风电整机传动链动态特性分析_罗明轩.pdfVIP

T 技术交流 echnical Communication 风电整机传动链动态特性分析 文 罗明轩　李 毅　宋永乐 重庆望江工业有限公司 摘　要：本文以某兆瓦级风力发电机组传动系统为研究对象 , 基于柔性多体系统动力学 理论，将叶片、轮毂、主轴、齿轮箱等部件生成柔性体，建立包括齿轮传动系统在内的整机 传动链动力学模型，对系统的固有特性进行分析。基于二维坎贝尔图、模态能量图，对风电 整机传动链在切入和切出速度内的潜在共振点进行分析。通过时域分析进一步甄别传动链的 潜在共振点，最后根据分析结果验证整机传动链设计的可靠性。 关键词：风力发电机组　传动链　动态特性　潜在共振点 级社 2010 版风机认证规范中，明确提出需 1. 引言 要对风电机组传动链进行动力学分析，且不 随着全球能源消费的增加，能源结构 再只单纯的考虑系统的扭转自由度，而是将 的不断调整，加强可再生能源开发利用，提 扭转、轴向以及弯曲自由度全部释放，分析 高可再生能源占总能源消费的比重，已成为 难度更大，也更贴近实际情况。因此，风机 全球各国实施能源战略可持续发展的重要选 传动链动态特性分析对系统的设计有着重要 择，也是应对日益恶化的环境问题的必由之 意义。 路，可再生能源将逐步由补充能源发展成为 主流能源。风力发电作为其中产业化基础较 2. 风电机组基本结构及传动原理[1] 好的领域，在可再生能源领域中扮演着重要 的角色。随着近几年风电产业的迅速发展， 风力发电最主要的设备就是风力发电机 整机单机容量从最初的 850KW 到 1.5MW、 组，它主要由气动系统、主传动链系统、电 2.0MW、3.0MW， 再 到 5.0MW、6.0MW， 整 气系统和控制系统组成。风电机组种类多种 机的兆瓦级别也越来越大。为了降低材料消 多样，按照传动形式分，有高传动比齿轮箱 耗和最大限度的吸收振动、减轻动载荷，柔 型、直接驱动型、中传动比齿轮箱（“半直 性结构大量应用于风电机组，同时，大型风 驱”）型。风电机组从能量转化的角度可以 电机组需要充足的风能，因此大型风电机组 分为两部分，一部分是机械传动部件，包括 通常安装在环境较恶劣的偏远地区、沿海地 叶片、轮毂、主轴、齿轮箱等部件，它的主 区、海岛和海上，这对风电机组的系统可靠 要功能是将风能转换为机械能，另一部分是 性提出了更高的要求。因此，在德国劳氏船 发电部件，即发电机，它的功能是将机械能 58 风能产业 Wind Energy Industry 2013年8月 转换为电能。如图 1 所示。兆瓦级风电齿轮 3. 风电机组传动链动态特性分析 箱一般具有较高的增速比，约为 80~120:1， 某兆瓦级风电齿轮箱的结构形式如图 2 所示， 3.1 风电机组传动链动力学模型 主要包括两级行星传动和一级平行轴传动。 根据 GL2010 版风电机组认证关于传动 链对建模的要求如表 1 所示。 整机传动链分析主要基于 SIMPACK 软