- 相關(guān)推薦
風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱概述
第一節 概述
風(fēng)力發(fā)電機組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機械部件，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速。通常風(fēng)輪的轉速很低，遠達不到發(fā)電機發(fā)電所要求的轉速，必須通過(guò)齒輪箱齒輪副的增速作用來(lái)實(shí)現，故也將齒輪箱稱(chēng)之為增速箱。根據機組的總體布置要求，有時(shí)將與風(fēng)輪輪轂直接相連的傳動(dòng)軸（俗稱(chēng)大軸）與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯(lián)軸節連接的結構。為了增加機組的制動(dòng)能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設置剎車(chē)裝置，配合葉尖制動(dòng)（定漿距風(fēng)輪）或變漿距制動(dòng)裝置共同對機組傳動(dòng)系統進(jìn)行聯(lián)合制動(dòng)。
由于機組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，受無(wú)規律的變向變負荷的風(fēng)力作用以及強陣風(fēng)的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴寒和極端溫差的影響，加之所處自然環(huán)境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂的狹小空間內，一旦出現故障，修復非常困難，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。例如對構件材料的要求，除了常規狀態(tài)下機械性能外，還應該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應保證齒輪箱平穩工作，防止振動(dòng)和沖擊；保證充分的潤滑條件，等等。對冬夏溫差巨大的地區，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設置監控點(diǎn)，對運轉和潤滑狀態(tài)進(jìn)行遙控。
不同形式的風(fēng)力發(fā)電機組有不一樣的要求，齒輪箱的布置形式以及結構也因此而異。在風(fēng)電界水平軸風(fēng)力發(fā)電機組用固定平行軸齒輪傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)最為常見(jiàn)。
如前所述，風(fēng)力發(fā)電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現，皆可能導致風(fēng)電機組發(fā)生故障，而狹小的機艙不可能像在地面那樣具有牢固的機座基礎，整個(gè)傳動(dòng)系的動(dòng)力匹配和扭轉振動(dòng)的因素總是集中反映在某個(gè)薄弱環(huán)節上，大量的實(shí)踐證明，這個(gè)環(huán)節常常是機組中的齒輪箱。因此，加強對齒輪箱的研究，重視對其進(jìn)行維護保養的工作顯得尤為重要。
第二節 設計要求
設計必須保證在滿(mǎn)足可靠性和預期壽命的前提下，使結構簡(jiǎn)化并且重量最輕。通常應采用CAD優(yōu)化設計，排定最佳傳動(dòng)方案，選用合理的設計參數，選擇穩定可靠的構件和具有良好力學(xué)特性以及在環(huán)境極端溫差下仍然保持穩定的材料，等等。
一、 設計載荷
齒輪箱作為傳遞動(dòng)力的部件，在運行期間同時(shí)承受動(dòng)、靜載荷。其動(dòng)載荷部分取決于風(fēng)輪、發(fā)電機的特性和傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機的外部工作條件。
風(fēng)力發(fā)電機組載荷譜是齒輪箱設計計算的基礎。載荷譜可通過(guò)實(shí)測得到，也可以按照JB/T10300標準計算確定。當按照實(shí)測載荷譜計算時(shí)，齒輪箱使用系數KA＝1。當無(wú)法得到載荷譜時(shí)，對于三葉片風(fēng)力發(fā)電機組取KA=1.3。
二、設計要求
風(fēng)力發(fā)電機組增速箱的設計參數，除另有規定外，常常采用優(yōu)化設計的方法，即利用計算機的分析計算，在滿(mǎn)足各種限制條件下求得最優(yōu)設計方案。
