风力发电机组的传动装置

风力发电系统中的传动装置设计与优化风力发电系统是一种环保、可再生的能源系统，利用风能将其转化为电能。

而风力发电系统中的传动装置扮演着重要角色，它将来自风机叶片的旋转运动转化为发电机的转子旋转运动，从而产生电能。

本文将讨论风力发电系统中的传动装置设计与优化的问题。

首先，让我们了解一下风力发电系统的基本原理。

风力发电系统主要由风机叶片、传动装置和发电机等组成。

风机叶片的旋转由风力驱动，传动装置将旋转运动转化为线性运动，并传递给发电机，发电机则将机械能转化为电能输出。

在传动装置的设计过程中，有几个关键因素需要考虑。

首先是传动装置的效率。

传动装置的效率决定了风力的转化效率和电能的转化效率。

因此，在设计过程中，应该尽可能提高传动装置的效率，减少能量损失。

例如，选择高效的齿轮传动系统、使用优质的轴承等，都可以提高传动装置的效率。

其次是传动装置的可靠性和稳定性。

风力发电系统通常运行在较为恶劣的环境中，如高风速、低温等。

因此，传动装置需要能够承受较大的负载和振动，并保持稳定运行。

在设计过程中，应该选择材料强度高、耐磨损、耐腐蚀的零部件，确保传动装置的可靠性和稳定性。

另外，传动装置的体积和重量也是需要考虑的因素。

风力发电系统往往需要建在高海拔或离岸等较为复杂的环境中。

在这些环境下，传动装置需要具备较小的体积和重量，以便于安装和维护。

因此，在设计过程中，应该采用轻量化的结构和材料，以减小传动装置的体积和重量。

除了上述的基本要求外，传动装置的设计还应考虑到动力分配的均匀性和系统的灵活性。

传动装置需要能够平衡不同风速下的功率输出，并适应系统的变化。

因此，在设计过程中，应该合理选择齿轮的参数、采用可调节的软连接等方式，以实现动力的均匀分配和系统的灵活性。

为了优化风力发电系统中的传动装置设计，可以采用多种方法。

首先，可以通过数值模拟和实验测试相结合的方式，对不同的传动装置方案进行评估和比较。

通过模拟分析，可以获得传动装置的动力学特性、能量损失等参数，从而为设计提供依据。

学号密级公开xxxxxxxxx本科生毕业设计风力发电机传动系统的设计学院名称：培黎工程技术学院专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：马指导教师：同教授二○一三年五月BACHELOR'S DEGREE THESIS OF LANZHOU CITY UNIVERSITYDesign of Transmission System of WindPower GeneratorCollege : School of Bailie Engineering & TechnologySubject : Mechanic Design Manufacturing and AutomationName : MaDirected by : Professor Tong ChanghongMay 2013郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本学位论文的知识产权归属于培养单位。

本人签名：日期：摘要风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，传动系统是风电机组的核心系统，而齿轮箱又为双馈式风电机组传动系统的核心部件，备受国内外风电行业和研究机构的关注。

但由于国内齿轮箱的研究起步晚，技术薄弱，尤其在目前兆瓦级风力发电机中，其属于易过载和过早损坏率较高的部件，且易出故障。

与之相对应的，直驱式风力发电机具备低风速时高效率、低噪音等优点，但直驱式发电机组在风力发电越来越大型化发展的今天，其过于庞大的低速发电机运输、吊装困难，制造成本较高。

二者相比较，考虑到结构、经济问题，我们就不得不重新思考如何提高齿轮箱的传动效率，从而提高传动系统的传动效率。

本文在对风力发电机的结构、原理深入了解、研究的基础上，对其传动系统的齿轮增速系统进行自主设计。

1.风力发电机组的机械传动由哪两大部分组成?请说出它们的主要功能。

答:风力发电机组的机械传动由主传动系统和辅助传动系统两大部分组成。

主传动系统的功能是将风轮的转速提高至发电机所需的转速并将风轮吸收的机械能传递给发电机。

辅助传动系统主要有偏航传动系统和变桨距传动系统。

偏航传动装置采用电机或液压马达驱动,通过齿轮减速器带动机舱回转,保持其迎风位置并被制动器可靠定位。

而在电缆扭转达到设定限度时使机舱反向转动实现解缆。

变桨距传动装置是利用电机减速器带动齿轮副或利用伺服油缸推动连杆机构使叶片转动,以便改变其螺距从而控制电机输入转速。

2.主传动增速箱有那些主要特点?答:1)速比恒定不变,传动平稳;2)齿轮副中心距具有可分离性(传动中心距即使有变化,传动比仍保持不变);3)速比范围大;4)传递功率范围广,最大可达5万kW;5)传动效率高,单级传动可达99%;6)结构紧凑,可靠;7)切齿刀具易于制造,互换性好。

3.行星齿轮机构中常使用什么方法让构件在运转过程中受载均匀?答:通常利用行星机构的行星架、行星轮、内齿圈和太阳轮等构件中的一个构件浮动的方式,来实现机构均载。

例如利用太阳轮浮动实现均载。

4.刚性联轴器和弹性联轴器在主传动系统中应用在什么部位?两者的主要区别是什么?答:在齿轮箱低速端使用刚性联轴器,在高速端使用弹性联轴器。

刚性联轴器将两个半轴直接联接成一体,对被联接的两轴间相对位移没有补偿作用,要求对中性较好。

而弹性联轴器对所联接的两轴的相对偏移有一定的补偿能力,同时具有缓冲减振作用。

5.简述偏航系统的主要组成部分及其作用。

答:1)偏航轴承:支撑机舱,与偏航减速器一起实现机舱的迎风转动。

2)偏航减速器:接受主机控制器的指令驱动偏航运动。

3)制动器:偏航过程中起阻尼作用,保持回转平稳;偏航结束后起制动作用,使机舱可靠定位。

4)风向传感器:控制机舱方位,适时发出偏航信号。

5)电缆缠绕传感器:在扭缆达到极限时发出解缆信号。

一级行星两级平行轴齿轮传动的风电增速箱常见的兆瓦级风力发电机组增速箱，由一级行星齿轮和两级平行轴齿轮传动组成，是一种典型的传动装置。

齿轮箱利用其前箱盖上的两个突缘孔内的弹性套支撑在支架上。

齿轮箱低速级的行星架通过涨紧套与机组的大轴连接，三个一组的行星轮将动力传至太阳轮，再通过内齿联轴节传至位于后箱体内的第一级平行轴齿轮，再经过第二级平行轴齿轮传至高速级的输出轴，通过柔性联轴节与发电机相联。

