风力发电机组的传动装置
风力发电系统中的传动装置设计与优化
风力发电系统中的传动装置设计与优化风力发电系统是一种环保、可再生的能源系统，利用风能将其转化为电能。
而风力发电系统中的传动装置扮演着重要角色，它将来自风机叶片的旋转运动转化为发电机的转子旋转运动，从而产生电能。
本文将讨论风力发电系统中的传动装置设计与优化的问题。
首先，让我们了解一下风力发电系统的基本原理。
风力发电系统主要由风机叶片、传动装置和发电机等组成。
风机叶片的旋转由风力驱动，传动装置将旋转运动转化为线性运动，并传递给发电机，发电机则将机械能转化为电能输出。
在传动装置的设计过程中，有几个关键因素需要考虑。
首先是传动装置的效率。
传动装置的效率决定了风力的转化效率和电能的转化效率。
因此，在设计过程中，应该尽可能提高传动装置的效率，减少能量损失。
例如，选择高效的齿轮传动系统、使用优质的轴承等，都可以提高传动装置的效率。
其次是传动装置的可靠性和稳定性。
风力发电系统通常运行在较为恶劣的环境中，如高风速、低温等。
因此，传动装置需要能够承受较大的负载和振动，并保持稳定运行。
在设计过程中，应该选择材料强度高、耐磨损、耐腐蚀的零部件，确保传动装置的可靠性和稳定性。
另外，传动装置的体积和重量也是需要考虑的因素。
风力发电系统往往需要建在高海拔或离岸等较为复杂的环境中。
在这些环境下，传动装置需要具备较小的体积和重量，以便于安装和维护。
因此，在设计过程中，应该采用轻量化的结构和材料，以减小传动装置的体积和重量。
除了上述的基本要求外，传动装置的设计还应考虑到动力分配的均匀性和系统的灵活性。
传动装置需要能够平衡不同风速下的功率输出，并适应系统的变化。
因此，在设计过程中，应该合理选择齿轮的参数、采用可调节的软连接等方式，以实现动力的均匀分配和系统的灵活性。
为了优化风力发电系统中的传动装置设计，可以采用多种方法。
首先，可以通过数值模拟和实验测试相结合的方式，对不同的传动装置方案进行评估和比较。
通过模拟分析，可以获得传动装置的动力学特性、能量损失等参数，从而为设计提供依据。
风力发电机传动系统的设计doc_图文
学号密级公开xxxxxxxxx本科生毕业设计风力发电机传动系统的设计学院名称：培黎工程技术学院专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：马指导教师：同教授二○一三年五月BACHELOR'S DEGREE THESIS OF LANZHOU CITY UNIVERSITYDesign of Transmission System of WindPower GeneratorCollege : School of Bailie Engineering & TechnologySubject : Mechanic Design Manufacturing and AutomationName : MaDirected by : Professor Tong ChanghongMay 2013郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
本学位论文的知识产权归属于培养单位。
本人签名：日期：摘要风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，传动系统是风电机组的核心系统，而齿轮箱又为双馈式风电机组传动系统的核心部件，备受国内外风电行业和研究机构的关注。
但由于国内齿轮箱的研究起步晚，技术薄弱，尤其在目前兆瓦级风力发电机中，其属于易过载和过早损坏率较高的部件，且易出故障。
与之相对应的，直驱式风力发电机具备低风速时高效率、低噪音等优点，但直驱式发电机组在风力发电越来越大型化发展的今天，其过于庞大的低速发电机运输、吊装困难，制造成本较高。
二者相比较，考虑到结构、经济问题，我们就不得不重新思考如何提高齿轮箱的传动效率，从而提高传动系统的传动效率。
本文在对风力发电机的结构、原理深入了解、研究的基础上，对其传动系统的齿轮增速系统进行自主设计。
风力发电机组机械传动问题解答
1.风力发电机组的机械传动由哪两大部分组成?请说出它们的主要功能。
答:风力发电机组的机械传动由主传动系统和辅助传动系统两大部分组成。
主传动系统的功能是将风轮的转速提高至发电机所需的转速并将风轮吸收的机械能传递给发电机。
辅助传动系统主要有偏航传动系统和变桨距传动系统。
偏航传动装置采用电机或液压马达驱动,通过齿轮减速器带动机舱回转,保持其迎风位置并被制动器可靠定位。
而在电缆扭转达到设定限度时使机舱反向转动实现解缆。
变桨距传动装置是利用电机减速器带动齿轮副或利用伺服油缸推动连杆机构使叶片转动,以便改变其螺距从而控制电机输入转速。
