romax 齿轮箱振动分析

摘要

齿轮箱作为风电机组中最重要的传动部件,负责将风轮叶片的低转速转换为发电机所需要的高转速，实现能量与扭矩的高效传输；振动是风电机组齿轮箱故障失效的主要原因，随着机组容量的增加, 长期处于恶劣条件下的齿轮箱，由于结构体积的增大和弹性增加，更易引发振动问题。本文主要研究齿轮箱在变速变载下的振动特性，基于Romax软件建立齿轮箱的振动模型，分析齿轮箱各级齿轮的啮合频率和固有频率。本文研究内容可为风电机组齿轮箱的优化设计、故障、预防和处理提供技术基础。

关键词: 齿轮箱,固有频率,啮合频率,共振,Romax

ABSTRACT

Gear box is the most transmission Parts in the Wind turbine,it is responsible for the low-speed wind turbine blade into the high-speed generator required to achieve the efficient transmission of energy and torque.Vibration is the main reason of wind turbine gear box failure , along with the increase of unit capacity, long-term adverse conditions in the gear box, due to the increase of the structure and flexibility to increase volume, caused more vibration problems.This paper mainly research gear box's vibration characteristics in the speed change, established gearbox vibration model based on Romax software,analysis of gearbox gear mesh frequency and levels of natural frequency.The contents of this paper provide wind turbine gearbox optimized design, failure for technical basis for the prevention and treatment.

Key words : Gear Box , Natural frequency , Meshing frequency, Resonance, Romax

目录

摘要.................................................................... I ABSTRACT ................................................................... II 第1章绪论. (1)

1.1选题背景和意义 (1)

1.2国内外研究现状 (2)

1.3本文工作 (3)

1.4本章小结 (3)

第2章风电机组齿轮箱力学特点 (4)

2.1 前言 (4)

2.2 风电机组齿轮箱机械结构 (4)

2.3 风电机组齿轮箱外部载荷 (5)

2.4 风电机组齿轮箱内部激励 (6)

2.5 齿轮箱振动机理 (6)

2.6 机械振动系统 (8)

2.7本章小结 (10)

第3章基于romax的风电齿轮箱建模 (11)

3.1世界各地对romax的应用 (11)

3.2 Romax软件介绍 (11)

3.3 Romax建模 (12)

3.4本章小结 (17)

第4章固有频率和啮合频率分析 (18)

4.1传动比及啮合频率计算 (18)

4.2固有频率和啮合频率分析比较 (21)

4.3本章小结 (22)

第5章结论和展望 (23)

5.1结论 (23)

5.2展望 (23)

参考文献 (24)

致谢 (25)

第1章绪论

1.1 选题背景和意义

在人类越来越渴望清洁能源和环保能源的大时代背景下，风电作为一种新兴的清洁能源，受到全世界人类的广泛关注。美国，德国，日本等国家都在积极地研究风电这一清洁、高效的发电方式。在中国，风电也在蓬勃发展，金风，华锐，明阳这些企业已经走在了科研的前列，而东方汽轮机厂，华能也新建了风电厂。从九十年代到2007年，我国风电机组装机总容量已超过560万kW，风电机组共计6469台，分布在全国22个省、市和自治区。目前已装机的风电机组中，大部分采用的是水平轴结构，并采用齿轮箱作为风轮与发电机之间的传动部件。齿轮箱负责将风轮叶片的低转速转换为发电机所需要的高转速，实现能量与扭矩的高效传输。因此，齿轮箱是风电机组中最重要的传动部件。

风电齿轮箱具有质量大、重心高等特点，随着风电机组装机容量的不断增大，轮毂高度逐渐增加，齿轮箱受力变得复杂化，这就造成有些齿轮箱可能在设计上存在缺陷。一般风电机组都安装在高山、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以及强阵风的冲击，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，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难。由于齿轮箱长期处于这样的恶劣条件下，会出现粘附磨损、腐蚀磨损、表面疲劳磨损、微动磨损和气蚀等失效形式，轻则导致润滑油失效，重则轴、轴承、轮齿的断裂，导致风电机组的停机[5]。在变速变载这样的情况下，还会出现轮齿折断、齿面点蚀等的情况。根据国际上有关机构对25台实际运行机组在3个月时间段的故障统计，机组各部件故障造成发电量损失见图1，齿轮箱是风电机组中故障率最高的部件，其主要失效形式为轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形[6]。

图1-1 风电机组故障所造成的发电量损失估计

上述齿轮箱失效形式主要由风电机组所承受的变速、变载的复杂作用力引起，其故障