风电机组齿轮箱

2.4.1 齿轮箱齿面点蚀
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
冷却器单元
管路 2. 加热系统 叶轮锁 3. 其它 雷电保护装置
油-空气冷却器（油冷风扇） 加热器
温度控制器
Pt100（温度传感器）
视孔盖 检查孔 排油阀 集油盒
液位传感器
油位指示器 空气过滤器
3.1 润滑与冷却系统简介
电机 泵单元
油泵
冷却器单元
分配器以及管路
过滤网（粗滤、精滤）
3.1.1 润滑与冷却系统的作用
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
单臂式行星架：
结构简单，装配方便，轴向尺寸小。但 行星轮属悬臂布置，受力不好，刚性差。
2.6 空心轴
空心轴结构：
与轮毂内 滑环相连接
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。
溢流阀：一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用 和安全保护作用。泵单元中 3bar/10bar/0.2bar溢流阀，分别是在压 力大于3bar和10bar的时候打开。0.2bar溢流阀防止回流。 温控阀：调速阀是进行了压力补偿的节流阀。泵单元中的温控阀采 用机械结构，热胀冷缩的原理。油温↑，油路流量↓ 油温↓，油路流量↑。
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。
轴承
空心轴
油位
减振减噪 装置
双臂整体 式行星架
单臂式 行星架
涨紧套
2.1 箱体部分
箱体：
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。
齿轮箱的润滑十分重要，良好的润滑能够对齿轮和 轴承起到足够的保护作用。此外还具有如下的性能：
1）减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合。 2）吸收冲击和振动。 3）防止疲劳点蚀。 4）冷却、防锈、抗腐蚀。 本齿轮箱采用飞溅润滑+加压润滑方式，此种方式可 以起到更好的润滑作用。系统采用Shell HD320合成润滑 油，它在极低温度状况下具有较好的流动性；在高温时 的化学稳定性好并可抑制黏度较低。
前端通过法兰 与风轮相连
1.1 基本参数
型号 主要结构 SL1500/65 SL1500/70 SL1500/77 SL1500/82
二级行星，一级平行轴
传动比
齿轮箱的轴间角 额定驱动功率 （kW）
≈90
≈90
4.5° 1700
≈104
≈104
额定转矩（在额定速度 时）（kNm）
主轴旋转方向（迎向叶 轮） 空转（rpm） 润滑方式：
高于45º C时： 通过系统PLC控制，启动高 速泵，保证105L/min的油 流量。此时齿轮油经过冷却 器单元。
3.1.4 润滑与冷却系统的工作过程
齿轮油温度范围-15º C至 45º C之间状态一： 刚开机油温较低的时候 齿轮油的温度较低，所 以齿轮油的黏度大，造成系 统内压力升高。如果此时系 统内压力高于10bar，那么 齿轮油通过溢流阀（安全阀） 直接流回齿轮箱，加速齿轮 油的循环，使油温迅速升高， 降低系统的压力。此时的回 路如左图红线所示。
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. 风轮通过法兰盘与主轴相连，风轮将风能转变为大 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。
3.1.3 齿轮箱油路分配
高速端轴承↘
二级行星架轴承↘ 一级行星架轴承→ 主轴大轴承↗
↖ 高速端轴承 ↙
3.1.4 润滑与冷却系统的工作过程
齿轮油温度范围-15º C至 45º C之间。当齿轮油的温 度：
低于-15º C时： 风机启动前开启加热系统直 至齿轮油的温度达到-15º C 在-15º C至45º C之间时：通 过系统PLC控制，采用低速 泵，保证40L/min的油流量。 此时齿轮油不经过冷却器单 元。主要回路如左图红线所 示。
齿轮箱
将低转速的动能转化 为高转速的动能
低转速
需要高转速
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 后端通过联轴器 与发电机相连
2.7 齿轮箱的减噪减振装置
齿轮箱的重量约占机舱重量的1/2，而且当风机运 转时，齿轮箱会产生振动。为减小振动对其它部件的不 利影响，齿轮箱与主机架之间增加了减振元件。
2.8 减噪减振装置的安装
2.9 楔快的结构原理
三. 齿轮箱上的附件
电机
泵单元 1. 润滑冷却系统 分配器
油泵 过滤网（粗滤、精滤）
3.1.2 润滑与冷却系统的组成
过滤网 压差继电器
温控阀
压力继电器 溢流阀
3.1.3 各部件的功能作用
压差继电器：是一种受两个压力之差作为信号控制的电器开关，泵 单元中采用24VDC/2bar压差继电器 ，当粗滤网前端和精滤网后端 的压差超过2bar时，压差继电器闭合使执行元件动作，从而使得绿 线管路导通，起到安全保护的作用，同时发送故障信号。 压力继电器：是利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元 件。当系统压力达到压力继电器的调定值时，发出电信号给系统。
1.3 齿轮箱的作用及工作过程
1.6.1 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。
1.6.2 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。
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。
810
810 顺时针 0～3
933
933
飞溅润滑+压力润滑
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。
3.1.4 润滑与冷却系统的工作过程
齿轮油温度范围-15º C 至45º C之间状态二： 油压在3bar与 10bar之间 随着齿轮油的循环，润 滑油温度不断升高，管路 中的电压逐渐降低。当压 力在3bar 与10bar之间的 范围内时。10bar溢流阀 自动关闭，3bar溢流阀自 动打开。齿轮油经过粗过 滤网（50μm）通过调速 阀流回齿轮箱构成回路此
时的回路如左图红线所示。
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
法兰盘 叶轮锁 箱体 主轴 一级行星 二级行星 平行轴传动
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。