风力发电机组齿轮箱设计理念探析

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1、风力发电机组齿轮箱设计理念探析　　中图分类号：TB857文献标识码：A文章编号：第一章概述1.1前言风能是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。近年来，国内外风电企业犹如雨后春笋般蓬勃发展，装机容量迅猛增长。在中国新增装机容量中，风电也开始超过水电，成为中国第二大新增能源，中国风能发展潜力巨大。2010年后，中国将成为国际风能市场的中心，也可能成为风电市场的制造中心。但是，风机制造中的几个瓶颈问题依然制约着国内风机制造水平的提高，其中风机齿轮箱的设计和制造显得尤为突出。1.2风电齿轮箱的功能与运行特点12风力发电机组中的齿轮箱的主要功能

2、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。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。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

3、风力作用以及强阵风的冲击，且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，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。因为风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而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，这个环节常常是机组中的齿轮箱，根据国内外风电机组的维修情况，齿轮箱是风电机组各个结构件中故障率最高的的构件之一。因此，加强对齿轮

4、箱的研究，优化其设计结构和重视对其进行维护保养的工作非常重要。第二章我国风机的分布特点与风电齿轮箱的主要结构型式可以说风机的分布、使用状况，决定了齿轮箱的结构型式和设计理念。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，在风电齿轮箱的设计中充分考虑风机的使用位置和所处的环境是必要的。122.1风电齿轮箱的主要结构型式风电齿轮箱种类繁多。按照传统类型可分为圆柱齿轮增速箱和行星增速箱，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；按照传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。

5、目前在风电行业大功率风机增速箱中，应用比较普遍的结构型式有三种：1、一级行星齿轮增速箱，2、一级行星加二级平行轴齿轮增速箱，3、二级行星加一级平行轴齿轮增速箱。如下图为一级行星齿轮增速箱的一种：其传动路线是；叶轮——行星架——行星轮——太阳轮——发电机（齿轮箱输出轴与发电机输入轴通过花键、花键套联接）2.2我国风机分布及使用特点对齿轮箱结构设计的要求：过去小容量风电机组齿轮箱多采用平行轴斜齿轮增速结构，后来由于风电机组容量不断增大，为避免齿轮箱造价过高、重量体积过大，500kW以上的风电机组齿轮箱多为平行轴与行星轮的混合结构。12由于我

6、国有些地区地形地貌、气候特征与欧美相比有特殊性，可能对标准设计的齿轮箱正常运行有一定影响。我国风电场多数处于山区或丘陵地带，尤其是东南沿海及岛屿，地形复杂造成气流受地形影响发生崎变，由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。我国相当一部分地区气流的阵风因子影响较大，对于风电机组机械传动力系来说，经常出现超过其设计极限条件的情况。作为传递动力的装置——齿轮箱，由于气流的不稳定性，导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作，而且设备安装在几十米高空，不可能容易地送到工厂检修，因此经常进行状态监视可以及时发现问题，及时处理，还可以分析从出现故

7、障征兆到彻底失效的时间，以便及时安排检修。在我国北方地区，冬季气温很低，一些风场极端(短时)最低气温达到-40℃以下，而风力发电机组的设计最低运行气温在-20℃以上，个别低温型风力发电机组最低可达到-30℃。如果长时间在低温下运行，将损坏风力发电机组中的部件，如齿轮箱。由于齿轮油会因气温太低而变得很稠，采取飞溅润滑部位，无法得到充分的润滑，导致齿轮或轴承短时缺乏润滑而损坏，因此必须对齿轮箱进行加温。第三章风电齿轮箱的设计因素如前所述，由于风电齿轮箱的特殊性，及多年来该类产品的设计和使用的经验，美国风能协会（AWEA）和美国齿轮协会（AG

8、MA）于2003年10月修订了专门的风电齿轮箱标准，并于2004年1月升级为美国国家标准，即ANSI/AGMA/AWEA6006-A03“StandardforDesignandSpecificationo