2.主传动增速箱有那些主要特点?答:1)速比恒定不变,传动平稳;2)齿轮副中心距具有可分离性(传动中心距即使有变化,传动比仍保持不变);3)速比范围大;4)传递功率范围广,最大可达5万kW;5)传动效率高,单级传动可达99%;6)结构紧凑,可靠;7)切齿刀具易于制造,互换性好。
3.行星齿轮机构中常使用什么方法让构件在运转过程中受载均匀?答:通常利用行星机构的行星架、行星轮、内齿圈和太阳轮等构件中的一个构件浮动的方式,来实现机构均载。
例如利用太阳轮浮动实现均载。
4.刚性联轴器和弹性联轴器在主传动系统中应用在什么部位?两者的主要区别是什么?答:在齿轮箱低速端使用刚性联轴器,在高速端使用弹性联轴器。
刚性联轴器将两个半轴直接联接成一体,对被联接的两轴间相对位移没有补偿作用,要求对中性较好。
而弹性联轴器对所联接的两轴的相对偏移有一定的补偿能力,同时具有缓冲减振作用。
5.简述偏航系统的主要组成部分及其作用。
答:1)偏航轴承:支撑机舱,与偏航减速器一起实现机舱的迎风转动。
2)偏航减速器:接受主机控制器的指令驱动偏航运动。
3)制动器:偏航过程中起阻尼作用,保持回转平稳;偏航结束后起制动作用,使机舱可靠定位。
4)风向传感器:控制机舱方位,适时发出偏航信号。
5)电缆缠绕传感器:在扭缆达到极限时发出解缆信号。
风力发电机组构成
固定式轮毂： 相对固定铰链式轮毂： 自由的铰链式轮毂：
2、 传动系
将风轮的力和力矩通过变速后传递给发电机，当风轮转速过高 时并能限制传动轴转动。
传动系包括低速传动轴、叶片刹车盘、增速箱、耦合器和高速 传动轴。
齿轮箱和叶片：中国风电发展限制的主要因素。
2.1齿轮箱
（1）由于发电机转速高，二极三相交流发电机转速约每分 钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转， 六极三相交流发电机转速约每分钟1000转，而风力机风轮 转速低，小型风力机转速每分钟最多几百转，大中型风力 机转速约每分钟几十转甚至十几转。这么大的转速差别， 风轮只有通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。
南高齿还与美国通用开展技术合作，专为通用公司做配套。
齿轮箱外资企业主要是弗兰德机电传动（天津）有限公司，2005年被西门子公司 收购后改名西门子机械传动（天津）有限公司，主要为外资整机厂供货。
2.2轴 承
风电机组主轴承在国内还没有专业制造厂， 目前几乎全部依赖进口，主要的国外厂商有 SKF、FAG等；其他部位的轴承，如偏航轴 承和变桨轴承，徐州罗特艾德公司可以生产。
风力发电系统构成
一、风力发电机组的系统组成
风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及控制设 备的组合。
水平轴发电装置通常包括风叶、传动机构（传动轴、增速 器）、停车制动器、发电机、机座、 塔架、调速器（或限 速器）、对风装置、储能装置和控制器等。
（1）叶轮
将风的动能转换为机械能并带动其它装置。 叶轮由叶片与轮毂组成。 1.1叶片数目的确定 依据使用目的、当地风能状况决定采用高速或低速风轮后。 叶片数选择的基本原则： （1）提高风轮转速就要减少叶片数，这样可使齿轮箱变速比减小，并可降
第七章 风力发电机组传动系统
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。
30、1.5MW风力发电机组传动系统
风轮扫风面积为：
有
A = 3448 m2
叶轮扫风半径为：
R = 35 (米)
以上计算均是在理想条件下进行，现实条 件下空气密度彼此会有差异，各个效率因数也 会由于某种特定的原因被减小，因此考虑到实 际情况1.5MW风力发电机的叶片在理论计算值 给出后会给出一定的补偿，综合各因素，我公 司的1.5MW风力发电机组叶片的长度选取一般 为40.3m和42m。
水平轴风力发电机
叶片的数量
对于水平轴风力发电机来说，三叶片风力发电机 组是最常见的。相对于三叶片，双叶片和单叶片也有 它们的优点，可以节约成本减少风轮的重量。然而， 以保证同尺寸的三叶片风力发电机具有同样的出力， 使用的叶片越少，旋转速度就越高，或者叶片弦长就 越长。采用单叶片或双叶片还会由于惯性的变化导致 载荷的波动，这取决于叶片是在水平位置还是在垂直 位置，以及叶片位于上端及下端位置时的风速变化。
单叶片
双叶片
三叶片
因此，通常双叶片和单叶片都是连接在所谓 的跷铰式轮毂上，此时风轮是铰接在主轴上的 。这种设计允许风轮跷转以消除部分不平衡载 荷。单叶片风力发电机不如双叶片风力发电机 使用广泛，主要因为单叶片风力发电机转速高 ，载荷不平衡，噪音大，同时还有视觉美观问 题，需要平衡重块来平衡风轮叶片的偏载。
