风电传动链认识报告.
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风电传动链前期汇报
汇 报 人
指导老师
1 风电传动链
2 风电机组传动布置方案
3 偏航系统
4 变桨系统
传动链的分类
超导机组
01
液力耦合变速结构
双轴承结构 （4点式支撑） 双轴承 一体式轴承座
双轴承 独立轴承座
Biblioteka Baidu多发电机结构
单轴承结构
单轴承结构 （3点式支撑）
双轴承结构
无主轴结构 主轴轮毂集成结构
超紧凑结构
胀套式联轴器
主轴与齿轮箱输入轴连接处。主要由Z10型胀套联轴器、液压胀套联轴器
万向联轴器 弹性联轴器
是一类容许两轴间具有较大角位移的联轴器，适用于有大角位移的两轴之 间的连接，在运转过程中可以随时改变两轴间的轴间角。 对被连接两轴的轴向、径向和角向偏移具有一定的补偿能力，能够 有效减少振动和噪声。
膜片式联轴器 连杆式联轴器
齿轮箱主轴集成结构
典型风电机组
变桨距型风力发电机
优点：提高了风能转换 效率；不会发生过发电 现象；叶片相对简单， 重量轻，利于造大型风 电机组。 缺点：调桨机构和控制 系统复杂，因机构复杂 出现故障的可能性增加
变桨变速风力发电机
直驱型风力发电机
优点：省去齿轮箱，传 动效率得到了进一步提 高，造价降低；免除齿 轮箱的故障问题。 缺点：发电机转速慢， 级数增多，制造困难； 电控系统复杂，运行维 护难度大。
半直驱型风力发电机
优点：发电效率 高，超出定桨距 发电机组10%以 上 缺点：机械、电 气、控制部分比 较复杂
与双馈机型比， 半直驱的齿轮箱 的传动比低； 与直驱机型比， 半直驱的发电机 转速高。
1500KW风力发电机组机舱内部简图
风电机组主轴与主轴承的介绍
主轴
主轴是把来自风轮轮毂的旋转机械能传递给齿轮箱或直接传递给发电机。 此外主轴的另一个目的是把载荷传到机舱的固定系统上。除了承受来自风轮的启动 载荷，主轴还要承受重力载荷以及轴承和齿轮箱的反作用力
齿轮箱——失效
轮齿折断 短时意外的严重过载， 超过弯曲疲劳极限。 避免措施：选择适当 的模数和齿宽，合适 的材料及热处理方法 齿面点蚀 很小的面接触导致细 微的疲劳裂纹、微粒 剥落而形成的麻点。 避免措施：提高齿面 硬度
齿轮箱的主要失 效形式
齿面磨损 接触表面间有较大的 相对滑动，产生滑动 摩擦 避免措施：提高齿面 硬度，降低表面摩擦 度，改善润滑条件， 加大模数 齿面胶合 润滑缺失导致齿面直 接接触并相互黏连。 避免措施：降低表面 粗糙度，采用粘度大 和抗胶合性能好的润 滑油
以采用一级行星轮传动和两级平行轴斜齿轮传动的三级变速传动的齿轮箱为例， 输入端行星架支承轴承转速较低，但载荷较大； 输出端支承轴承载荷较小，但转速较高， 齿轮箱轴承多采用圆柱滚子轴承、调心滚子轴承或深沟球轴承。
轴承
轴承失效
风电机组传动布置方案
“两点式”布置 “三点式”布置 “一点式”布置 “内置式”布置
联轴器
01
装配位置
联轴器
01
联轴器（齿轮箱输出轴与发 电机的连接处）作用： 作为一个柔性轴，它补 偿齿轮箱输出轴和发电机转 子的平行性偏差和角度误差。 为了减少传动的振动，联轴 器需要有振动和阻尼。
