风力发电机组设计与制造 教学课件 作者 姚兴佳 第5章.ppt

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1、第5章主传动系统设计《风力发电机组设计与制造》1.机舱底盘2.变桨距驱动器3.风轮轴4.风轮叶片5.轮毂6.变桨距机构7.主轴承8.齿轮箱9.制动装置10.高速轴11.发电机12.测风系统13.液压系统14.电气控制系统5.1主传动链设计概述5.1.1主传动链的布局形式5.1.1主传动链的布局要求风电机组的主传动链是指将风轮轴功率传递到发电机系统所需的机构。典型的主传动链包括了风轮主轴系统、增速传动机构（齿轮箱）、以及轴系的支撑与连接（如轴承、联轴器）和制动装置等。主传动链中的主轴（也称低速轴）连接风轮和齿轮箱的输入轴，高速轴连接齿轮箱输

2、出端与发电机。1．传动链布局设计的要求传动链的布局形式对机组传动系统和机舱设计有决定性的影响，组成主传动链需要研究可靠的主轴支撑系统和轴系连接结构。对传动主轴及其支撑设计需要考虑的主要问题包括：如何使风轮载荷从风轮传递到塔架路径最短；结构尽可能更紧凑；尽可能使机械传动系统与承载轴承部件集成采用的结构，但部件集成可能与零件标准化和可维修性的要求矛盾，应综合考虑。2主传动链中主要构件的支撑方式2．主传动链中主要构件的支撑方式组成主传动链的主要构件包括主轴、变速传动装置和其他轴系部件，而这些构件的结构设计均与风轮主轴的支撑结构形式密切相关。因此

3、，需要首先讨论主要构件的支撑方式问题。（1）由独立轴承支撑的主轴（2）三点支撑式主轴（3）主轴集成到齿轮箱的传动布局（4）轴承集成在机舱底盘的结构（5）采用固定主轴支撑风轮的结构风电机组传动链中的主传动轴的径向与轴向支撑通常采用滚动轴承。主轴易产生弯曲变形，且主轴轴向位移可能引起轴承滚子磨损。5.1.2主传动链的主要部件1.轴承（1）设计要求轴承的径向基本额定寿命：——径向基本额定寿命，单位是h；——转速，单位是rpm；——根据ISO281确定的基本额定动态载荷，单位是N；——动态当量轴承载荷，单位是N；——寿命指数，对球轴承取3.0，对

4、滚子轴承取10/3。（2）轴承的设计计算轴承的最小径向基本额定寿命推荐值：轴承的使用寿命计算：使用实测载荷谱计算时，其平均当量动载荷按下式计算将当量动载荷带入寿命计算公式计算基本额定寿命，并根据失效概率系数a1、材料和工作条件系数a23，计算风电轴承的使用寿命Lna。——平均当量动载荷；——总循环次数；——作用于轴承上的当量动载荷。（1）仅考虑主轴传递转矩的初步结构设计2.主轴主轴转矩：P—功率，单位Wω—角速度，单位Rad/s主轴截面所受剪应力：r—求剪应力处距主轴中心距离，单位mmJ—主轴的转动惯量由主轴截面所受最大剪应力求最小截面直

5、径：主轴的最小截面直径例：某机组主传动轴零件设计，已知所选电机额定功率为200kw，低速轴转速为40r/min，高速轴转速为1800r/min，假设所选实心钢轴推荐最大应力为55MPa，齿轮箱在额定条件下效率为0.94，电机在额定条件下效率为0.93，试确定低速轴和高速轴的直径。主轴直径设计算例主轴承受载荷情况比仅扭矩作用的条件复杂。若考虑全部载荷作用，主轴直径通常为风轮直径的1%左右。——工作转矩，单位是Nm；——风轮的陀螺力矩，单位是Nm；——主轴承受重力，单位是N；——轴端抗弯截面模数，单位是cm3；——主轴轴端截面积，单位是cm2

6、。(2)考虑综合载荷作用综合的主轴强度计算3.轴系的连接构件为实现机组传动链部件间的转矩传递，传动链的轴系还需要设置必要的连接构件。齿轮箱的功能：将风轮所产生的转矩传递到发电机，并使其得到相应的转速。5.1.3主传动链齿轮传动特点与设计要求1.传动条件风电机组齿轮箱是一种大传动比、大功率的增速传动装置，需要承受多变的风载荷作用及强阵风的冲击，且对运行可靠性和使用寿命的要求比一般机械要高得多，通常要求设计寿命为20年。设计过程往往难以确定齿轮箱所承受的动态载荷，在很大程度上也是齿轮箱故障的诱因。2．运行条件与环境的影响齿轮箱需要常年运行在酷

7、暑、严寒和极端温差的自然环境条件，且安装在高空，维修困难。因此，除常规状态机械性能外，对构件材料还要求低温状态下抗冷脆性等特性。需考虑对齿轮传动装置的充分润滑条件，并具备适宜的加热与冷却措施，以保证润滑系统的正常工作。3．设计空间与安装条件齿轮箱的体积和重量对机组其他部件的载荷、成本等都有重要影响，因而设法减小其结构和减轻重量显得尤为重要。但结构尺寸与可靠性的矛盾，往往使齿轮箱设计陷入两难境地。4．其他一般需要在齿轮箱的输入端（或输出端）设置制动装置，配合风轮的气动制动实现机组的制动功能。巨大的制动载荷对传动系统会产生不良影响，应考虑防止

8、振动和冲击措施，设置合理的传动轴系和齿轮箱体支撑。（1）箱体（2）传动机构（3）支撑构件（4）润滑系统（5）其他附件5.1.4齿轮箱的基本传动形式与构成1.齿轮箱的主体构成定轴传动行星传动组合