大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電設(shè)備和控制系統(tǒng)組成，其中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是將風(fēng)輪吸收的風(fēng)能以機(jī)械的方式傳送到發(fā)電機(jī)的中間裝置，包括傳動(dòng)軸系、聯(lián)軸器、齒輪箱、離合器和制動(dòng)器等，為了便于捕獲風(fēng)能和適應(yīng)機(jī)組性能控制需要，機(jī)組還必須配置偏航傳動(dòng)、變槳距傳動(dòng)以及阻尼、制動(dòng)等輔助裝置。圖1 所示是一個(gè)典型的大型風(fēng)電機(jī)組，左側(cè)的風(fēng)輪通過主軸將動(dòng)力經(jīng)齒輪箱傳遞給右側(cè)的發(fā)電機(jī)，機(jī)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(fēng)電機(jī)組的特殊環(huán)境和使用工況條件，對(duì)傳動(dòng)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(dòng)載荷和變化多端的風(fēng)輪、電網(wǎng)異常載荷的作用、機(jī)艙剛性不足引起的強(qiáng)烈振動(dòng)、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(dòng)裝置必須考慮的重大問題。
大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主傳動(dòng)齒輪箱位于風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)之間，是一種在無規(guī)律變向載荷和瞬間強(qiáng)沖擊載荷作用下工作的重載齒輪增速傳動(dòng)裝置。齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)軸系中一個(gè)最重要而又是最脆弱的部件。
齒輪箱在機(jī)艙內(nèi)不可能像在地面那樣具有牢固的機(jī)座基礎(chǔ)，整個(gè)傳動(dòng)系的動(dòng)力匹配和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的因素總是集中反映在某個(gè)薄弱環(huán)節(jié)上，這個(gè)環(huán)節(jié)常常是機(jī)組中的齒輪箱。當(dāng)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(shí)際上這不僅不能實(shí)現(xiàn)，而且還會(huì)由于風(fēng)況的多變和機(jī)組的復(fù)雜變形避免不了許多附加負(fù)荷的作用，給齒輪箱的設(shè)計(jì)增添了不少不確定的因素。
很顯然，在狹小的機(jī)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(jì)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(jiǎn)化并且重量最輕，同時(shí)也要考慮便于維護(hù)的要求。根據(jù)機(jī)組提供的參數(shù)，采用CAD 優(yōu)化設(shè)計(jì)，按照排定的最佳傳動(dòng)方案，選擇穩(wěn)定可靠的結(jié)構(gòu)和具有良好力學(xué)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(rùn)滑、冷卻和監(jiān)控系統(tǒng)，是設(shè)計(jì)齒輪箱的必要前提條件。
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