联轴器的分类
刚性联轴器
结构简单、成本低廉，但对被连接的两轴间的相对位移缺乏补偿能 力，故要求被连接的两轴具有很高对中性。
齿轮箱——二级行星一级平行
一级行星架
双臂整体式行星架：
结构刚性较好，行 星轮的轴承一般安装在 行星轮内。
齿轮箱——二级行星一级平行
二级行星架
单臂式行星架：
结构简单，装配方便，轴向尺寸小。但 行星轮属悬臂布置，受力不好，刚性差。
齿轮箱——二级行星一级平行
齿轮箱的减噪减振装置
齿轮箱的重量约占机舱重量的1/2，而且当风机运 转时，齿轮箱会产生振动。为减小振动对其它部件的不 利影响，齿轮箱与主机架之间增加了减振元件。
齿轮箱
01
典型的风电机组齿轮箱传动形式
齿轮箱——二级行星一级平行
齿轮副： 1. 齿轮箱增速部分由三级组成，两级行星齿轮和一级平行轴齿轮。 2. 行星轮系和平行轴齿轮都采用斜齿轮传动：传动平稳，噪音小，重合度比直齿轮 大。 3. 采用内啮合以便充分利用空间，而且输入轴和输出轴共线，所以机构尺寸非常紧 凑。 4. 轮系中均匀分布的几个行星轮共同承受载荷，行星轮公转产生的离心惯性力与齿 廓啮合处的径向力相平衡，使受力状况较好，效率较高。 5. 传动比的合理分配。
兆瓦级三叶片水平轴式风电机组主传动轴的支撑方式： 1)“两点式”支撑： 主轴由两个轴承支撑，其中一个轴向固定，另一个 轴向浮动， 主轴仅将扭矩传至齿轮箱。
在设计过程中要着重考虑主轴的受力、弯矩、扭矩、从而考虑其材料要求、 选择合适的轴承。 通过对轴的强度、刚度计算以及使用寿命的要求得到相应的轴的尺寸。
齿轮箱
01 叶轮
低转速
将低转速的动能转 化为高转速的动能
需要高 转速
齿轮箱
发电机
齿轮箱的工作过程： 风作用到叶片上，驱使风轮旋转。旋转的风轮带动齿轮箱主轴转动并将动能输入 齿轮副。经过三级变速，齿轮副将输入的大扭矩、低转速动能转化成低扭矩、高转 速的动能，通过联轴器传递给发电机。发电机将输入的动能最终转化为电能并输送 到电网。
轴承
主轴轴承：双馈电机型机组主轴起着支撑轮毂和叶片以及将风叶扭矩传递到增速齿 轮箱的作用。要求主轴轴承的承载能力大、抗振性能好、调心性能好、运转平稳可 靠、使用寿命长等。 双排调心球面滚子轴承。刚性好，能力强，调心作用显著。注重低转速、重载荷条 件下保持架、滚道的结构形式，并确保润滑和密封。
01
轴承
补偿元件是具有弹性的金属片，利用金属膜片的可变形能在轴向、 径向和角向3个方向补偿两连接轴间的偏差。 利用连杆的铰接和橡胶及关节形非金属复合材料的可变形性补偿轴 向、径向和角向偏差。
联轴器
联轴器所联两轴的相对偏移种类
01
轴向 偏移
相对 偏移 种类
角
综合 偏移
径向 偏移
偏 移
为保证联轴器的使用寿命，必须每6个月进行一次同轴度检测。 •轴的平行度误差：±0.2mm
轴承
01
风力发电机组中的轴承
滚动轴承被视为机器的关节，是风力发电机组的重要配套部件。在一台风 力发电机组的偏航系统、变桨系统、主轴、变速箱以及发电机的支撑部位 都有不同结构的轴承在运转。
轴承
轴承在工作时承受径向载荷、轴向载荷和倾 覆力矩的联合作用，能够在苛刻且连续变化 的条件下工作。 主轴轴承载荷条件复杂，工况条件恶劣，要 求轴承有较小的启动摩擦力矩
