大型风电液力机械传动装置理论分析

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1、液压气动与密封／2011年第6期大型风电液力机械传动装置的理论分析陶曾鲁何芳(1．同济大学，上海200092；2．中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海200051)摘要：本文对大型风电液力机械传动装置的工作原理进行理论分析，介绍了其主要参数的计算方法。关饕词：风电；液力传动装置；行星排；可调液力变矩器中圈分类号：TH137．33文献标识码：A文章编号：10o8—0813(2011)06—0060—06Hydrodynan-ticMechanicalTransmissionTheoreticalAnalysisofL

2、argeWindPowerTA0Zeng-lu。HE，(1．TongjiUniversity，Shanghai200092，China；2．ShanghaiMarineDieselEngineResearchInstitute，Shanghai200051，China)Abstract：Thispaperanalyzestheprincipleofthelarge—scMewindpowerhydrodynamicandmechanicaltransmission，andintroducesthecalculation

3、methodofmainpammeters．KeyWords：windpower；hydrodynamictransmission；planetaryline；a~ustabletorqueconverterO引言的机械方式。图l所示为液力机械传动装置原理图。它主要由风力发电系绿色能源。风机叶轮驱动发电机将气三部分组成：行星传动机构、内啮合齿轮减速部件和可流的动能转换为电能。输送到电网上。由于风速、风向调液力变矩器【l】。下面将分别阐述。时刻变化，风机叶轮转速也随机变化，若直接通过传动系统最终导致发电机产生电压不稳定。

4、当电压的不稳定性积累到一定程度时，会对电网产生破坏性影响。应采取措施将电能按照固定频率输出。为了解决发电机产生电压的不稳定性问题，目前主要采用的技术是增速齿轮箱一双馈发电机系统和直输入输出驱一变频器系统。增速齿轮箱一双馈发电机系统总效率不高，平均无故障运行时间较短，频率不稳定，不能保证电的品质。直驱一变频器系统解决了电的频率不稳定性问题，但是随着风力发电机组的大型化，变频器的重量、体积越来越大，给生产、运输、安装、维修带来很大l丁的问题，所以必须寻求新的解决方案『2】。图l风力发电用液力机械传动装置原理图风机叶轮经液力

5、机械传动装置驱动发电机，能满足上述要求，可使发电机基本上恒速运行，是一种有效1行星传动机构一般单排行星传动机构有三个构件：太阳轮t、齿收稿日期：2010-11-10圈g和行星架，它们具有共同的回转轴线，可分别与作者简介：陶曾鲁(1933一)，男，同济大学铁道与城市轨道交通学院教授，三个回转轴相连接，当三个构件中任一构件(即与它相1955年毕业于交通大学机车专业，一直致力于流体力学、液力传动教学连接的轴)的运动情况确定后，其他两个构件的运动情与科研工作。60HvdraulicsPneumatics＆Seals，NO．6．

6、2O11况就有一定的关系，其联接图如图2所示。上式表明与为线性变化(见图4)，当南l=击时，=o，该传动比为临界传动比。当t÷l+时，则转向相同。Ilqtiqtf(ijt)／图2单排行星传动三个构件与外界的联接／单排行星传动机构的特性参数为。。Ol。等于齿圈L／，7齿数zq和太阳轮齿数Z之比，即a。_-L，7q一。o／ljtt／1．1行星传动机构三构件的转速关系如图3所示，以n。、n。和nj分别表示太阳轮t、齿圈q和行星架f的转速。现假定对整个行星排加上一个反豳4单排行

7、星传动传动比变化图向转速nj。这时行星架静止不动，再设太阳轮为主动件，1．2行星传动机构各构件扭矩的关系齿圈为被动件。则有为简化分析，作如下两点假定：(1)各构件都等速回转，即不考虑惯性力和惯性力矩；(2)各构件没有摩／一一一‘、nq-nj／，一、na擦损失，即忽略了摩擦阻力和摩擦阻力矩。／厂-。＼：‘＼行星传动机构工作时，设外面联接件作用在太阳．轮、齿圈和行星架上的扭矩分别为、和，以整个卜、行星传动机构为受力体，作动力学分析，它在等速回转时。所受的外力矩和为零，即∑=0(t，q和)、／即M————++—M——+M——

8、·—

9、=0再以行星轮为受力体进行分析，如图5所示。太阳图3行星传动运动偷图轮、齿圈和行星架对行星轮的作用力分别为p、P和pj，一争一Ol(负号表示齿圈转向与太阳轮转设太阳轮、齿圈的节圆半径和行星架的回转半径分别nq-nj为兄、尺和尺j，由行星轮的平衡条件和行星传动机构的向相反)几何关系，得：于是可得单排行星传动机构的运动方程为：p