风机变桨齿轮磨损分析与计算.pdf

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1、第３８卷第８期风机变桨齿轮磨损分析与计算８９文章编号：１００４－２５３９（２０１４）０８－００８９－０３风机变桨齿轮磨损分析与计算凡增辉李润旭朱为亮欧阳华（南车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部，湖南株洲４１２００１）摘要在详细分析风电机组变桨系统结构与载荷特性的基础上，基于齿轮承载能力分析，得到了齿轮副安全系数与极限磨损量的计算关系。通过对某机型风机变桨系统齿面磨损实际案例进行分析，验证该方法的可靠性，可为变桨系统的磨损监测、维护提供参考。关键词风电机组变桨齿轮磨损ＷｅａｒＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉ

2、ｏｎｏｆＧｅａｒｆｏｒＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅＰｉｔｃｈＳｙｓｔｅｍＦａｎＺｅｎｇｈｕｉＬｉＲｕｎｘｕＺｈｕＷｅｉｌｉａｎｇＯｕｙａｎｇＨｕａ（ＷｉｎｄＰｏｗｅｒＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｔ，ＣＳＲＺｈｕｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００１，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎａｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｐｉｔｃｈｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｌｏａｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｓｏｆ

3、ｇｅａｒｐａｉｒａｎｄｔｈｅｌｉｍｉｔｗｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｅａｒｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｎａｃｔｕａｌｃａｓｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｐｉｔｃｈｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｎｐｉｔｃｈｓｙｓｔｅｍｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

4、ＷｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅＰｉｔｃｈｓｙｓｔｅｍＧｅａｒＷｅａｒｉｎｇ由结构分析可以看到，风力发电机组变桨驱动系０引言统为典型的开式齿轮传动，而开式齿轮传动的主要失现代兆瓦级风力发电机组大多采用变桨变速的效形式即为齿面磨损。磨损是指在啮合传动过程中，功率控制方式。其中变桨控制是指通过调节叶片的由于啮合齿面存在着相对滑动、啮合齿轮硬度不匹配桨矩角来满足风力发电机组控制的要求。通常情况以及润滑不良等的原因而导致的轮齿接触表面上的下，当风机运行在额定风速以上时，变桨变速型风力材料发生摩擦磨耗的现象。由于工作性质及整机控发电机组

5、通过调节叶片的桨矩角来改变来流的攻角，制策略导致的工况特殊性，风机变桨系统啮合齿面在从而保持风机输出在额定功率点处。其工作寿命的７０％时间里，都是由某一两个齿面承风机变桨系统通常包括受往复微动啮合，如图２所示。这样的结果就是齿圈变桨轴承、变桨齿轮箱、变桨个别齿的磨损量远大于其余的齿，当其余大部分齿面电机以及变桨控制柜等，具还处于基本无磨损的情况时，这个特定位置的齿面已体结构如图１所示。叶片通经出现很大的磨损量。过叶根螺栓安装在变桨轴承内圈上，变桨轴承外圈通过螺栓安装在轮毂法兰上，变桨齿轮箱的法兰通过螺栓安装在轮毂变桨

6、板上，变桨电图１风机变桨系统结构机通过螺栓固定在便将齿轮箱上，变桨控制柜也是通过螺栓固定在轮毂上。变桨控制柜给出指令使变桨电机带动变桨齿轮箱旋转，变桨齿轮箱通过输出小齿图２不同啮合位置作用时间分布轮与变桨轴承内圈啮合，实现变桨动作［１］。众所周知，由于安装区域导致的维护限制，风力９０机械传动２０１４年发电机组零部件一般要求使用寿命为２０年。但是由为保证齿轮副安全运转，安全系数ｎ≥１，由式上分析可知，在经过几年的运行后，风机变桨系统的（４）可知啮合齿轮可能出现绝大部分齿依然完好而个别齿严Ｓ１≥Ｓ２重磨损的状态，对于这些

7、磨损的齿轮，如何判别其使令用性是一项重要的工作。正确判定其极限磨损量将Ｓ２＝Ｓ１－ΔＳ＝Ｓ－ΔＳ有助于最大限度地提高风机变桨系统的利用率，从而其中，ΔＳ可称为齿厚裕度，即极限磨损量。降低风机的维护成本。由此可知１１开式齿轮极限磨损量计算ΔＳ＝Ｓ（１－）（６）槡ｎ开式齿轮传动工作时，随着时间增加，齿厚逐渐从式（６）中可看出，齿厚裕度ΔＳ决定于齿厚Ｓ、安磨损；当变薄达到某一极限后，会导致齿隙过大、运动全系数ｎ；当齿轮传动设计完成后，理论齿厚Ｓ不变，性能变坏而丧失工作能力或在外载荷作用下发生断安全系数ｎ与齿厚裕度ΔＳ实时对

8、应，随着运转时间的齿失效。所以在开式齿轮传动中，对工作能力和抗弯增加，轮齿逐渐磨薄，ΔＳ与ｎ对应减小，当ΔＳ趋于０［２］时，安全系数趋于１，此时齿轮传动设计达到极限状态，能力构成影响的主要参数应该是齿厚。在齿轮传动设计中，当齿轮材料确定后，决定齿如继续磨损则齿轮的可靠性急剧降低、极易失效。厚参数是安全系数和外载荷，而安全系数与外载荷产２案例分析