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风电机组齿轮箱保护方案

2012-07-30 16:44
雷本祖
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  1 前言

  长期以来,齿轮箱技术在风电机组开发过程中一直是主要的研究领域。在此过程中,齿轮箱开发呈现出不同的趋势。最初,应用于风能产业的齿轮箱是对原来工业齿轮箱向重量轻、体积小方向改进。但是随着损坏索赔数量的增多以及多年运行经验的积累,齿轮箱的设计重新趋于保守,焦点转向安全系数。

  开发过程中的一个重要步骤是要准确分析实际作用于齿轮箱的载荷,并且增加载荷计算的精确度。作用于风电机组齿轮箱上典型的重要载荷包括这样几个方面:一是源自转子的载荷,这种载荷方向改变很快;二是由主机架和塔架构成的齿轮箱软支撑引起的载荷;三是由电网引起并通过发电机传给齿轮箱的瞬时剧烈波动载荷。如下理论已成为现代齿轮箱的研究基础:即除了调整齿轮箱设计,当今设计亦考虑通过增加刚性措施来平衡确定的载荷,例如,采用加固结构或高强度材料。然而,对齿轮箱零件采用更坚固的新材料,以及改善齿轮箱内的载荷传输,都只是改进设计中的一小部分。一个关键问题仍然存在,就是齿轮箱设计者能否针对潜在载荷找出单独应对风电机组复杂载荷问题的解决方案。

  2 齿轮箱和轴承保护的新方案

  基于对不同载荷何时以及如何作用于风电机组的全面深刻理解,当今的风电机组设计师可以通过优化整个传动链,最大限度地减小载荷对齿轮箱的影响。而且,仅通过结构设计就可以改善作用于齿轮箱上的载荷。

  对于PowerWind 90 2.5MW风电机组的开发,PowerWind的工程师就选择了这种方法。工程师们站在风电机组制造商的角度一直在考虑如何减少与风电机组有关的载荷事件,即怎样设计风电机组才有利于预防或者减少相关的不良载荷。

  基于最新的研究成果和在此领域多年的设计经验,PowerWind工程师使用现代模拟方法,例如多体模拟和通过有限元对整个传动链进行非线性计算,成功开发了一种新的齿轮箱和轴承保护方案。

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