全寿命周期内风电齿轮箱响应规律分析及齿轮优化研究
发布时间：2021-07-30 22:46
近年来,我国风电领域发展迅速,风力发电机组的新增装机容量逐年剧增,并朝着大型、大功率方向发展。风电齿轮箱是风力发电机组的关键部件,其性能优劣直接影响着整个风电系统的正常运作。由于风电齿轮箱受外部时变风载的影响,经常出现传动系统破坏及振动噪声加剧的问题,因此成为了国内外行业领域的研究热点。本文针对风电齿轮箱运作工况的多变性以及单一工况确立齿轮修形量的不适应性问题,以某2.5MW风电齿轮箱为研究对象,通过建立刚柔耦合模型,分析优化了全寿命周期内齿轮箱的传动、响应特性。主要研究内容如下:（1）分析了某兆瓦级风电齿轮箱的基本结构与传动原理,考虑到系统各柔性部件的变形问题,通过编辑轴承孔节点连接的方式耦合了柔性部件与传动系统,建立了齿轮箱刚柔耦合分析模型。基于静力学分析及相关标准分析了额定、极限工况下各齿轮接触、弯曲强度;各轴承的受力及寿命;各箱体部件及行星架的应力。（2）鉴于风电齿轮箱运行周期长,工况复杂多变的特点,为探究整个寿命周期不同工况下齿轮箱内部激励及振动响应的变动规律,本文将风电齿轮箱20年雨流计数载荷谱进行了时域转换,通过离散时域主轴载荷曲线得到了全寿命周期内齿轮箱的10种主要工况...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
008~2018年国内风电新增与累计装机容量
湖北工业大学硕士学位论文2图1.22018年国内各功率风电新增装机占比风电领域技术发展迅速，目前多种不同型式的风力发电机组已涌现在市场中。按照叶轮轴向差异，风力发电机组有轴式水平与竖直之分，其中水平轴式风力发电机组占据了市场份额的主体；桨距分为定桨式与变桨式，随着技术进步，定桨距机组已逐步被变桨式替代；发电机结构有双馈异步式、半直驱式，直驱式三种，其中双馈异步式风机的可靠性高、稳定性强，便于维修，已在国内广泛使用。而双馈异步式风机根据支撑形式的不同又分成：一点支撑式、两点支撑式、三点支撑式及主轴箱体集成式，其中三点支撑式以稳定负载能力强的特点占据着主导地位。该式风力发电机组的主要传动链构成，如图1.3所示。图1.3双馈三点支撑式风机系统内部布置由于风力发电机组常年处于戈壁、荒漠、海洋等风力强劲之地，工作环境恶劣，各组件极易发生故障。其中风电齿轮箱的故障比率占据了主体，同时其故障导致地风力发电机的停机时间也最长[7-9]，如表1.1所示。虽然我国的风电装机容量世界第一，但由于行业领域起步较晚，经验技术缺乏，相比较于美国以及欧洲国家，还存在一定的差距，仍处于引进吸收和模仿的阶段，并没有改变在一些关键技术上仍依赖于国外的现实。表1.1风力发电机组不同故障类型及停机时间编号故障类型停机时间/(hr)占比/(%)1齿轮箱故障568652叶轮故障12013.853变桨轴承故障242.634主轴承故障384.255发电机故障12314.18
湖北工业大学硕士学位论文2图1.22018年国内各功率风电新增装机占比风电领域技术发展迅速，目前多种不同型式的风力发电机组已涌现在市场中。按照叶轮轴向差异，风力发电机组有轴式水平与竖直之分，其中水平轴式风力发电机组占据了市场份额的主体；桨距分为定桨式与变桨式，随着技术进步，定桨距机组已逐步被变桨式替代；发电机结构有双馈异步式、半直驱式，直驱式三种，其中双馈异步式风机的可靠性高、稳定性强，便于维修，已在国内广泛使用。而双馈异步式风机根据支撑形式的不同又分成：一点支撑式、两点支撑式、三点支撑式及主轴箱体集成式，其中三点支撑式以稳定负载能力强的特点占据着主导地位。该式风力发电机组的主要传动链构成，如图1.3所示。图1.3双馈三点支撑式风机系统内部布置由于风力发电机组常年处于戈壁、荒漠、海洋等风力强劲之地，工作环境恶劣，各组件极易发生故障。其中风电齿轮箱的故障比率占据了主体，同时其故障导致地风力发电机的停机时间也最长[7-9]，如表1.1所示。虽然我国的风电装机容量世界第一，但由于行业领域起步较晚，经验技术缺乏，相比较于美国以及欧洲国家，还存在一定的差距，仍处于引进吸收和模仿的阶段，并没有改变在一些关键技术上仍依赖于国外的现实。表1.1风力发电机组不同故障类型及停机时间编号故障类型停机时间/(hr)占比/(%)1齿轮箱故障568652叶轮故障12013.853变桨轴承故障242.634主轴承故障384.255发电机故障12314.18