汇 报 人
指导老师
1 风电传动链
2 风电机组传动布置方案
3 偏航系统
4 变桨系统
传动链的分类
超导机组
01
液力耦合变速结构
双轴承结构 （4点式支撑） 双轴承 一体式轴承座
双轴承 独立轴承座
Biblioteka Baidu多发电机结构
单轴承结构
单轴承结构 （3点式支撑）
双轴承结构
无主轴结构 主轴轮毂集成结构
超紧凑结构
胀套式联轴器
主轴与齿轮箱输入轴连接处。主要由Z10型胀套联轴器、液压胀套联轴器
万向联轴器 弹性联轴器
是一类容许两轴间具有较大角位移的联轴器，适用于有大角位移的两轴之 间的连接，在运转过程中可以随时改变两轴间的轴间角。 对被连接两轴的轴向、径向和角向偏移具有一定的补偿能力，能够 有效减少振动和噪声。
膜片式联轴器 连杆式联轴器
齿轮箱主轴集成结构
典型风电机组
变桨距型风力发电机
优点：提高了风能转换 效率；不会发生过发电 现象；叶片相对简单， 重量轻，利于造大型风 电机组。 缺点：调桨机构和控制 系统复杂，因机构复杂 出现故障的可能性增加
变桨变速风力发电机
直驱型风力发电机
优点：省去齿轮箱，传 动效率得到了进一步提 高，造价降低；免除齿 轮箱的故障问题。 缺点：发电机转速慢， 级数增多，制造困难； 电控系统复杂，运行维 护难度大。
半直驱型风力发电机
优点：发电效率 高，超出定桨距 发电机组10%以 上 缺点：机械、电 气、控制部分比 较复杂
与双馈机型比， 半直驱的齿轮箱 的传动比低； 与直驱机型比， 半直驱的发电机 转速高。
1500KW风力发电机组机舱内部简图
风电机组主轴与主轴承的介绍
主轴
主轴是把来自风轮轮毂的旋转机械能传递给齿轮箱或直接传递给发电机。 此外主轴的另一个目的是把载荷传到机舱的固定系统上。除了承受来自风轮的启动 载荷，主轴还要承受重力载荷以及轴承和齿轮箱的反作用力
齿轮箱——失效
轮齿折断 短时意外的严重过载， 超过弯曲疲劳极限。 避免措施：选择适当 的模数和齿宽，合适 的材料及热处理方法 齿面点蚀 很小的面接触导致细 微的疲劳裂纹、微粒 剥落而形成的麻点。 避免措施：提高齿面 硬度
齿轮箱的主要失 效形式
齿面磨损 接触表面间有较大的 相对滑动，产生滑动 摩擦 避免措施：提高齿面 硬度，降低表面摩擦 度，改善润滑条件， 加大模数 齿面胶合 润滑缺失导致齿面直 接接触并相互黏连。 避免措施：降低表面 粗糙度，采用粘度大 和抗胶合性能好的润 滑油
以采用一级行星轮传动和两级平行轴斜齿轮传动的三级变速传动的齿轮箱为例， 输入端行星架支承轴承转速较低，但载荷较大； 输出端支承轴承载荷较小，但转速较高， 齿轮箱轴承多采用圆柱滚子轴承、调心滚子轴承或深沟球轴承。
轴承
轴承失效
风电机组传动布置方案
“两点式”布置 “三点式”布置 “一点式”布置 “内置式”布置
联轴器
01
装配位置
联轴器
01
联轴器（齿轮箱输出轴与发 电机的连接处）作用： 作为一个柔性轴，它补 偿齿轮箱输出轴和发电机转 子的平行性偏差和角度误差。 为了减少传动的振动，联轴 器需要有振动和阻尼。
联轴器的分类
刚性联轴器
