風(fēng)力發(fā)電技術(shù)講座八

SL1500風(fēng)力發(fā)電機組增速齒輪箱天津瑞能電氣有限公司高級技術(shù)顧問沈陽工程學(xué)院科技園利德風(fēng)能仿真驗證中心劉光Q:139827927風(fēng)力發(fā)電技術(shù)講座八

SL1500風(fēng)力發(fā)電機組增速齒輪箱天津瑞能電氣有限公司高級技術(shù)顧問沈陽工程學(xué)院科技園利德風(fēng)能仿真驗證中心劉光Q:139827927第八講

SL1500風(fēng)力發(fā)電機組增速齒輪箱增速齒輪箱葉輪發(fā)電機低轉(zhuǎn)速需要高轉(zhuǎn)速將低轉(zhuǎn)速的動能轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速的動能一.增速齒輪箱的概況前端通過法蘭與輪轂相連后端通過聯(lián)軸器與發(fā)電機相連1).安裝于主機架內(nèi)2).位于機艙中部偏葉輪部分3).增速齒輪箱的重量約占機艙重量的1/2

型號SL1500/60SL1500/70SL1500/77SL1500/82主要結(jié)構(gòu)二級行星，一級平行軸傳動比≈90≈90≈104≈104額定驅(qū)動功率（kW）1700額定轉(zhuǎn)矩（在額定速度時）（kNm）810810933933主軸旋轉(zhuǎn)方向（迎向葉輪）順時針空轉(zhuǎn)（rpm）0～3潤滑方式：飛濺潤滑+壓力潤滑1.1基本參數(shù)

主軸內(nèi)置于齒輪箱的內(nèi)部。不需要現(xiàn)場主軸對中;主軸軸承采用稀油潤滑,效果更好；大大減小了機艙的體積。

采用兩極行星、一級平行軸機構(gòu)傳動。提高了速比，降低了齒輪箱的體積。

采用先進的潤滑與冷卻系統(tǒng)，使每個潤滑點都可以得到充分的潤滑，確保了齒輪箱的使用壽命。1.2結(jié)構(gòu)特點1.3增速齒輪箱的作用及工作過程1.3.1增速齒輪箱的作用：將葉輪的動能和扭矩傳遞給發(fā)電機，并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。1.3.2增速齒輪箱的工作過程：

風(fēng)作用到葉片上，驅(qū)使葉輪旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動增速齒輪箱主軸轉(zhuǎn)動并將動能輸入齒輪副。經(jīng)過三級變速，齒輪副將輸入的大扭矩、低轉(zhuǎn)速動能轉(zhuǎn)化成低扭矩、高轉(zhuǎn)速的動能，通過聯(lián)軸器傳遞給發(fā)電機。發(fā)電機將輸入的動能最終轉(zhuǎn)化為電能并輸送到電網(wǎng)。1.4風(fēng)電機組中齒輪箱的工作概況

環(huán)境條件惡劣：

風(fēng)大、砂塵、鹽霧、潮濕、高溫、嚴寒

工作條件復(fù)雜：

風(fēng)速風(fēng)向多變、強陣風(fēng)、高空無人值守

要求高可靠性、高效率、高安全性

要求工作壽命長：

二十年（175200小時）

輸入輸出速比大

加工制造要求高二.齒輪箱的結(jié)構(gòu)原理雙臂整體式行星架單臂式行星架漲緊套箱體主軸一級行星二級行星平行軸傳動軸承空心軸減振減噪裝置葉輪鎖法蘭盤油位2.1箱體部分箱體：