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国风能发电发展前景研究[J]. 李剑. 中国设备工程. 2019(14)
[2]Effects of Flexibility and Suspension Configuration of Main Shaft on Dynamic Characteristics of Wind Turbine Drivetrain[J]. Jianjun Tan,Caichao Zhu,Chaosheng Song,Huali Han,Yao Li. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2019(02)
[3]2018年中国风电吊装容量统计简报[J]. 风能. 2019(04)
[4]2019年,全球风电市场转型进行时[J]. 孙一琳. 风能. 2019(04)
[5]2018年中国主要风电政策回顾[J]. 夏云峰. 风能. 2019(03)
[6]风电齿轮箱微观修形对振动与声振粗糙度性能的影响[J]. 范孝良,石鹏飞,刘建民. 中国工程机械学报. 2019(01)
[7]2018年风电产业发展与近期市场展望[J]. 陶冶,韩雪. 风能. 2019(01)
[8]渐开线圆柱齿轮齿向鼓形修形方法研究[J]. 相涯. 机械传动. 2018(06)
[9]轮齿修形对斜齿轮传递误差影响的比较性分析[J]. 汪建,张俊. 振动与冲击. 2018(02)
[10]考虑齿顶修缘的斜齿轮传动振动响应分析[J]. 杨玉良,魏静,赖育彬,张爱强. 重庆大学学报. 2017(01)
硕士论文
[1]纯电动汽车两挡变速箱齿轮振动噪声仿真分析与优化设计[D]. 蔡文奇.吉林大学 2019
[2]RV减速器传动特性及摆线轮齿廓修形研究[D]. 袁康.湖北工业大学 2019
[3]兆瓦级风电机组齿轮箱性能分析与工程应用技术研究[D]. 石鹏飞.华北电力大学 2018
[4]基于齿轮修形的变速器啸叫治理[D]. 刘祖飞.吉林大学 2017
[5]考虑非扭矩载荷作用的风电传动系统动态特性研究[D]. 王帅帅.重庆大学 2017
[6]兆瓦级风电齿轮箱NVH性能分析[D]. 刘华朝.重庆大学 2016
[7]基于能量法与遗传算法的直齿圆柱齿轮修形优化研究[D]. 魏国兴.东北大学 2015
[8]中国风能资源的地理分布及风电开发利用初步评价[D]. 兰忠成.兰州大学 2015
[9]汽车变速器齿轮修形设计与试验研究[D]. 史若男.太原理工大学 2015
[10]风力发电机组传动链动力学研究[D]. 黄华清.重庆大学 2015
本文编号：3312264
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
008~2018年国内风电新增与累计装机容量
湖北工业大学硕士学位论文2图1.22018年国内各功率风电新增装机占比风电领域技术发展迅速，目前多种不同型式的风力发电机组已涌现在市场中。按照叶轮轴向差异，风力发电机组有轴式水平与竖直之分，其中水平轴式风力发电机组占据了市场份额的主体；桨距分为定桨式与变桨式，随着技术进步，定桨距机组已逐步被变桨式替代；发电机结构有双馈异步式、半直驱式，直驱式三种，其中双馈异步式风机的可靠性高、稳定性强，便于维修，已在国内广泛使用。而双馈异步式风机根据支撑形式的不同又分成：一点支撑式、两点支撑式、三点支撑式及主轴箱体集成式，其中三点支撑式以稳定负载能力强的特点占据着主导地位。该式风力发电机组的主要传动链构成，如图1.3所示。图1.3双馈三点支撑式风机系统内部布置由于风力发电机组常年处于戈壁、荒漠、海洋等风力强劲之地，工作环境恶劣，各组件极易发生故障。其中风电齿轮箱的故障比率占据了主体，同时其故障导致地风力发电机的停机时间也最长[7-9]，如表1.1所示。虽然我国的风电装机容量世界第一，但由于行业领域起步较晚，经验技术缺乏，相比较于美国以及欧洲国家，还存在一定的差距，仍处于引进吸收和模仿的阶段，并没有改变在一些关键技术上仍依赖于国外的现实。表1.1风力发电机组不同故障类型及停机时间编号故障类型停机时间/(hr)占比/(%)1齿轮箱故障568652叶轮故障12013.853变桨轴承故障242.634主轴承故障384.255发电机故障12314.18
