风力发电新型偏航驱动器设计与研究

发布时间：2020-08-13 18:01

【摘要】： 近年来,随着风力发电机组的功率提高,为便于安装和维护,对风力发电机组的体积和重量的要求也越来越高,因此减小体积和减轻重量已成为降低风力发电机组成本的有效手段。偏航驱动器作为风力发电机组中的一个主要部件,在保证其强度的前提下,尽量使驱动器结构简单、重量轻、易加工装配已经成为风力发电机组研究的重点问题之一。本文通过对偏航驱动器运动方案创新设计、结构方案优化设计及系统动力学分析,实现风力发电机组新型偏航驱动器设计。首先根据设计要求,进行偏航驱动器运动方案创新设计。提出渐开线少齿差行星传动新型传动方案,合理确定各级传动比及相应的输出机构。其次对偏航驱动器的齿轮机构、输出机构、轴承和箱体等主要部件进行结构参数设计。考虑少齿差齿轮副的多种齿廓干涉条件确定齿轮机构的基本参数；兼顾输出扭矩和结构尺寸要求确定输出机构的结构及几何参数；基于强度要求与结构限制设计专用转臂轴承；根据安装条件设计两箱箱体结构。进行偏航驱动器主要部件的强度分析,利用有限单元法对齿轮机构进行接触分析,通过常用设计方法对其它主要部件进行校核,保证设计方案满足设计要求。对偏航驱动器进行系统动力学分析,建立偏航驱动器的动力学模型,利用模态分析方法对对箱体进行分析,得到新型偏航驱动器箱体的固有频率和模态阵型,避免产生共振现象,满足偏航驱动器高性能设计要求。新型渐开线少齿差行星传动偏航驱动器具有结构紧凑、重量轻、效率高等特点,促进国内风力发电设备的设计与研究不断发展。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.425;TM315
【图文】：

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题研究背景和意义是一种洁净的、蕴藏量极为丰富的可再生能源川。全球风能资源极为年可利用的资源总量大约为53万亿千瓦时[2]。风能作为清洁可再生能用之不竭;不污染环境;不破坏生态;可以再生等优点，在能源供应日益严重的情况下，风力发电是新能源领域中技术最成熟、最具开发之一，因而受到世界各国的青睐[3]。年全球风力发电发展迅速，自2001年以来，每年全球风电装机容量增长。全球风能协会发布的一期全球风电的增长数据显示，2008年全装机容量2705万千瓦，使得全球风电装机容量达到1.2亿千瓦，比。2000一2009年全球风电装机容量的增长情况如图1.1所示[4]。

风电,装机容量

图1.2我国风电装机容量 Fig.1.2InstalledeaPacityofChinesewindPower从图1.2中可以看出我国风电装机容量逐年递增并呈高速增长态势。不过，目前我国的风电产业与世界水平还有一定的差距。设备价格较高导致我国的风电项目成本居高不下，给风电产业的大规模开发带来了很大的阻碍。因此，开发具有自主知识产权的风电关键部件对于我国风电产业的发展具有很长远的的意义。风力发电系统主要由叶轮、齿轮箱、发电机、偏航系统、控制系统、塔架等部件所组成[6l。风力发电原理就是把风的动能转化为风轮轴的机械能，最后转化为电能。偏航系统主要包括偏航驱动电机、偏航驱动齿轮箱、偏航轴承、偏航刹车盘、偏航刹车钳、液压回路、回油管路、润滑系统等，主要有两个作用:首先与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能提高风力发电机组的发电效率;其次是提供必要的锁紧力矩，用以保证风力发电机组安全运行。偏航驱动器用于风力发电机组的偏航系统中，偏航驱动器包括齿轮箱和驱动电机，是风力发电机组偏航系统的主要执行部件

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达到2一3Mw网。国内风电机组需要进行技术跨越式发展。因此，国内主要风电产品厂家都采用了引进、消化、吸收的策略。其中我国风机的某主要生产商在引进消化吸收国外风机的基础上，自主研制开发了兆瓦级偏航驱动器，如图1.3所示。图1.3偏航驱动器 F19.1.3Theyawdrive由于风向不停变化，为获得最大的风能利用率，偏航系统也需要不停的根据风向的变化调整对风。风力发电机组通常都安装在高山、荒野、海滩、海岛等野外风口处，经常承受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，并常年处于酷暑严寒和极端温差的气候环境中，作为偏航系统机械传动部件的偏航驱动器其工作条件相对比较恶劣。因此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【’o]。风力发电偏航驱动器工作在高空环境;偏航驱动器作为风力发电系统配套部件一起组装。国际上3Mw的风力发电机安装高度在120m一14omllo】。随着功率增加，偏航驱动器的安装高度显著增加，其整个驱动器的重量也随之增加。另外由于风力发电机机体内部预留空间的限制，使得偏航驱动器的安装空间也很有限。因?

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