整個箱體分為4個部分。

滿足軸承、軸、外部附件的安裝并提供行星輪傳動的外齒圈。

通常采用球墨鑄鐵鑄造而成。2.1.1風(fēng)電機組中增速齒輪箱的載荷增速齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運行期間同時承受動、靜載荷。其動載荷部分取決于葉輪、發(fā)電機的特性和傳動軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機的外部工作條件。阻尼：在機械物理學(xué)中，指系統(tǒng)的能量的減小。摩擦阻尼：摩擦阻力生熱使系統(tǒng)的機械能減小。輻射阻尼：周圍質(zhì)點的震動，能量逐漸向四周輻射。剛度：受外力作用的材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。2.2主軸主軸：用來支撐旋轉(zhuǎn)零件，既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩。葉輪通過輪轂法蘭盤與主軸相連，葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榇笈ぞ亍⒌娃D(zhuǎn)速的動能，主軸是這一動能的承載體。在設(shè)計的過程中要著重考慮主軸的受力、彎矩、扭矩、從而考慮其材料要求、選擇合適的軸承。通過對主軸的強度、剛度計算以及使用壽命的要求得到相應(yīng)的軸的尺寸。

2.3軸承軸承：軸承是用來支承軸及軸上零件、保持軸的旋轉(zhuǎn)精度和減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損。風(fēng)力機有一軸間角，軸承在承受重力的同時還受到徑向力的作用。所以選擇合適的軸承至關(guān)重要。2.4齒輪副齒輪副：齒輪箱增速部分由三級組成，兩級行星齒輪和一級平行軸齒輪。行星輪系和平行軸齒輪都采用斜齒輪傳動：傳動平穩(wěn)，噪音小，重合度比直齒輪大。采用內(nèi)嚙合以便充分利用空間，而且輸入軸和輸出軸共線，所以機構(gòu)尺寸非常緊湊。輪系中均勻分布的幾個行星輪共同承受載荷，行星輪公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心慣性力與齒廓嚙合處的徑向力相平衡，使受力狀況較好，效率較高。傳動比的合理分配。SL1500風(fēng)力機各級傳動比在3--5之間。2.4.1齒輪箱齒面點蝕

輪齒受力后，齒面接觸處將產(chǎn)生循環(huán)變化的接觸應(yīng)力，在接觸應(yīng)力反復(fù)作用下，輪齒表層或次表層出現(xiàn)不規(guī)則的細線狀疲勞裂紋，疲勞裂紋擴展的結(jié)果，使齒面金屬脫落而形成麻點狀凹坑，稱為齒面疲勞點蝕，簡稱為點蝕。

它可分為早期點蝕和破壞性點蝕。提高齒面硬度和潤滑油的粘度，采用正角度變位傳動等，可減緩或防止點蝕產(chǎn)生。2.4.2齒輪箱齒面膠合

互相嚙合的輪齒齒面，在一定的溫度或壓力作用下，發(fā)生粘著，隨著齒面的相對運動，使金屬從齒面上撕落而引起嚴重的粘著磨損現(xiàn)象稱為膠合。膠合有冷膠合和熱膠合之分。

減小模數(shù)、降低齒高、采用角度變位齒輪以減小滑動系數(shù)，提高齒面硬度，采用抗膠合能力強的潤滑油(極壓油)等，均可減緩或防止齒面膠合。

在齒頂或齒根部位的輕微膠合會自行脫落消除。2.4.3齒輪箱齒面磨損

當齒面間落入砂粒、鐵屑、非金屬物等磨料性物質(zhì)時，會發(fā)生磨料磨損。齒面磨損后，齒廓形狀破壞，引起沖擊、振動和噪聲，且由于齒厚減薄而可能發(fā)生輪齒折斷。磨料磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。改善密封和潤滑條件、在油中加入減摩添加劑、保持油的清潔、提高齒面硬度等，均能提高抗磨料磨損能力。2.5空心軸空心軸結(jié)構(gòu)：與輪轂內(nèi)滑環(huán)相連接法蘭盤前端加軸承和齒輪箱后方固定的方式，使得各級傳動軸在轉(zhuǎn)動的過程中空心軸保持不轉(zhuǎn)動。空心軸：承載動力電纜和控制電纜。給輪轂中的電機和控制柜提供電源和控制信號用以實現(xiàn)對變距系統(tǒng)的控制。2.6齒輪箱的減噪減振裝置

