风电齿轮箱齿轮传动系统轻量化设计

发布时间：2020-05-14 05:14

【摘要】：风电齿轮箱是风力发电机组的核心部件,随着风电齿轮箱的装机容量增大,质量也随之变大,给风电机组安装、维护带来很大困难。因此,对风电齿轮箱传动系统进行优化设计,实现其轻量化,对降低风电机组的安装和运行成本,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以风力发电理论、回归分析理论、遗传算法理论和可靠性理论为理论基础,分析风电齿轮传动系统的结构特点。以宁夏某风电公司1.5 MW风电机组为研究对象,建立了其随机输入载荷预测模型,基于遗传算法对风电齿轮传动系统进行优化设计,并对优化后的风电齿轮传动系统进行可靠性评估。主要研究内容如下:(1)风电齿轮箱随机输入载荷预测数学建模。随机输入载荷预测模型是风电齿轮传动系统优化设计及可靠性评估的基础。针对经典理论公式预测风电输入载荷精度低的问题,分析其随机性、非线性等特点,运用非线性回归分析法,建立风电齿轮箱随机输入载荷预测数学建模,通过宁夏某风电公司实测数据进行验证,结果表明该模型预测精度远高于经典理论公式法。(2)风电齿轮传动系统结构参数优化设计。建立了风电齿轮传动系统多目标优化函数,确定了满足风电齿轮传动系统正常运行的边界条件,为有效地避免普通迭代方法容易陷入局部极小值而出现死循环的现象;运用遗传算法对宁夏某风电公司1.5MW风电齿轮箱传动系统参数进行优化设计,优化结果表明风电齿轮传动系统体积降低了4.59%,质量降低了281千克,实现轻量化。(3)风电齿轮传动系统优化设计的可靠性评估。分析了风电齿轮箱齿轮传动系统的失效形式,建立了风电齿轮可靠性分析模型,对风电齿轮箱齿轮传动系统的可靠性进行评估。结果显示,优化后的风电齿轮传动系统正常运行15年不发生故障的可靠度为96.21%,高于标准设备要求的95%,满足风电齿轮传动系统的工作要求。本文对风电齿轮传动系统优化设计的研究,为风电齿轮箱的轻量化提供了有效的方法,研究结论对风电齿轮传动系统参数的设计与优化具有一定的参考价值。
【图文】：

风力发电机,类型

轮箱运转的正常寿命。本章将通过分析风电齿轮箱输入轴的转速和转矩实际运，建立风速与转速、风速与转矩的数学模型，然后利用非线性回归分析法，在题时能够准确地计算各因素之间相关程度和回归拟合程度大小的特点，并根据据运用非线性回归分析法得到风电齿轮箱输入载荷预测模型。该预测模型为风传动系统优化及其可靠性评估提供基础。风力发电机分析当今市场上拥有的风电机组种类很多，一般可分为两种：水平轴式和垂直轴这两种风力发电机都各有自身的特点。如图 2.1─a)所示，水平轴式风力发电转面与风向基本是垂直的，这种设计在一定风速范围内能够集中气流，增加气，提高输入转速，有助于风场更好的发电，利用率较高，也是目前最常见的一发电设备。如图 2.1─b)所示，垂直轴式风力发电机形状类似于一个夜晚照明的相对水平轴式的来说，它对风向没有什么要求，，能够很快的适应不同风场的环本文研究对象是现在使用最广泛的水平轴式风力发电机，在陆地风力发电机的，因它各项优势而被广大客户普遍应用到实际风场中。

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工程硕士学位论文所示。从图中看出，风电机组的动力来源于风，风带动桨叶片转动来产生动片一般由三个叶片构成，它是将风能转化为机械能的设备，该设备的工作运定风速要求的，故对风场址的选择也是至关重要的。风电机组是一种对风场要求比较高的大型设备，它的风电齿轮箱是风电机组核心组件，是一种处在大型设备，由于风电齿轮箱质量大，对塔架的影响较大，且塔架距离地面几空中，常年承受无规则的风载荷影响，工作环境恶劣，多在高山、山地中[49风电机组发电的工作原理是：在桨叶片受到风载荷的作用后进行旋转产生动轮毂转动，轮毂连接在低速轴上，输入轴将低转速经过增速箱提速，输出较到发电机中，发电机与风电场的电网连接进行发电。由于风电齿轮箱处在低转中，齿轮之间不停地发生无规则的碰撞，使得风电齿轮箱的失效率较高。可以发现，风电机组的传动路径几乎是沿直线传动的，这种传动方式能减少，提高发电机运转的效率，产生更多的风电。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.41;TM315

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