湖北工业大学硕士学位论文2图1.22018年国内各功率风电新增装机占比风电领域技术发展迅速，目前多种不同型式的风力发电机组已涌现在市场中。按照叶轮轴向差异，风力发电机组有轴式水平与竖直之分，其中水平轴式风力发电机组占据了市场份额的主体；桨距分为定桨式与变桨式，随着技术进步，定桨距机组已逐步被变桨式替代；发电机结构有双馈异步式、半直驱式，直驱式三种，其中双馈异步式风机的可靠性高、稳定性强，便于维修，已在国内广泛使用。而双馈异步式风机根据支撑形式的不同又分成：一点支撑式、两点支撑式、三点支撑式及主轴箱体集成式，其中三点支撑式以稳定负载能力强的特点占据着主导地位。该式风力发电机组的主要传动链构成，如图1.3所示。图1.3双馈三点支撑式风机系统内部布置由于风力发电机组常年处于戈壁、荒漠、海洋等风力强劲之地，工作环境恶劣，各组件极易发生故障。其中风电齿轮箱的故障比率占据了主体，同时其故障导致地风力发电机的停机时间也最长[7-9]，如表1.1所示。虽然我国的风电装机容量世界第一，但由于行业领域起步较晚，经验技术缺乏，相比较于美国以及欧洲国家，还存在一定的差距，仍处于引进吸收和模仿的阶段，并没有改变在一些关键技术上仍依赖于国外的现实。表1.1风力发电机组不同故障类型及停机时间编号故障类型停机时间/(hr)占比/(%)1齿轮箱故障568652叶轮故障12013.853变桨轴承故障242.634主轴承故障384.255发电机故障12314.18
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国风能发电发展前景研究[J]. 李剑. 中国设备工程. 2019(14)
[2]Effects of Flexibility and Suspension Configuration of Main Shaft on Dynamic Characteristics of Wind Turbine Drivetrain[J]. Jianjun Tan,Caichao Zhu,Chaosheng Song,Huali Han,Yao Li. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2019(02)
[3]2018年中国风电吊装容量统计简报[J]. 风能. 2019(04)
[4]2019年,全球风电市场转型进行时[J]. 孙一琳. 风能. 2019(04)
[5]2018年中国主要风电政策回顾[J]. 夏云峰. 风能. 2019(03)
[6]风电齿轮箱微观修形对振动与声振粗糙度性能的影响[J]. 范孝良,石鹏飞,刘建民. 中国工程机械学报. 2019(01)
[7]2018年风电产业发展与近期市场展望[J]. 陶冶,韩雪. 风能. 2019(01)
[8]渐开线圆柱齿轮齿向鼓形修形方法研究[J]. 相涯. 机械传动. 2018(06)
[9]轮齿修形对斜齿轮传递误差影响的比较性分析[J]. 汪建,张俊. 振动与冲击. 2018(02)
[10]考虑齿顶修缘的斜齿轮传动振动响应分析[J]. 杨玉良,魏静,赖育彬,张爱强. 重庆大学学报. 2017(01)
硕士论文
[1]纯电动汽车两挡变速箱齿轮振动噪声仿真分析与优化设计[D]. 蔡文奇.吉林大学 2019
[2]RV减速器传动特性及摆线轮齿廓修形研究[D]. 袁康.湖北工业大学 2019
[3]兆瓦级风电机组齿轮箱性能分析与工程应用技术研究[D]. 石鹏飞.华北电力大学 2018
[4]基于齿轮修形的变速器啸叫治理[D]. 刘祖飞.吉林大学 2017
[5]考虑非扭矩载荷作用的风电传动系统动态特性研究[D]. 王帅帅.重庆大学 2017
[6]兆瓦级风电齿轮箱NVH性能分析[D]. 刘华朝.重庆大学 2016
[7]基于能量法与遗传算法的直齿圆柱齿轮修形优化研究[D]. 魏国兴.东北大学 2015
[8]中国风能资源的地理分布及风电开发利用初步评价[D]. 兰忠成.兰州大学 2015
[9]汽车变速器齿轮修形设计与试验研究[D]. 史若男.太原理工大学 2015
[10]风力发电机组传动链动力学研究[D]. 黄华清.重庆大学 2015
本文编号：3312264
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