齒輪箱的重量約占機艙重量的1/2，而且當風(fēng)力機運轉(zhuǎn)時，齒輪箱會產(chǎn)生振動。為減小振動對其它部件的不利影響，齒輪箱與主機架之間增加了減振元件。2.7減噪減振裝置及齒輪箱的組裝三.齒輪箱上的附件泵單元分配器冷卻器單元油-空氣冷卻器（油冷風(fēng)扇）管路加熱器溫度控制器Pt100（溫度傳感器）葉輪鎖1).潤滑冷卻系統(tǒng)2).加熱系統(tǒng)3).其它雷電保護裝置液位傳感器油位指示器空氣過濾器排油閥集油盒視孔蓋檢查孔電機油泵過濾網(wǎng)（粗濾、精濾）3.1潤滑與冷卻系統(tǒng)簡介電機油泵過濾網(wǎng)（粗濾、精濾）泵單元冷卻器單元分配器以及管路3.1.1潤滑與冷卻系統(tǒng)的作用

齒輪箱的潤滑十分重要，良好的潤滑能夠?qū)X輪和軸承起到足夠的保護作用。此外還具有如下的性能：1）減小摩擦和磨損，具有高的承載能力，防止膠合。2）吸收沖擊和振動。3）防止疲勞點蝕。4）冷卻、防銹、抗腐蝕。

系統(tǒng)采用ShellHD320合成潤滑油，它在極低溫度狀況下具有較好的流動性；在高溫時的化學(xué)穩(wěn)定性好并可抑制黏度降低。3.1.2潤滑與冷卻系統(tǒng)的組成溢流閥過濾網(wǎng)壓差繼電器調(diào)速閥壓力繼電器3.1.3各部件的功能作用壓差繼電器：是一種受兩個壓力之差作為信號控制的電器開關(guān)，泵單元中采用24VDC/2bar壓差繼電器，當粗濾網(wǎng)前端和精濾網(wǎng)后端的壓差超過2bar時，壓差繼電器閉合使執(zhí)行元件動作，從而使得綠線管路導(dǎo)通，起到安全保護的作用，同時發(fā)送故障信號。壓力繼電器：是利用液體的壓力來啟閉電氣觸點的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。當系統(tǒng)壓力達到壓力繼電器的調(diào)定值時，發(fā)出電信號給系統(tǒng)。溢流閥：一種液壓壓力控制閥。在液壓設(shè)備中主要起定壓溢流作用和安全保護作用。泵單元中3bar/10bar/0.2bar溢流閥，分別是在壓力大于3bar和10bar的時候打開。0.2bar溢流閥防止回流。調(diào)速閥：調(diào)速閥是進行了壓力補償?shù)墓?jié)流閥。泵單元中的調(diào)速閥采用機械結(jié)構(gòu)，熱脹冷縮的原理。油溫↑，油路流量↓

油溫↓，油路流量↑。主軸大軸承↗一級行星架軸承→二級行星架軸承↘高速端軸承↘↙↖高速端軸承3.1.3齒輪箱油路分配3.1.4潤滑與冷卻系統(tǒng)的工作過程

齒輪油溫度范圍-15oC至45oC之間。當齒輪油的溫度：低于-15oC時：風(fēng)力機啟動前開啟加熱系統(tǒng)直至齒輪油的溫度達到-15oC在-15oC至45oC之間時：通過系統(tǒng)PLC控制，采用低速泵，保證40L/min的油流量。此時齒輪油不經(jīng)過冷卻器單元。高于45oC時：通過系統(tǒng)PLC控制，啟動高速泵，保證80L/min的油流量。此時齒輪油經(jīng)過冷卻器單元。3.1.4潤滑與冷卻系統(tǒng)的工作過程

