风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件.docVIP

风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功能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。风轮的转速很低，远达不到发电机发电的要求，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）和齿轮箱的输入轴合为一体，其轴端形式是法兰盘连接结构。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（定桨距风轮）或变桨距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变载荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑、严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。例如，对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。本章论述是以水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动为代表的。 第二节 齿轮箱的构造一、齿轮箱的类型与特点风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统类型可分为圆柱齿轮箱、行星齿轮箱以及它们互相组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱；按照转动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等等。常用齿轮箱形式及其特点和应用见表8-1。 二、齿轮箱图例各种齿轮箱图例如图8-1- 图8-26所示。图8-1为两级圆柱齿轮传动齿轮箱的展开图。输入轴大齿轮和中间轴大齿轮都是以平键和过盈配合与轴联接；两个从动齿轮都是采用了轴齿轮的结构。图8-2为两级行星和一级圆柱齿轮传动齿轮箱的展开图。风力发电机组的大轴通过齿形联轴节将动力传到第一级行星齿轮，再由太阳轮传至第二级行星轮，最后由末级平行轴齿轮将动力分流输出。有两个取力装置，其中一个通过高弹性联轴节带动发电机，另一个则作为他种用途的驱动装置。两个行星齿轮传动装置的太阳轮均通过齿形联轴节将动力传至下一级。图8-4和图8-5 都是一级行星和两级平行轴圆柱齿轮传动装置，前者采用飞溅润滑方式，后者采用强制润滑方式并与机组的大轴做成一体。 图8-6 所示的是一种结构较为新颖的两级行星和一级平行轴圆柱齿轮传动齿轮箱，其行星架固定，内齿圈主动，两排行星齿轮变为定轴传动。从结构上看各个组件可独立拆卸，便于在机舱内进行检修。  三、国产大型风力发电机组齿轮箱简介国内有不少风力发电齿轮箱专业生产厂，其中最为著名的是重庆齿轮箱责任有限公司、杭州前进齿轮箱集团有限公司和南京高精齿轮股份有限公司等三家，其产品参数见表8-2- 表8-4，各产品外形结构如图8-7-图8-26所示。它们都是国家机械工业大型骨干企业，拥有先进的加工设备和设计制造技术，可以为风力发电行业批量提供各种型号的齿轮箱产品。近年来这几家公司在吸收国际先进技术的基础上，相继开发了不少新产品，其中多数是按照主机厂的特定要求研制，例如为新疆金风公司配套的600kw风力发电机组齿轮箱，综合了国外产品的特点，优化了设计参数，加强了关键结构，运转平稳，质量可靠。?  第三节 齿轮箱的主要零部件一、箱体箱体是齿轮箱的重要部件，它承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力。箱体必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。箱体的设计应按照风力发电机组动力传动的布局、加工和装配、检查以及维护等要求来进行。应注意轴承支承和机座支承的不同方向的反力及其相对值，选取合适的支承结构和壁厚，增设必要的加强筋。筋的位置须与引起箱体变形的作用力的方向相一致。箱体的应力情况十分复杂且分布不匀，只有采用现代计算方法，如有限元、断裂力学等方法辅以模拟实际工况的光弹实验，才能较为准确地计算出应力分布的状况。利用计算机辅助设计，可以获得与实际应力十分接近的结果。采用铸铁箱体可发挥其减振性，易于切削加工等特点，适于批量生产。常用的材料有球墨铸铁和其他高强度铸铁。设计铸造箱体时应尽量避免壁厚突变，减小壁厚差，以免产生缩孔和疏松等缺陷。用铝合金或其他轻合金制造的箱体，可使其重量较铸铁轻20%-30%，但从另一角度考虑，轻合金铸造箱体，降低重量的效果并不显著。这是因为轻合金铸件的弹性模量较小，为了提高刚性，设计时常须加大箱体受力部分的横截面积，在轴承座处加装钢制轴承座套，相应部位的