大型风力发电机组齿轮传动技术的进展

  大型风力发电机组主要由风轮、物理运动系统、发电设备和控制管理系统组成，其中物理运动系统是将风轮吸收的风能以机械的方式传送到发电机的中间装置，包括传动轴系、联轴器、齿轮箱、离合器和制动器等，为便于捕获风能和适应机组性能控制需要，机组还必须配置偏航传动、变桨距传动以及阻尼、制动等辅助装置。图1 所示是一个典型的大型风电机组，左侧的风轮通过主轴将动力经齿轮箱传递给右侧的发电机，机舱内的设备安装在底座上，通过偏航轴承支撑在塔架上。

  大型风电机组的特殊环境和使用工况条件，对传动装置提出了不同寻常的要求，而大量的不确定因素，如图2 所示的外部动载荷和变化多端的风轮、电网异常载荷的作用、机舱刚性不足引起的强烈振动、只可以通过估算和模拟的载荷谱和极限载荷分布等，都是传动装置一定要考虑的重大问题。

  大型风力发电机组主传动齿轮箱位于风轮和发电机之间，是一种在无规律变向载荷和瞬间强冲击载荷作用下工作的重载齿轮增速传动装置。齿轮箱是风电机组传动轴系中一个最重要而又是最脆弱的部件。

  齿轮箱在机舱内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，这个环节常常是机组中的齿轮箱。当然，最理想的情况是让齿轮箱完成传递扭矩和增速的任务而不承受其他附加载荷。实际上这不仅不能够实现，而且还会由于风况的多变和机组的复杂变形避免不了许多附加负荷的作用，给齿轮箱的设计增添了不少不确定的因素。

  很显然，在狭小的机舱空间内减小部件的外观尺寸和减轻重量十分重要，因此齿轮箱设计一定要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，同时也要考虑便于维护的要求。根据机组提供的参数，采用CAD 优化设计，按照排定的最佳传动方案，选择稳定可靠的结构和拥有非常良好力学特性及在环境极端温差下仍就保持稳定的材料，配备完善的润滑、冷却和监控系统，是设计齿轮箱的必要前提条件。

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