风电齿轮箱
风电齿轮箱的振动与噪声特性分析
风电齿轮箱的振动与噪声特性分析引言：随着可再生能源的快速发展和风力发电机组的普及，风电齿轮箱作为关键部件也承受着越来越大的压力。
振动与噪声是风电齿轮箱存在的一个重要问题，直接影响其安全可靠运行。
因此，对风电齿轮箱振动与噪声特性的分析具有重要意义。
一、风电齿轮箱振动特性分析风电齿轮箱的振动特性是指其在运行过程中产生的振动波动。
振动可以分为水平、垂直和径向振动，其幅值和频率对齿轮箱的运行稳定性和寿命有重要影响。
1. 振动源分析风电齿轮箱振动源主要包括齿轮传动系统、轴承系统、机械齿齿接触以及结构声振等。
其中，齿轮传动系统是主要的振动源，由于齿轮的运动速度和载荷导致了振动源的产生。
2. 振动传递路径齿轮箱的振动传递路径包括两个方面，即基础刚度和振动传递途径。
基础刚度是指机组底座、基础等结构夺取的刚度，用于支撑风电齿轮箱的振动；振动传递途径主要包括内部途径、外部途径和耦合途径。
3. 振动信号分析振动信号是分析风电齿轮箱振动特性的重要手段之一。
通过加速度传感器等装置采集到的振动信号，可以进行时域分析、频域分析和时频域分析等，进而得到振动频谱图、频谱密度图和时频谱图等。
二、风电齿轮箱噪声特性分析风电齿轮箱的噪声特性是指其在运行过程中产生的噪声水平。
噪声是指任何会对人类和环境产生不良影响的声音。
1. 噪声源分析风电齿轮箱噪声源主要包括齿轮传动系统、轴承系统、空气噪声以及流体噪声等。
其中，齿轮传动系统和轴承系统是主要噪声源，由于齿轮的运动和轴承的摩擦等导致噪声产生。
2. 噪声传播路径齿轮箱的噪声传播路径包括实体传播路径和空气传播路径。
实体传播路径是指噪声通过机械结构的传输，如齿轮、轴承、壳体等；空气传播路径是指噪声通过空气传播，如风扇噪声和气动噪声等。
3. 噪声测量与评估通过噪声测量和评估，可以对风电齿轮箱的噪声问题进行有效的监测和控制。
噪声测量通常采用声级计等仪器设备，通过测量声音的强度、频率和时长等参数来评估噪声水平是否符合标准要求。
双馈式风电齿轮箱结构
双馈式风电齿轮箱结构
双馈式风电齿轮箱结构主要由以下几个部分组成：
1. 大轴：即主轴，其上装有风机的叶片，风力通过叶片驱动主轴旋转。
2. 小轴：即发电机轴，与主轴通过齿轮传动相连接，将旋转的动力传递给发电机。
3. 中间轴：位于主轴和发电机轴之间，通过齿轮传动将风机的旋转速度和发电机的旋转速度进行匹配，以提高效率。
4. 齿轮：由多个齿轮组成的传动装置，可根据需要进行多级齿轮传动。
5. 润滑系统：用于齿轮箱的润滑和冷却，以确保齿轮运转平稳和寿命延长。
6. 安全装置：包括齿轮箱温度、压力、震动等传感器，以及相应的监控和报警系统，用于监测齿轮箱的运行状态，并在异常情况下及时采取措施。
双馈式风电齿轮箱结构相对复杂，但在风力发电行业中得到广泛应用。
其主要特点是能够根据风机转速的变化对发电机进行调速，提高发电效率；同时，由于齿轮传动系统的存在，使得双馈式风电齿轮箱具有较高的承载能力和较长的使用寿命。
风电齿轮箱(增速机)基础知识简介
（二）效率
齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在 试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮 啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、 风阻损失、其他机件阻尼等。齿轮箱的效 率在不同的工况下是不一致的。风力发电 齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率 应大于97%，是指在标准条件下应达到的 指标。
（三）噪声级
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风电增速机基础知识简介
XXX有限公司
一、概述
风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械 部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生 的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通 常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求 的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实 现，故也将齿轮箱称之为增速箱。不同形式的风 力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式 以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电 机组用固定平行轴和行星齿轮传动最为常见。
二、齿轮箱的分类
风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照 传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增 速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱；按 照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱； 按照转动的布置形式又可分为展开式、分 流式和同轴式以及混合式等等。
