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风力发电机组齿轮箱概述(二)

2012-07-12 16:27
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  第三节 齿轮箱的构造

  一、齿轮箱的类型与特点

  风力发电机组齿轮箱的种类很多,按照传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱;按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱;按照转动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等等。

  二、齿轮箱图例

  第四节 齿轮箱的主要零部件

  箱体结构

  箱体是齿轮箱的重要部件,它承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力,必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用,防止变形,保证传动质量。箱体的设计应按照风电机组动力传动的布局安排、加工和装配条件、便于检查和维护等要求来进行。应注意轴承支承和机座支承的不同方向的反力及其相对值,选取合适的支承结构和壁厚,增设必要的加强筋。筋的位置须与引起箱体变形的作用力的方向相一致。

  箱体的应力情况十分复杂且分布不匀,只有采用现代计算方法,如有限元、断裂力学等方法辅以摸拟实际工况的光弹实验,才能较为准确地计算出应力分布的状况。利用计算机辅助设计,可以获得与实际应力十分接近的结果。

  采用铸铁箱体可发挥其减振性,易于切削加工等特点, 适于批量生产。常用的材料有球墨铸铁和其他高强度铸铁。用铝合金或其他轻合金制造的箱体,可使其重量较铸铁轻20%~30%, 但从另一角度考虑,轻合金铸造箱体,降低重量的效果并不显著。这是因为轻合金铸件的弹性摸量较小,为了提高刚性,设计时常须加大箱体受力部分的横截面积,在轴承座处加装钢制轴承座套,相应部位的尺寸和重量都要加大。目前除了较小的风电机组尚用铝合金箱体外,大型风力发电齿轮箱应用轻铝合金铸件箱体已不多见。

  单件、小批生产时,常采用焊接或焊接与铸造相结合的箱体。为减小机械加工过程和使用中的变形,防止出现裂纹,无论是铸造或是焊接箱体均应进行退火、时效处理,以消除内应力。

  为了便于装配和定期检查齿轮的啮合情况,在箱体上应设有观察窗。机座旁一般设有连体吊钩,供起吊整台齿轮箱用。

  箱体支座的凸缘应具有足够的刚性,尤其是作为支承座的耳孔和摇臂支座孔的结构,其支承刚度要作仔细的核算。为了减小齿轮箱传到机舱机座的振动,齿轮箱可安装在弹性减振器上。最简单的弹性减振器是用高强度橡胶和钢垫做成的弹性支座块,合理使用也能取得较好的结果。

  箱盖上还应设有透气罩、油标或油位指示器。在相应部位设有注油器和放油孔。放油孔周围应留有足够的放油空间。采用强制润滑和冷却的齿轮箱,在箱体的合适部位设置进出油口和相关的液压件的安装位置。

  齿轮和轴的结构

  风力发电机组运转环境非常恶劣,受力情况复杂,要求所用的材料除了要满足机械强度条件外,还应满足极端温差条件下所具有的材料特性,如抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等等。对齿轮和轴类零件而言,由于其传递动力的作用而要求极为严格的选材和结构设计,一般情况下不推荐采用装配式拼装结构或焊接结构,齿轮毛坯只要在锻造条件允许的范围内,都采用轮辐轮缘整体锻件的形式。当齿轮顶圆直径在2倍轴径以下时,由于齿轮与轴之间的连接所限,常制成轴齿轮的形式。

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