叶片的几何形状
风力发电机组风轮叶片的外形轮廓是基于空气动 力学考虑设计的，叶片的横截面是具有非对称的流线 形状，迎风缘扁平。气动外形确立后，叶片要具有足 够的强度和刚度。叶片的型腔是空心的，是由两个壳 体粘接在一起构成的，上壳面是吸力面，下壳面是压 力面为使叶片有足够的强度和刚度，叶片型腔内有腹 板与上下大梁粘接，形成箱型端面结构。从结构力学 角度讲，叶片的腹板起到一个类似于梁的作用，简单 的梁理论在结构分析时可以用于模化叶片，从而确定 叶片的整体强度。
一级行星加俩级定轴传动的风电齿轮箱
一级行星两级平行轴齿轮传动的风电增速箱常见的兆瓦级风力发电机组增速箱，由一级行星齿轮和两级平行轴齿轮传动组成，是一种典型的传动装置。
齿轮箱利用其前箱盖上的两个突缘孔内的弹性套支撑在支架上。
齿轮箱低速级的行星架通过涨紧套与机组的大轴连接，三个一组的行星轮将动力传至太阳轮，再通过内齿联轴节传至位于后箱体内的第一级平行轴齿轮，再经过第二级平行轴齿轮传至高速级的输出轴，通过柔性联轴节与发电机相联。
齿轮箱输出轴端装有制动法兰供安装系统制动器用。
此外，为了保护齿轮箱免受极端负荷的破坏，中间传动轴上还装有安全保护装置。
一、设计要求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。
为此要建立整个机组的动态仿真模型，对启动、运行、空转、停机、正常启动和紧急制动等各种工况进行模拟，针对不同的机型得出相应的动态功率曲线，利用专用的设计软件进行分析计算，求出零部件的设计载荷，并以此为依据，对齿轮箱主要零部件作强度计算。
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，也可以按照有关标准计算确定。
国际上通行的标准和《风力机组认证规范》有相应的章节给出载荷谱计算公式，对风力发电机组气动载荷谱分析计算作了详尽的讲解。
这些资料都可用作设计计算的参考。
我国于2003年9月颁布了GB/T 19073-2003 《风力发电机组齿轮箱》标准，规定了风轮扫掠面积大于或等于40 m2的风力发电机组增速齿轮箱的技术要求、试验方法、检验规定和标志、包装、运输、贮存等要求。
国际标准化组织颁布相应的国际标准ISO 81400- 4：2005 ，基本上等同于美国风能协会（AWEA）和美国齿轮协会（AGMA）制订的美国国家标准ANSI/AGMA/AWEA6006-A03 “Standard for Design and Specification of Gearbox for Wind Turbines”，对40kW – 2 MW 的风力发电机组增速齿轮箱的设计制造和应用作了具体的规定。
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。
风力发电机组的工作原理及主要组成部分
风力发电机组的工作原理及主要组成部分
风力发电机组的工作原理是利用风能驱动风轮旋转，然后通过传动装置将旋转的能量转化为电能。
主要组成部分主要包括风轮、发电机、传动装置和控制系统。
1. 风轮：风力发电机组的核心部件，通常由多个叶片组成。
风轮受到风力的作用而旋转，将风能转换为机械能。
2. 发电机：将风轮转动产生的机械能转化为电能。
风力发电机组通常采用同步发电机或异步发电机来发电。
这些发电机通过转子磁场的旋转产生感应电动势，然后将其输出为交流电。
3. 传动装置：将风轮转动的机械能传递给发电机。
通常会采用齿轮或链条传动来实现转速的传递和适应风速的变化。
4. 控制系统：监控风力发电机组的运行状态和风速变化，并根据实际情况调整发电机的负载和转速。
控制系统还包括机舱内的传感器、仪表和自动控制装置，用于确保风力发电机组的安全和高效运行。
风力发电机组的工作原理是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程，利用的是自然界的可再生能源，具有环保和可持续发展的特点。
华仪1.5MW传动系统介绍全解
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2、风轮锁紧盘
材料：Q345E (抗低温）； 重量：463kg； 功能：锁定风轮
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3、主轴承
调心球面滚子轴承 240/630 ECJ / W33、240/630B.MB ，制造商： SKF、FAG。
第一部分 1.5MW风力发电机组传动系统
讲解人：庄剑余
部
门：华仪风能技术部
