大型風力發(fā)電機組主要由風輪、機械傳動系統(tǒng)、發(fā)電設(shè)備和控制系統(tǒng)組成，其中機械傳動系統(tǒng)是將風輪吸收的風能以機械的方式傳送到發(fā)電機的中間裝置，包括傳動軸系、聯(lián)軸器、齒輪箱、離合器和制動器等，為了便于捕獲風能和適應(yīng)機組性能控制需要，機組還必須配置偏航傳動、變槳距傳動以及阻尼、制動等輔助裝置。圖1 所示是一個典型的大型風電機組，左側(cè)的風輪通過主軸將動力經(jīng)齒輪箱傳遞給右側(cè)的發(fā)電機，機艙內(nèi)的設(shè)備安裝在底座上，通過偏航軸承支撐在塔架上。
大型風電機組的特殊環(huán)境和使用工況條件，對傳動裝置提出了不同尋常的要求，而大量的不確定因素，如圖2 所示的外部動載荷和變化多端的風輪、電網(wǎng)異常載荷的作用、機艙剛性不足引起的強烈振動、只能通過估算和模擬的載荷譜和極限載荷分布等，都是傳動裝置必須考慮的重大問題。
大型風力發(fā)電機組主傳動齒輪箱位于風輪和發(fā)電機之間，是一種在無規(guī)律變向載荷和瞬間強沖擊載荷作用下工作的重載齒輪增速傳動裝置。齒輪箱是風電機組傳動軸系中一個最重要而又是最脆弱的部件。
齒輪箱在機艙內(nèi)不可能像在地面那樣具有牢固的機座基礎(chǔ)，整個傳動系的動力匹配和扭轉(zhuǎn)振動的因素總是集中反映在某個薄弱環(huán)節(jié)上，這個環(huán)節(jié)常常是機組中的齒輪箱。當然，最理想的情況是讓齒輪箱完成傳遞扭矩和增速的任務(wù)而不承受其他附加載荷。實際上這不僅不能實現(xiàn)，而且還會由于風況的多變和機組的復(fù)雜變形避免不了許多附加負荷的作用，給齒輪箱的設(shè)計增添了不少不確定的因素。
很顯然，在狹小的機艙空間內(nèi)減小部件的外形尺寸和減輕重量十分重要，因此齒輪箱設(shè)計必須保證在滿足可靠性和預(yù)期壽命的前提下，使結(jié)構(gòu)簡化并且重量最輕，同時也要考慮便于維護的要求。根據(jù)機組提供的參數(shù)，采用CAD 優(yōu)化設(shè)計，按照排定的最佳傳動方案，選擇穩(wěn)定可靠的結(jié)構(gòu)和具有良好力學特性以及在環(huán)境極端溫差下仍然保持穩(wěn)定的材料，配備完善的潤滑、冷卻和監(jiān)控系統(tǒng)，是設(shè)計齒輪箱的必要前提條件。
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