- 齿轮箱的基本结构和组成部分小点:- 齿轮箱的定位和布局- 齿轮箱中的主要部件及其功能- 齿轮的选择和匹配原则2. 齿轮箱的设计考虑因素- 齿轮箱的负荷特性分析- 受力和振动分析- 温度和润滑分析小点:- 齿轮箱的承载能力与设计因素- 齿轮箱的可靠性分析- 齿轮箱的寿命评估方法3. 齿轮箱的优化设计方法- 材料选择和工艺优化- 优化设计原则和方法- 仿真与验证小点:- 加工工艺和制造工艺控制- 齿轮箱的降噪和减振措施- 齿轮箱的可维修性和可维护性考虑4. 齿轮箱的模拟和测试方法- 数值模拟和仿真方法- 实验测试与验证方法- 监测和维护方法小点:- 齿轮箱的运行监测与故障诊断- 功率传输效率的测试与验证- 齿轮箱的振动测试与分析5. 齿轮箱的发展与创新趋势- 新型齿轮材料和润滑技术- 齿轮箱的轻量化设计和节能减排- 齿轮箱的智能化和自适应控制小点:- 齿轮箱的可持续发展考虑- 齿轮箱的故障预测和智能维护- 多学科优化和集成设计的趋势总结:风电齿轮箱的设计是风能转换系统设计中至关重要的部分。
本文从齿轮箱的工作原理、设计考虑因素、优化设计方法、模拟与测试方法以及发展趋势等方面进行了阐述。
通过深入了解齿轮箱的设计原则和优化方法，工程师和设计师可以更好地设计和选择适合风电机组的齿轮箱，提升系统的性能和可靠性。
未来，随着新技术的不断发展和创新，风电齿轮箱的发展将迎来更多的机遇和挑战。
风电齿轮箱的材料选择与性能分析
风电齿轮箱的材料选择与性能分析风电齿轮箱是风力发电机组中的核心部件，起着传递风能、提供转矩的关键作用。
材料的选择对于风电齿轮箱的性能和寿命具有重要影响。
本文将对风电齿轮箱的材料选择与性能分析进行深入探讨。
一、材料选择的重要性风电齿轮箱要能够承受长时间高速运转和大负载的工作条件，对材料的要求非常高。
材料的选择直接关系到齿轮箱的可靠性、寿命和经济性，因此是十分关键的。
1. 强度和韧性：风电齿轮箱在高速运转和高负载下容易受到巨大的冲击和振动力，因此材料需要具备足够的强度和韧性，以抵御外部应力并避免断裂和塑性变形。
2. 疲劳寿命：由于风电齿轮箱工作条件的特殊性，齿轮箱轴承在运行过程中会不可避免地产生疲劳，材料的疲劳寿命直接决定了齿轮箱的使用寿命。
3. 耐磨性：风电齿轮箱在高速运行下不可避免地会产生磨损和磨粒，耐磨性强的材料可以减少齿轮箱的磨损，延长使用寿命。
4. 耐腐蚀性：由于风电齿轮箱常常工作在复杂多变的环境中，材料需要具备一定的耐腐蚀性能，以避免因腐蚀而引起的寿命缩短。
二、常用材料分析根据风电齿轮箱的工作要求和性能指标，常用的材料包括钢、合金钢和铸铁等。
1. 钢：钢是目前最常用的风电齿轮箱材料之一，具有良好的强度、韧性和耐磨性。
同时，钢的加工性能好，生产成本相对较低，因此在齿轮箱中广泛应用。
2. 合金钢：合金钢是一种通过在钢中添加合金元素而得到的材料，可以进一步提高强度和韧性，并提高耐腐蚀性和耐磨性。
合金钢在风电齿轮箱中常用于承受较大负荷和高速工作的齿轮和轴承部件。
3. 铸铁：铸铁是一种具有良好刚性和耐磨性的材料，适用于承受较大载荷和较高速度的齿轮箱。
但相对于钢和合金钢，铸铁的韧性较差，容易产生裂纹和断裂，因此在一些高强度要求的风电齿轮箱中应用较少。
三、材料性能分析1. 强度和韧性性能：钢和合金钢在强度和韧性方面具有较好的平衡，能够满足风电齿轮箱的工作要求。
通过控制材料的化学成分和热处理工艺，可以进一步提高材料的强度和韧性性能。
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风力发电齿轮箱分类
风力发电齿轮箱
传统类型ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
传动级数
转动布置
圆柱齿轮增速箱行星增速箱 组合齿轮箱 单级齿轮箱 多级齿轮箱 展开式
分流式
同轴式
混合式
风力发电齿轮箱结构
▪ 箱体结构 齿轮箱的重要结构，一般包括钢制轴承套座，透气罩，油标
指示器，注油器，放油孔等
齿轮和轴的结构 一般采用轮辐轮缘整体锻件的形式，由合金钢制造
风电齿轮箱
风电行业概述