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传动系统总体结构介绍
三点悬吊支撑的经典设计：主轴承安装在叶轮一侧作为一点支撑，另外两点 设置在齿轮箱上，主轴与齿轮箱通过收缩盘连接，齿轮箱上带有两个力臂支
撑点。
特点：三点支撑方案结构相对紧凑，减小了叶轮对主轴承、主轴、齿轮箱的 冲击。
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5、风轮锁紧装置
数量：2组 位置：主轴承两侧 特点：梯形螺纹旋合引导，操作方便 有效行程：70mm
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6、锁紧螺母
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2Hale Waihona Puke 3材料：45；螺纹形式：Tr630x6-7H；
作用：防止主轴承轴向位移。
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二、齿轮箱
38% 1% 2%
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4% 0%
16%
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一、主轴及主轴承
主轴 风轮锁紧盘 主轴承 轴承座 风轮锁紧装置
主轴锁紧螺母
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风车的动力原理解析
风车的动力原理解析风车是一种广泛应用于能源领域的设备，它利用风的动力来转动叶轮，通过机械传动将风能转化为电能或机械能。
本文将从深度和广度两个标准出发，对风车的动力原理进行解析。
一、风的动力来源于气流运动的动能。
让我们了解一下风的本质。
风是指大气中因温度、压力和湿度差异而引起的气流运动。
当太阳辐射能量加热地球的不同地区时，会产生热空气上升和冷空气下沉的运动。
这种气流运动形成了大气中的风。
风的动力源于气流运动的动能，而风车的工作原理就是利用这个动能。
当风吹过风车的叶轮时，风的动能被转化为风车叶片的动能。
风车的叶片通常呈扇形且具有弯曲，这样一来当风吹向叶片时会产生气流分离。
这种气流分离的效应导致风车叶片产生扭矩，并转动风车轴。
二、风车的传动装置将风能转化为机械能或电能。
一旦风车叶轮开始旋转，风车的传动装置就会介入工作，这个装置可以将风能转化为机械能或电能。
常见的传动装置是风力发电机。
当风车叶轮转动时，它驱动风力发电机的转子旋转。
风力发电机内部的电磁装置会感应出来自转子旋转的磁场变化，并将它转化为电能。
这样，通过电磁装置的作用，风能成功转化为电能，供电网络中的家庭和企业使用。
除了风力发电机，风车的传动装置还可以是机械驱动装置。
这种装置利用风车叶轮的旋转转动一系列的齿轮或带动其他机械装置，实现了从风能到机械能的转化。
这种机械驱动装置在农村地区广泛应用，用于驱动水泵或磨盘等设备。
三、风车的效率与影响因素在分析风车的动力原理时，我们也需要考虑一些影响风车效率的因素。
风速是影响风车效率最重要的因素之一。
风车的效率与风速的关系呈指数增长。
当风速很低时，风车无法产生足够的动力；而当风速过大时，风车叶片容易受损，甚至会发生断裂。
风车的设计需要综合考虑不同速度下的工作状态，以最大限度地提高风能的转化效率。
风车的叶片形状和数量也对效率有着重要影响。
传统的风车叶片形状为弯曲的扇形，但随着科技的进步，研究人员提出了一些新的叶片设计，例如硬质叶片和空气动力学叶片。
风电机组齿轮箱介绍
风电机组齿轮箱介绍一、背景介绍风力发电是一种清洁能源，近年来得到了广泛的关注和应用。
而风电机组作为风力发电的核心设备之一，其齿轮箱作为传动装置，承担着将风轮旋转产生的动能转化为电能的重要任务。
因此，齿轮箱的性能和可靠性对于整个风电机组的运行稳定性和经济效益具有至关重要的影响。
二、齿轮箱基本结构齿轮箱是由输入轴、输出轴、油泵系统、润滑系统、冷却系统等组成，其中最主要的部分是由齿轮副组成。
通常情况下，齿轮箱采用多级斜齿轮传动结构或行星式减速器结构。
在多级斜齿轮传动结构中，输入端与输出端均采用斜齿轮副实现传动，在行星式减速器结构中，则采用行星架与内外啮合行星齿轮实现传动。
三、齿轮材料选择由于风力发电场所处环境恶劣，风电机组长期工作在高温、低温、高湿度和强风等恶劣环境下，因此齿轮箱的材料选择至关重要。
目前，常用的齿轮材料包括合金钢、低碳合金钢、铸铁等。
