风电机组齿轮箱的概况

叶轮

齿轮箱 发电机

1.

SL1500风电机组齿轮箱的概况

2. SL1500风电机组齿轮箱的结构原理

3. SL1500风电机组齿轮箱的附件

一、齿轮箱的概况

1. 安装于主机架内 2. 位于机舱中部偏叶轮部分

3. 齿轮箱的重量约占机舱重量的1/2

1.1 基本参数

1.2 结构特点

主轴内置于齿轮箱的内部。不需要现场主轴对中; 主轴轴承采用稀油润滑, 效果更好；大大减

小了机舱的体积。

采用两极行星、一级平行轴机构传动。提高了速比，降低了齿轮箱的体积。

采用先进的润滑与冷却系统，使每个润滑点都可以得到充分的润滑，确保了齿轮箱

的使用寿命。

1.3 齿轮箱的作用及工作过程

1.3.1 齿轮箱的作用：

将风轮的动能传递给发电机, 并使其得到相应的转速。

1.3.2 齿轮箱的工作过程：

风作用到叶片上，驱使风轮旋转。旋转的风轮带动齿轮箱主轴转动并将动能输入齿轮

副。经过三级变速，齿轮副将输入的大扭矩、低转速动能转化成低扭矩、高转速的动能，通

过联轴器传递给发电机。发电机将输入的动能最终转化为电能并输送到电网。

1.4 风电机组中齿轮箱的工作概况

环境条件恶劣：

风大、砂尘、盐雾、潮湿、高温、严寒

工作条件复杂：

风速风向多变、强阵风、高空无人值守

要求高可靠性、高效率、高安全性

要求工作寿命长：

二十年（175200小时）

输入输出速比大

加工制造要求高

二. 齿轮箱的结构原理

2.1 箱体部分

1. 整个箱体分为4个部分。

2. 满足轴承、轴、外部附件的安装并提供行星轮传动的外齿圈

3. 通常采用球墨铸铁铸造而成

2.1.1 风电机组中齿轮箱的载荷

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。

阻尼：在机械物理学中，指系统的能量的减小。

摩擦阻尼：摩擦阻力生热使系统的机械能减小。

辐射阻尼：周围质点的震动，能量逐渐向四周辐射。

刚度：受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。

2.2 主轴

主轴：

1. 用来支持旋转零件，既承受转矩又承受弯矩。

2. 叶轮通过法兰盘与主轴相连，叶轮将风能转变为大扭矩、低转速的动能，主轴是这一动能

的承载体。

3. 在设计的过程中要着重考虑主轴的受力、弯矩、扭矩、从而考虑其材料要求、选择合适的

轴承。

4. 通过对轴的强度、刚度计算以及使用寿命的要求得到相应的轴的尺寸。

2.3 轴承

轴承：

轴承是用来支承轴及轴上零件、保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和

磨损。

风机有一轴间角，轴承在承受重力的同时还受到径向力的作用。所以选择合适的轴

承至关重要。

2.4 齿轮副

齿轮副：

1. 齿轮箱增速部分由三级组成，两级行星齿轮和一级平行轴齿轮。

2. 行星轮系和平行轴齿轮都采用斜齿轮传动：传动平稳，噪音小，重合度比直齿轮大。

3. 采用内啮合以便充分利用空间，而且输入轴和输出轴共线，所以机构尺寸非常紧凑。

4. 轮系中均匀分布的几个行星轮共同承受载荷，行星轮公转产生的离心惯性力与齿廓啮合处的径向力相平衡，使受力状况较好，效率较高。

5. 传动比的合理分配。SL1500风机各级传动比在3--5之间。

2.4.1 齿轮箱齿面点蚀

轮齿受力后，齿面接触处将产生循环变化的接触应力，在接触应力反复作用下，轮齿表层或次表层出现不规则的细线状疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果，使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀，简称为点蚀。

它可分为早期点蚀和破坏性点蚀。

提高齿面硬度和润滑油的粘度，采用正角度变位传动等，可减缓或防止点蚀产生。

2.4.2 齿轮箱齿面胶合

互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着磨损现象称为胶合。

胶合有冷胶合和热胶合之分。

减小模数、降低齿高、采用角度变位齿轮以减小滑动系数，提高齿面硬度，采用抗胶合能力强的润滑油(极压油) 等，均可减缓或防止齿面胶合。

在齿顶或齿根部位的轻微胶合会自行脱落消除。

2.4.3 齿轮箱齿面磨损

当齿面间落入砂粒、铁屑、非金属物等磨料性物质时，会发生磨料磨损。齿面磨损后，齿廓形状破坏，引起冲击、振动和噪声，且由于齿厚减薄而可能发生轮齿折断。 磨料磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。

改善密封和润滑条件、在油中加入减摩添加剂、保持油的清洁、提高齿面硬度等，均能提高抗磨料磨损能力。

2.5 一级行星双臂整体式行星架

双臂整体式行星架：

结构刚性较好，行星轮的轴承一般安装在行星轮内。

2.5 二级行星单臂式行星架

2.6 空心轴

法兰盘前端加轴承和齿轮箱后方固定的方式，使得各级传动轴在转动的过程中空心轴保持不转动。

空心轴中：动力电缆和控制电缆。给轮毂中的电机和控制柜提供电源和控制信号用以实现对变浆系统的控制。

与轮毂内

滑环相连接

3.1.3 齿轮箱油路分配

1联轴器在风力发电机组中的安装位置

2 联轴器的作用与原理

齿轮箱和发电机用一个柔性轴连接，在风机的操作期间，联轴器补偿两平行性偏差和角度误差。为了减少传动的振动，联轴器需要有振动和阻尼。为了避免在偏差的情况下出现的扭转振动，联轴器也必须有相当的刚度。

联轴器必须有大于等于100M 的阻抗，并且等承受2 kV的电压。这将防止寄生电流通过联轴器从发电机转子流向齿轮轴/齿轮箱，这可能带给齿轮箱极大的危害。 3 联轴器的特点

联轴器的主体材料为优质合金钢。每个连杆内均设有球形轴承和橡胶衬套，具有良好的轴向和角向偏差补偿能力，能同时达到给定的最大补偿值，且能有效的减少振动和噪音。

轴向补偿与角向补偿分别由不同关节轴承完成，相互之间没有干涉，所以轴向、角向与径向的偏差补偿能力能同时达到最大值。

传动轴的绝缘取决于连杆中的橡胶。每个连杆中有两个带橡胶的关节轴承，可对电流绝缘两次。