第四章 主轴齿轮箱.doc

第四章:风轮轴与齿轮箱 4.1 技术要求及典型结构 齿轮箱是非直驱式水平轴风力发电机组必不可少的部件。我们一般使用齿轮箱都是为了减速加力，而风力发电机上的齿轮箱是用于增速，以满足发电机对转速的要求。风力发电机齿轮箱和风轮轴要承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，为了增加机组的制动能力，在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合对机组传动系统进行联合制动机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，所处环境交通不便，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大量的实践明，组齿轮箱薄弱环节加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要齿轮箱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。齿轮箱在方案设计之初必须进行可靠性分析，而设计完成后再次进行详细的可靠性分析计算，其中包括精心选取可靠性好的结构和对重要的零部件以及整机进行可靠性估算。设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。通常应采用CAD优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料按照假定寿命最少20年的要求，对齿轮箱及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等。分析方法除一般推荐的设计计算方法外，可采用模拟主机运行条件下进行零部件试验的方法。 是指在标准条件下应达到的指标。齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的。噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低噪声的措施：. 适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度；. 提高轴和轴承的刚度；. 合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振；. 安装时采取必要的减振措施，将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。每级负载均需达到热平衡。按齿轮箱的功率选用适当?试验用油必须采用与齿轮箱工作时完全一致的油品，润滑油路必须是齿轮箱正常工作时的油路，试验后应更换过滤器。涂装时，为保证齿轮箱油路的完好性，不应拆卸各元件。Pt100仪表声级仪测量试车噪音，用GB3785中规定的型和型以上声级计，在额定转速下，在距齿轮箱中分面1米处测量，当环境噪声小于减速器噪声3dB（A）的情况下，应符合要求。要求测量高速轴，内齿圈外部等处振动量。采用北京东方所开发的DASP测振系统必要时应配有一台1/3倍频程频率分析仪，并进行分析。注意在加载过程中，如有异常应立即停车消除故障后重新试车。 试验后将齿轮箱内油放出，并冲洗干净，更换过滤元件。齿轮箱 图4.1.3 风轮轴完全独立结构图 风轮轴的结构特点是一头大一头小，大头是安装轮毂的法兰盘，小头是安装联轴器的轴头。紧挨着法兰盘的是前轴颈，用于安装主轴前轴承。靠近安装联轴器的轴头的是后轴颈，用于安装主轴后轴承。 独立齿轮箱结构的优点：机组体积相对较小，齿轮油用量比同功率齿轮箱、风轮轴一体结构的机组低50％左右，齿轮箱重量低30%左右。独立齿轮箱结构刹车过程较为平稳，齿轮箱承受的冲击载荷较小。 缺点：因为低速轴的存在，机舱结构相对拥挤，需对低速轴轴承单独进行润滑。 （二）、风轮轴半独立方式 风轮轴半独立方式只有一组前轴承托架，后轴承是与齿轮箱共用的。这种结构决定了风轮轴与齿轮箱共同承受风轮自重产生的弯曲力矩和风轮的轴向推力，所以齿轮箱的第一轴必须使用推力轴承，同时要求齿轮箱的箱体必须厚重些，以满足强度要求。这种结构的风轮轴与齿轮箱间采用半刚性的账套连接或刚性的法兰连接，然后才将前轴承托架安装在底板上。齿轮箱一般采用浮动托架安装。这种风轮轴是有锥度的，如此设计反映了轴上弯矩的减小，又节省了材料减轻了重量。风轮轴半独立结构看图4.1.4。 图4.1.4风轮轴半独立结构 （三）、风轮轴为齿轮箱齿轮箱齿轮箱齿轮箱齿轮箱 图4.1.6 直驱式风轮轴结构 四、齿轮箱齿轮箱齿轮箱齿轮箱主要结构型式有三种：三级平行轴，一级行星加二级平行轴，两级行星加一级平行轴在大功率的风电齿轮箱中主要是第种结构型式一级行星加二级平行轴的结构型式。结构示意图如图 图其传动路线是；桨叶——传动轴——收缩套——行星架——太阳轮——第二级平行轴大齿轮——第二级平行轴小齿轮——第一级平行轴大齿轮——第一级平行轴小齿轮——发电机两级行星加一级平行轴的结构型式结构示意如图所示： 图两级行星一级其传动路线是；桨叶——传动轴——收缩套——第一级