其中，合金钢具有高强度、高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性能好等优点，但是其成本较高；低碳合金钢则具有良好的可焊性和耐磨性，但是其强度和硬度相对较低；铸铁则具有成本低、加工性好等优点，但是其强度和硬度较差。
因此，在实际应用中需要根据不同情况选择不同的齿轮材料。
四、齿轮箱润滑系统齿轮箱润滑系统主要由油泵系统和润滑油路组成。
油泵系统主要负责将润滑油从储油罐中抽取并送到齿轮箱内部进行润滑；而润滑油路则负责将润滑油分配到各个部位进行润滑。
在实际应用中，通常采用循环式润滑系统或者静压式润滑系统。
循环式润滑系统的优点是结构简单、成本低，但是其润滑效果相对较差；而静压式润滑系统则具有润滑效果好、噪音小等优点，但是其结构复杂、成本较高。
五、齿轮箱故障原因及处理方法在实际使用中，齿轮箱可能会出现以下故障：齿轮损伤、轴承损坏、油泵故障等。
其中，齿轮损伤是最常见的故障之一，其原因主要有：过载、疲劳、腐蚀等。
处理方法包括更换齿轮副或者进行修复加固；而轴承损坏的原因主要有：过载、磨损等。
处理方法包括更换轴承或者进行修复加固；油泵故障的原因主要有：堵塞、漏油等。
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文章编号:100628244(2003)02235202
风力发电机组的传动装置
The D r ive system of the W i nd D r iven Generator
上海电力环保设备总厂 张 展
S hang ha i E lectric p o w er E nv iro m en ta l p rotection E qu ipm en t Ge m era l F actory
ZH A N G Z han
[摘要]本文简单介绍几种风力发电机增速箱的结构、原理和特点及其在风力发电机组中的应用。
[Abstract ]T h is paper b riefly in troduces structu re 、p rinci p le ,character of the w ind mo to r increaser and ap 2p licati on in w ind mo to r .
关键词:风力发电机 增速箱
Key w o rds :W ind mo to r Increaser
中图分类号:TM 315 文献标识码:B
风力发电机组是将风能转化为电能的机械。
风轮是风力发电机组最主要的部件,由浆叶和轮毂组成。
浆叶具有良好的空气动力外形,在气流作用下产生空气动力使风轮旋转,将风能转换成机械能,再通齿轮增速箱增速,驱动发电机转变成电能。
风力发电将是可再生洁净能源的自选,风力发电的优点:1)取之不尽可再生,我国幅员辽阔;2)洁净能源,随处可见;3)可不占地或少占地。
目前世界上风电机组在技术和工艺上比较发达,有良好质量保证体系的国家有美国、德国、丹麦、印度、荷兰、比利时等国。
我国风力发电以东北、西北、华北和东南沿海为主,地形平坦、运输条件和安装条件较好的新疆、内蒙及浅海地区以600k W 为宜;运输和安装条件不理想的沿海地区以300k W 为宜。
但风机愈大,其经济效益愈明显。
国内主要应用地区有:内蒙、河北、浙江、山东、辽宁、吉林、黑龙江、广东、新疆
上述地区的60%安装600k W 机组为宜,40%安装300k W 为宜。
风力发电要求具有先进性、高可靠性、易维护性及经济性。
增速箱是其主要部件之一,显然增速箱是保证上述要求的主要因素。
本文将着重介绍风力发电机组中增速箱的有关问题。
1 10k W 风力发电增速箱
10k W 风力发电体能源部的科研项目,由水电
部杭州机械所主持,用于温州地区。
图1示10k W 风力发电增速箱的运动简图。
采用两级2K —H (KG W )型行星传动,由行星架输入,太阳轮输出。
输入转速n 1=88r m in 时,则输出转速
n 2=1500r m in ,即为发电机的转速,其增速比i =17。
图1 2K —H 型两级增速箱简图
F ig .1 2K —H type tw o step increaser schem e
增速箱主要特点:1)高速级采用行星架浮动,低速级采用太阳轮浮动,这样使结构简化而紧凑,同时均载效果好。
2)输入轴(即低速级行星架)的强度高、刚性大,加大支承,可承受大的径向力、轴向力和传递大的转矩,以适应风力发电的要求。
3)行星架采用焊接结构,工艺简单,重量较轻。
本增速箱系上海港联传动机械厂制造。
增速箱的测试是在上海交通大学内进行的,分别进行空载跑合,逐一加载至额定载荷,最后进行超载测试,共运行35h 。
测得传动效率Γ=0.95左右。