结构简单、成本低廉，但对被连接的两轴间的相对位移缺乏补偿能 力，故要求被连接的两轴具有很高对中性。
齿轮箱——二级行星一级平行
一级行星架
双臂整体式行星架：
结构刚性较好，行 星轮的轴承一般安装在 行星轮内。
齿轮箱——二级行星一级平行
二级行星架
单臂式行星架：
结构简单，装配方便，轴向尺寸小。但 行星轮属悬臂布置，受力不好，刚性差。
齿轮箱——二级行星一级平行
齿轮箱的减噪减振装置
齿轮箱的重量约占机舱重量的1/2，而且当风机运 转时，齿轮箱会产生振动。为减小振动对其它部件的不 利影响，齿轮箱与主机架之间增加了减振元件。
齿轮箱
01
典型的风电机组齿轮箱传动形式
齿轮箱——二级行星一级平行
齿轮副： 1. 齿轮箱增速部分由三级组成，两级行星齿轮和一级平行轴齿轮。 2. 行星轮系和平行轴齿轮都采用斜齿轮传动：传动平稳，噪音小，重合度比直齿轮 大。 3. 采用内啮合以便充分利用空间，而且输入轴和输出轴共线，所以机构尺寸非常紧 凑。 4. 轮系中均匀分布的几个行星轮共同承受载荷，行星轮公转产生的离心惯性力与齿 廓啮合处的径向力相平衡，使受力状况较好，效率较高。 5. 传动比的合理分配。
兆瓦级三叶片水平轴式风电机组主传动轴的支撑方式： 1)“两点式”支撑： 主轴由两个轴承支撑，其中一个轴向固定，另一个 轴向浮动， 主轴仅将扭矩传至齿轮箱。
在设计过程中要着重考虑主轴的受力、弯矩、扭矩、从而考虑其材料要求、 选择合适的轴承。 通过对轴的强度、刚度计算以及使用寿命的要求得到相应的轴的尺寸。
齿轮箱
01 叶轮
低转速
将低转速的动能转 化为高转速的动能
需要高 转速
齿轮箱
发电机
齿轮箱的工作过程： 风作用到叶片上，驱使风轮旋转。旋转的风轮带动齿轮箱主轴转动并将动能输入 齿轮副。经过三级变速，齿轮副将输入的大扭矩、低转速动能转化成低扭矩、高转 速的动能，通过联轴器传递给发电机。发电机将输入的动能最终转化为电能并输送 到电网。
轴承
主轴轴承：双馈电机型机组主轴起着支撑轮毂和叶片以及将风叶扭矩传递到增速齿 轮箱的作用。要求主轴轴承的承载能力大、抗振性能好、调心性能好、运转平稳可 靠、使用寿命长等。 双排调心球面滚子轴承。刚性好，能力强，调心作用显著。注重低转速、重载荷条 件下保持架、滚道的结构形式，并确保润滑和密封。
01
轴承
补偿元件是具有弹性的金属片，利用金属膜片的可变形能在轴向、 径向和角向3个方向补偿两连接轴间的偏差。 利用连杆的铰接和橡胶及关节形非金属复合材料的可变形性补偿轴 向、径向和角向偏差。
联轴器
联轴器所联两轴的相对偏移种类
01
轴向 偏移
相对 偏移 种类
角
综合 偏移
径向 偏移
偏 移
为保证联轴器的使用寿命，必须每6个月进行一次同轴度检测。 •轴的平行度误差：±0.2mm
轴承
01
风力发电机组中的轴承
滚动轴承被视为机器的关节，是风力发电机组的重要配套部件。在一台风 力发电机组的偏航系统、变桨系统、主轴、变速箱以及发电机的支撑部位 都有不同结构的轴承在运转。
轴承
轴承在工作时承受径向载荷、轴向载荷和倾 覆力矩的联合作用，能够在苛刻且连续变化 的条件下工作。 主轴轴承载荷条件复杂，工况条件恶劣，要 求轴承有较小的启动摩擦力矩