风力发电机组齿轮箱的结构研究及故障分析

风力发电机组齿轮箱的结构研究及故障分析

16

内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2011年第22期　

风力发电机组齿轮箱的结构研究及故障分析

路　宏,王文婷

1

2

(1.包头轻工职业技术学院,内蒙古包头　014035;2.内蒙古化工职业学院,内蒙古呼和浩特　010070)

　　摘　要:最近几十年来,世界风力发电技术取得了突飞猛进的发展,风能也已成为世界能源中增长最快的一种。由于风电产业的飞速发展,所以促成了风电装备制造业的繁荣,而风电齿轮箱作为风电机组的核心部件,倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但是我国风电齿轮箱的研究起步较晚,技术薄弱,特别是兆瓦级风电齿轮箱,主要依靠引进国外技术。因此,急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究,真正掌握风电齿轮箱设计制造技术,以实现风机国产化目标。

关键词:风力发电机组齿轮箱;结构;故障分析

　　中图分类号:TK83　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2011)22—0016—03　　随着煤、石油等能源的逐渐枯竭,人类越来越重视可再生能源的利用。而风力发电是可再生能源中最廉价、最有希望的能源,并且是一种不污染环境的"绿色能源"。全世界风电装机总容量已超过1000万千瓦,我国风力发电、风电设备制造市场发展前景广阔,今后30年内,我国风力发电的装机容量可能超过核电,成为第三大发电电源,风力发电技术已日趋成熟,在可再生的绿色能源的开发领域中占有突出的地位,具有重要的开发利用价值。1　风力发电齿轮箱的研究现状

并网运行的风力发电技术兴于20世纪80年代,并迅速实现了商品化、产业化,作为一项新的能源技术开始受到更多国家的重视。风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣,风电齿轮箱作为风电机组中最重要的部件,倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。

风机增速齿轮箱是风力发电整机的配套产品,是风力发电机组中一个重要的机械传动部件,它的重要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机,使其得到相应的转速进行发电,它的研究和开发是风电技术的核心,并正向高效、高可靠性及大功率方向发展。尽管国际上齿轮箱设计技术已经比较成熟,但统计数据表明,齿轮箱出现故障仍然是风机故障的最主要原因,约占风机故障总数的20%左右。

目前我国大型风力发电机组的开发主要是引进国外成熟的技术,关键就是因为我国的设计水平不高。对于现行主流的兆瓦级以风力发电机组,国内的几十家生产厂商绝大多数采用的是引进国外的成熟技术。由于传递的功率大,对兆瓦级增速齿轮传动的

可靠性和寿命要求非常高,因而增速齿轮的设计是

整个风力发电机组稳定运行的关键。2　风力发电机组齿轮箱的概述2.1　齿轮箱的功能

风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件,其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低,远达不到发电机发电所要求的转速,必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现,故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求,有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴(俗称大轴)与齿轮箱合为一体,也有将大轴与齿轮箱分别布置,其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力,常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置,配合叶尖制动(定浆距风轮)或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。

风力发电受自然条件的影响,一些特殊气象状况的出现,皆可能导致风电机组发生故障,而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础,整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上,大量的实践证明,这个环节常常是机组中的齿轮箱。因此,加强对齿轮箱的研究,重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。2.2　齿轮箱的结构

风力发电机组可分为无齿轮箱驱动的直联式和齿轮箱驱动式两种。目前,齿轮箱驱动型有一定的成本优势,仍是国际上采用的主流结构型式。齿轮箱驱动式风力发电机组的具体结构如上图1所示.齿轮箱布置在叶轮和发电机之间,它将叶轮受风力作用旋转而产生的动力传递给发电机发电,同时将叶轮