空载时的噪声不大于83.8dB (王点平均值),由于增
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53—2003年6月DR I V E SYST E M T ECHN I QU E July 2003
速箱、高速级采用行星架浮动,空载时噪声大,满载时行星架浮动起作用,噪声下降5～8dB ,于是运行时噪声为75～78dB 。
满负载时,P =20k W ,n =1410r m in 连续运行5h ,油温平衡后的温度值为76℃(室温为17℃)。
试验中被测增速箱运转平稳、正常、无冲击、联接无松动,密封无渗漏油现象。
太阳轮、行星轮材料为20C r M nT i ,渗碳淬火,磨齿加工。
内齿圈用42C r M o 调质处理。
精度等级为7—6—6H K (GB 10095—88),内齿圈为7级(GB 10095—88)。
2 200k W 风力发电增速箱
200k W 风力发电机组是我国自行设计与研制
的最大风力发电机组,用于福建平擅岛,由水电部杭州机械所和福建电力局联合主持,已通过技术鉴定。
200k W 风力发电增速箱,由于叶片变矩拉杆从增速箱主轴孔通过,因此,只好采用定轴传动,由三级双斜齿组成的人字齿轮传动,由洛阳矿山机械厂制造。
设计功率P =360k W 。
输入转速n 1=41r m in ,其增速比i =37.6。
额定转矩T =9550
p n =9550×200
41
=50kN ・m 最大传递转矩T =9550×
360
41
=84kN ・m 齿轮材料为20C rN i 2M oA (相当于美国的
4320),渗碳淬火,齿面硬度58～62HRC 。
齿轮精度为6级(GB 10095—88)。
齿轮箱总重G =4080kg 。
1992年7月3日11时30分,机组发电功率P =100～150k W ,风速为7～12m s ,因10kV 线路故
障跳闸,机组未能应急顺浆,发生失控超速,风轮转速猛增至88r m in (215%的额定转速),超速运行2h ,增速箱安然无羌,这充分证明增速箱具有高可靠性。
3 300k W 风力发电增速箱
300k W 风力发电的增速箱由三级斜齿轮组成
的定轴传动,输入转速n 1=34r m in ,增速比i =44.85。
齿轮材料20C r 2N i 4A (相当于德国的
17C rN i M o 6),渗碳淬火,齿面硬度58～62HRC 。
齿轮精度6级(GB 10095～88)。
图2示300k W 风力发电机组总装简图。
图2 300k W 风力发电机组总装简图
F ig .2 300k W w ind mo to r system general schem e
1:轮毂 hub 2:叶片 B lade (14.2米) 3:液压装置 hy 2dralic unit 4:滑环 sli p ring 5:主轴 m ain shaft 6:联轴器
coup ling 7:增速箱支架 increaser suppo rt 8:增速箱 in 2
creaser 9:刹车盘 B rake desk 10:刹车闸 B rake lever 11:弹性联轴器 E lastic coup ling 12:发电机 Generato r 13:机舱 Enginer room 14:调向减速器 A djustm ent direc 2ti on reducer 15:调向机构 A djustm ent directi on m echanis m
16:进机舱梯子 Enter into engine room ladder 17:机舱固定卡 Engine room fixed card 18:刹车液压装置 B rake hy 2
dralic unit 19:电缆 Cable 20:安全绳 Safety rope 21:梯
子 Cadder 22:塔架 Tow er (29.16米)
4 600k W 风力发电机组增速箱
600k W 风力发电的增速箱,采用2K 2H (N G W )
型行星齿轮传动,输入转速n 1=30r m in ,其增速比i
=52.5,额定功率P =600k W ,最大传递功P m ax =1150k W 。
因此,额定转矩
T =9550
P n =9550×600
30
=191kN ・m 最大传递转矩T m ax =9550×
1150
30
=366kN ・m 润滑方式采用油泵循环冷却。
参考文献
[1] 张 展.10k W 风力发电增速箱的研制与测试.华东电力
1990N o .3p 42243.
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63—张 展:风力发电机组的传动装置。