（一） 效率
齒輪箱的效率可通過(guò)功率損失計算或在試驗中實(shí)測得到。功率損失主要包括齒輪嚙合、軸承摩擦、潤滑油飛濺和攪拌損失、風(fēng)阻損失、其它機件阻尼等。齒輪的效率在不同工況下是不一致的。
風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的專(zhuān)業(yè)標準要求齒輪箱的機械效率應大于97%，是指在標準條件下應達到的指標。
（二） 噪聲級
風(fēng)力發(fā)電增速箱的噪聲標準為85dB（A）左右。噪聲主要來(lái)自各傳動(dòng)件，故應采取相應降低噪聲的措施：
1. 適當提高齒輪精度，進(jìn)行齒形修緣，增加嚙合重合度；
2. 提高軸和軸承的剛度；
3. 合理布置軸系和輪系傳動(dòng)，避免發(fā)生共振；
4. 安裝時(shí)采取必要的減振措施，將齒輪箱的機械振動(dòng)控制在GB/T8543規定的C級之內。
（三） 可靠性
按照假定壽命最少20年的要求，視載荷譜所列載荷分布情況進(jìn)行疲勞分析，對齒輪箱整機及其零件的設計極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進(jìn)行極限強度分析、疲勞分析、穩定性和變形極限分析、動(dòng)力學(xué)分析等。分析方法除一般推薦的設計計算方法外，可采用模擬主機運行條件下進(jìn)行零部件試驗的方法。
在方案設計之初必須進(jìn)行可靠性分析，而在施工設計完成后再次進(jìn)行詳細的可靠性分析計算，其中包括精心選取可靠性好的結構和對重要的零部件以及整機進(jìn)行可靠性估算。
第三節 齒輪箱的構造
一、齒輪箱的類(lèi)型與特點(diǎn)
風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的種類(lèi)很多，按照傳統類(lèi)型可分為圓柱齒輪增速箱、行星增速箱以及它們互相組合起來(lái)的齒輪箱；按照傳動(dòng)的級數可分為單級和多級齒輪箱；按照轉動(dòng)的布置形式又可分為展開(kāi)式、分流式和同軸式以及混合式等等。常用齒輪箱形式及其特點(diǎn)和應用見(jiàn)表.20.1-1。
（表20.1-1 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的主要類(lèi)型和特點(diǎn)）。
二、齒輪箱圖例
（各種齒輪箱圖例如圖20.1 ～ 20.7 所示）。
第四節 齒輪箱的主要零部件
箱體結構
箱體是齒輪箱的重要部件，它承受來(lái)自風(fēng)輪的作用力和齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反力，必須具有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動(dòng)質(zhì)量。箱體的設計應按照風(fēng)電機組動(dòng)力傳動(dòng)的布局安排、加工和裝配條件、便于檢查和維護等要求來(lái)進(jìn)行。應注意軸承支承和機座支承的不同方向的反力及其相對值，選取合適的支承結構和壁厚，增設必要的加強筋。筋的位置須與引起箱體變形的作用力的方向相一致。
箱體的應力情況十分復雜且分布不勻，只有采用現代計算方法，如有限元、斷裂力學(xué)等方法輔以摸擬實(shí)際工況的光彈實(shí)驗，才能較為準確地計算出應力分布的狀況。利用計算機輔助設計，可以獲得與實(shí)際應力十分接近的結果。
采用鑄鐵箱體可發(fā)揮其減振性，易于切削加工等特點(diǎn)， 適于批量生產(chǎn)。常用的材料有球墨鑄鐵和其他高強度鑄鐵。用鋁合金或其他輕合金制造的箱體，可使其重量較鑄鐵輕20%~30%， 但從另一角度考慮，輕合金鑄造箱體，降低重量的效果并不顯著(zhù)。這是因為輕合金鑄件的彈性摸量較小，為了提高剛性，設計時(shí)常須加大箱體受力部分的橫截面積，在軸承座處加裝鋼制軸承座套，相應部位的尺寸和重量都要加大。目前除了較小的風(fēng)電機組尚用鋁合金箱體外，大型風(fēng)力發(fā)電齒輪箱應用輕鋁合金鑄件箱體已不多見(jiàn)。
單件、小批生產(chǎn)時(shí)，常采用焊接或焊接與鑄造相結合的箱體。為減小機械加工過(guò)程和使用中的變形，防止出現裂紋，無(wú)論是鑄造或是焊接箱體均應進(jìn)行退火
【風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱概述】相關(guān)文章：
公證證據概述01-13
生物柴油及生產(chǎn)概述01-11
運輸合同概述12-08
非語(yǔ)言交流—概述(一)03-07
對商標反向假冒行為概述03-27
資產(chǎn)證券化概述01-09