齒輪油溫度范圍-15oC至45oC之間狀態(tài)一：剛開機油溫較低的時候齒輪油的溫度較低，所以齒輪油的黏度大，造成系統(tǒng)內(nèi)壓力升高。如果此時系統(tǒng)內(nèi)壓力高于10bar，那么齒輪油通過溢流閥（安全閥）直接流回齒輪箱，加速齒輪油的循環(huán)，使油溫迅速升高，降低系統(tǒng)的壓力。此時的回路如左圖紅線所示。3.1.4潤滑與冷卻系統(tǒng)的工作過程齒輪油溫度范圍-15oC至45oC之間狀態(tài)二：油壓在3bar與10bar之間隨著齒輪油的循環(huán)，潤滑油溫度不斷升高，管路中的油壓逐漸降低。當壓力在3bar與10bar之間的范圍內(nèi)時。10bar溢流閥自動關(guān)閉，3bar溢流閥自動打開。齒輪油經(jīng)過粗過濾網(wǎng)（50μm）通過調(diào)速閥流回齒輪箱構(gòu)成回路此時的回路如左圖紅線所示。3.1.4潤滑與冷卻系統(tǒng)的工作過程齒輪油溫度范圍-15oC至45oC之間狀態(tài)三：油壓在3bar以下隨著齒輪油的循環(huán)，潤滑油溫度進一步升高，管路中的壓力降低到3bar以下時，10bar溢流閥關(guān)閉，3bar溢流閥也自動關(guān)閉。齒輪油經(jīng)過兩層過濾網(wǎng)（50

μm和10μm）通過調(diào)速閥流回齒輪箱構(gòu)成回路此時的回路。如左圖紅線所示。3.1.4潤滑與冷卻系統(tǒng)的工作過程

齒輪油溫度范圍大于等于45oC時，系統(tǒng)通過PLC控制并采用高速泵，同時保證80L/min的油流量。

齒輪油先經(jīng)過兩級過濾網(wǎng)過濾后，再進入冷卻器單元，最后流回齒輪箱構(gòu)成回路，如左圖紅線所示。

油冷風(fēng)扇的啟動是通過系統(tǒng)PLC控制的，PLC的設(shè)定值（可變的）通常為60oC，當系統(tǒng)接收到油溫溫度傳感器的溫度達到60oC時油冷風(fēng)扇的啟動。3.2加熱系統(tǒng)Pt100溫度傳感器加熱器溫度控制器3.2.1Pt100（溫度傳感器）Pt100溫度傳感器加熱器溫度控制器Pt100（溫度傳感器）：

數(shù)量：三個[油溫、高速端軸承各一個，齒輪箱

主軸一個(備用)]

位置：齒輪箱后部右側(cè)和上方作用：監(jiān)控油溫和高速端軸承溫度，確保機組的安全控制方式：系統(tǒng)自動控制3.2.2加熱器Pt100溫度傳感器加熱器溫度控制器

加熱器：

數(shù)量：六個（兩組，每組一個備用）

位置：齒輪箱的前部和后部

作用：當齒輪箱工作環(huán)境溫度較低時，加熱器對齒輪箱潤滑油進行加熱，以確保齒輪箱內(nèi)部的潤滑油保持在一定的粘度范圍。

控制方式：系統(tǒng)自動控制3.2.3溫度控制器Pt100溫度傳感器加熱器溫度控制器溫度控制器：控制加熱器的加熱溫度。3.3其它3.3.1轉(zhuǎn)子鎖轉(zhuǎn)子鎖（葉輪鎖）：

數(shù)量：一套位置：齒輪箱的前端作用：鎖定葉輪，確保機組處于安全狀態(tài)。控制方式：手動雷電保護裝置：數(shù)量：三組位置：齒輪箱前端連接輪轂處作用：將葉輪上的電流傳導(dǎo)到齒輪箱的機體上，再通過接地線將電流倒入大地，以保護機組。控制方式：不需控制3.3.2雷電保護裝置液位傳感器：數(shù)量：一組位置：齒輪箱左后方作用：監(jiān)控對齒輪箱內(nèi)部潤滑油的油位，當油位低于系統(tǒng)設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警。通過觀油窗可以觀察潤滑油的狀態(tài)（如顏色、油位高度、油質(zhì)等情況）。控制