齿轮箱输出轴端装有制动法兰供安装系统制动器用。

此外，为了保护齿轮箱免受极端负荷的破坏，中间传动轴上还装有安全保护装置。

一、设计要求齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。

其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。

为此要建立整个机组的动态仿真模型，对启动、运行、空转、停机、正常启动和紧急制动等各种工况进行模拟，针对不同的机型得出相应的动态功率曲线，利用专用的设计软件进行分析计算，求出零部件的设计载荷，并以此为依据，对齿轮箱主要零部件作强度计算。

风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。

载荷谱可通过实测得到，也可以按照有关标准计算确定。

国际上通行的标准和《风力机组认证规范》有相应的章节给出载荷谱计算公式，对风力发电机组气动载荷谱分析计算作了详尽的讲解。

这些资料都可用作设计计算的参考。

我国于2003年9月颁布了GB/T 19073-2003 《风力发电机组齿轮箱》标准，规定了风轮扫掠面积大于或等于40 m2的风力发电机组增速齿轮箱的技术要求、试验方法、检验规定和标志、包装、运输、贮存等要求。

国际标准化组织颁布相应的国际标准ISO 81400- 4：2005 ，基本上等同于美国风能协会（AWEA）和美国齿轮协会（AGMA）制订的美国国家标准ANSI/AGMA/AWEA6006-A03 “Standard for Design and Specification of Gearbox for Wind Turbines”，对40kW – 2 MW 的风力发电机组增速齿轮箱的设计制造和应用作了具体的规定。

风力发电机组的传动系统风力发电是近年来崛起的一种清洁能源，风能转换成机械能驱动风力发电机组，再经过传动系统转化成电能，最终输送到电网供应给用户。

传动系统是风力发电机组的核心部分，其工作稳定性和效率关系到风电设备的整体运行效果，具有重要作用。

本文将对风力发电机组的传动系统进行探讨分析。

一、传动系统概述传动系统由传动装置与变速器组成，传动装置是将叶轮机械转换的旋转动能传递到发电机的配套装置，主要通过两根磁铁杆和闭合线圈产生电压，输出交流电能。

传动装置有平行轴传动、差速传动和全直传动三种形式，其中以平行轴传动最为常见。

平行轴传动将叶轮旋转的转矩传递给多级齿轮，再由齿轮带动转子旋转，输出电能，完整的传动系包括叶轮、齿轮传动系统、发电机等多个部分。

变速器是传动系统的关键部分，受到来自风能的风速波动和不均匀性的影响，需要动态调节转速以确保发电机的输出功率稳定。

我们常见的变速器有机械变速器和液力耦合器两种形式，液力耦合器可以实现无级调速，并具有体积小、质量轻、安装方便的特点，但相对来说其转矩传递效率低，需要不间断地保证油液的质量和流量，维护成本高。

机械变速器则依靠多组齿轮拼齐来实现变速，有着传动效率高、维护成本低的优点，但其切换速度较慢，并且在高转速、大扭矩和极端天气环境下易出现失速问题。

为了保证传动系统以及变速器的稳定性和可靠性，风力发电机组常配备护壳和冷却系统，尤其在极端气候环境下更需要重点关注。

二、传动系统的优化传动系统的稳定性和效率直接影响风力发电机组的长期运行效果，因此需要通过一系列优化措施来提高传动系统的质量和性能稳定性。

以下是几种有效的优化手段：1.降低传动系统的噪声和振动：传动系统需要使用长寿命耐磨材料，以减少设备的损耗和维护成本。

2.提高变速中转换效率：液力变速器使用液体能量可以带来不错的效果，但是需要注意维护油液质量并及时更换，以避免机械故障。

3.采用保温和散热措施：传动系统在高速旋转时会产生高温，因此需要配备高效冷却系统，以防止风力发电机组在高温下失去稳定性和效率。

风力发电机组的工作原理及主要组成部分
风力发电机组的工作原理是利用风能驱动风轮旋转，然后通过传动装置将旋转的能量转化为电能。

主要组成部分主要包括风轮、发电机、传动装置和控制系统。

1. 风轮：风力发电机组的核心部件，通常由多个叶片组成。

风轮受到风力的作用而旋转，将风能转换为机械能。

2. 发电机：将风轮转动产生的机械能转化为电能。

风力发电机组通常采用同步发电机或异步发电机来发电。

这些发电机通过转子磁场的旋转产生感应电动势，然后将其输出为交流电。

3. 传动装置：将风轮转动的机械能传递给发电机。

通常会采用齿轮或链条传动来实现转速的传递和适应风速的变化。

4. 控制系统：监控风力发电机组的运行状态和风速变化，并根据实际情况调整发电机的负载和转速。

控制系统还包括机舱内的传感器、仪表和自动控制装置，用于确保风力发电机组的安全和高效运行。

风力发电机组的工作原理是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程，利用的是自然界的可再生能源，具有环保和可持续发展的特点。