▪ 全球的风能约2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地 球上可开发利用的水能总量还要大10倍
▪ 近十年来，年均增长率高达30%
▪ 中国陆地10m高度层的风能总储量为32.26亿KW，实际可开发的风能 资源储量为2.53亿KW，近海风场的可开发风能资源是陆上的3倍， 据此，我国可开发的风能资源约为10亿KW。
重庆齿轮箱有限责任公司
▪ 始建于1966年，隶属于中国传播重工集团公司 ▪ 1978年引进德国罗曼斯托尔福特公司的技术 ▪ 专业从事高精度、硬齿面舰船齿轮箱、联轴节、减振器、建材、水
电、火电、核电和风力发电齿轮箱、偏航变桨减速箱、高精汽车发 动机齿轮等产品研制 ▪ 主要客户为东方电气集团 ▪ 主要行业：国防、船舶、水泥、冶金、风电、水电、火电、核电、 航空航天、海洋工程、铁路机车、城市轻轨、水利、起重、运输、 石油、化工、汽车等 ▪ 可生产偏航减速器以及风力发电增速箱
风力齿轮箱的润滑
▪ 两种方式： 飞溅润滑; 强制润滑
▪ 由电动齿轮泵带动
▪ 功能：
减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合； 吸收冲击和振动； 防止疲劳点蚀； 冷却，防锈，抗腐蚀；
▪ 常用型号：MOBIL632,MOBIL630,L-CKC220,GB5903-95
▪ 更换时间：首次----500小时 以后----5000-10000小时
齿轮和轴的连接 分为平键连接，花键连接，过盈配合连接，胀紧套连接； 轴分为主动轴，从动轴和中间轴
轴承 滚动轴承为主，使用寿命≧13万小时
风力发电齿轮箱的使用与维护
▪ 主动轴和叶片轮毂的连接必须紧固 ▪ 输出轴与电机连接处使用弹性联轴器 ▪ 无卡滞现象，无冲击振动，无异常噪音 ▪ 加载试验分阶段进行：25%-50%-75%-100%
▪ 专家估计，中国的装机容量在2011年将达到17388兆瓦，年增长率 为46.4%
风电行业概述
▪ 中国整机生产厂商：
风电行业概述
▪ 直驱发电： 采用永磁体发电机，叶片直接驱动发电机发电
▪ 双馈发电： 通过多重齿轮箱，将每分钟转速不过20多转的叶片转速提
升到每分钟1200转进行发电
风电行业概述
中国高速传动（0658.HK）
▪ 由南京高精齿轮集团更名而来，前身南京机床修理厂，成立于1969 年。
▪ 主要客户有GE,宝钢，安徽海螺
▪ 主要行业：冶金、建材、风力发电、化工、矿山、 起重、能源、国 防等
▪ 可生产风力发电主传动设备及偏航变桨传动设备
风力发电齿轮箱分类
▪ 200千瓦、 ▪ 250千瓦、 ▪ 300千瓦、 ▪ 600千瓦、 ▪ 660千瓦、 ▪ 800千瓦、 ▪ 1400千瓦、 ▪ 1.5兆瓦、 ▪ 2兆瓦
风力发电齿轮箱常见故障
▪ 齿轮损伤 轮齿折断 齿面疲劳 胶合
▪ 轴承损伤
▪ 断轴
▪ 油温高
中国风电行业分布
▪ 地区分布图
中国风电行业分布
国外企业
偏航系统
▪ 国内尚未掌握技术，主要依赖进口
▪ 由偏航测量及偏航驱动部分，机械传动部分，扭缆保护装置三大部 分组成
▪ 变桨和偏航轴承可以由国内的洛轴、瓦轴和徐州罗特艾德公司提供， 但没有经过长期运行考验。
电控系统
▪ 国内最薄弱的环节 ，完全依赖于进口
▪ 国内主要厂家： 许继电器， 南京自动化研究中心， 合肥SUNLIGHT。
▪ 全球风电行业
风电行业概述
▪ 市场占有率
风力发电机结构
▪ 风力发电机组的主要零部件包括叶片，齿轮箱，电机，导航系统， 电控系统。
叶片
▪ 技术瓶颈已消除
▪ 最为昂贵的部件，占机组生产成本的20%~25%左右。
▪ 主要生产厂家： 惠腾， 中复连众， 上海FRP研究中心，
中国企业
LM， vestas, gamesa
齿轮箱
▪ 非常重要的机械部件
▪ 功能: 将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转
速 ▪ 又称增速箱
▪ 技术重点：减少外形尺寸，减轻重量
▪ 目前我国主要有3家公司制造风力发电齿轮箱：南京高齿，重庆齿轮有限公 司，杭州前进齿轮箱集团，而前两家公司占据了绝大部分市场分额，约70%
▪ 最新进入风力发电齿轮箱的企业还有大连重工和四川二重。