三、设计要求
设计必须保证在满足可靠性和预期寿 命的前提下，使结构简化并且重量最轻。 通常采用CAD优化设计，排定最佳传动方 案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠 的构件和具有良好力学特性以及在环境极 端温差下仍然保持稳定的材料，等等。
设计要求
• • • • 设计载荷 效率 噪声级 可靠性
（一）设计载荷
• 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。 • 风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。 载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T10300 标准计算确定。当按照实测载荷谱计算时，齿轮 箱使用系数KA=1。当无法得到载荷谱时，对于三 叶片风力发电机组取KA=1.3。
风电齿轮箱介绍
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风电齿轮箱介绍
2、齿轮失效的主要形式
③、剥落：点蚀扩展
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2、齿轮失效的主要形式
④、胶合：局部温升、重载，润滑不够
②、油压低
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2、齿轮失效的主要形式
①、断裂：热处理不到位，偏载、过载、严重冲击 ②、点蚀：表面裂纹扩张、磨粒、剥落 ③、磨损：金属微粒、灰尘、润滑 ④、胶合：局部升温及重载、润滑不足
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风电齿轮箱介绍
2、齿轮失效的主要形式
①、断裂： 热处理不到位，偏载、过载、严重冲击
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风电齿轮箱介绍
2、齿轮失效的主要形式
④、规范取油样的重要性
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二、齿轮箱运维： 1、运维
⑤、齿面、轴承磨损分级：
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风电齿轮箱介绍
二、齿轮箱运维： 1、故障消缺
①、误报油位低（老式南高齿、重齿）
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风电齿轮箱介绍
二、齿轮箱运维： 1、故障消缺
②、油温高/油温功率减小
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风电齿轮箱介绍
二、齿轮箱运维： 1、故障消缺
①、螺栓及弹性支撑 清理） ②、空气过滤器 ③、润滑冷却系统（彻底
④、取油样（必须按要求）
⑤、齿面、轴承检查
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二、齿轮箱运维： 1、运维
②、空滤（堵头或胶条是否取下）
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风电齿轮箱结构原理及维护知识
一、齿轮箱基本认识
3、风电齿轮箱的轴承
轴承分类： 按载荷方向：向心轴承、推力轴承 按滚动体形态：球轴承 滚子轴承：圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 滚针
一、齿轮箱基本认识 3、风电齿轮箱的轴承
风电齿轮箱轴承主要类型 满圆柱滚子轴承； 圆柱滚子轴承； 调心滚子轴承； 圆锥滚子轴承； 四点接触球轴承；
一、齿轮箱基本认识
一、齿轮箱基本认识
1、风电齿轮箱的结构 3）单级行星（半直驱） 目前我公司有的型号： FLD1500F
一、齿轮箱基本认识
1.1、风电齿轮箱的结构
4）两级行星 目前我公司有的型号： FLW3000J FLW3000C
一、齿轮箱基本认识
1.1、风电齿轮箱的结构
5）renk 目前我公司有的型号： FLA800 FLC750 该结构常见于Renk系列， 重点在于齿圈输入，行星 轮轴通过轴承连接到箱体 上，该结构的好处就是行 星齿轮上轴承外圈与箱体 连接，改进了轴承工作环 境，增加了轴承的使用寿 命；但不足是该结构加工 精度和装配要求高
3、风电齿轮箱的轴承
风电齿轮箱轴承主要类型 圆柱滚子轴承：
圆柱滚子与滚道为线接触轴承 。负荷能力大，主要承受径向 负荷。滚动体与套圈挡边摩擦 小，适于高速旋转。根据套圈 有无挡边，可以分有NU、NJ 、NUP、N、NF等单列轴承， 及NNU、NN等双列轴承。该 轴承是内圈、外圈可分离的结 构。内圈或外圈无挡边的圆柱 滚子轴承，其内圈和外圈可以 向轴向作相对移动，所以可以 作为自由端轴承使用。在内圈 和外圈的某一侧有双挡边，另 一侧的套圈有单个挡边的圆柱 滚子轴承，可以承受一定程度 的一个方向轴向负荷
一、齿轮箱基本认识 2、风电齿轮箱的齿轮基础
齿轮失效的主要形式： 3、胶合：局部升温+重载、润滑不够、油变质
风电齿轮箱介绍
行星轮系中，两个中心轮有一个固定（目前常见的为齿圈固定）；差动轮系中，两个中心轮都 可以动。目前国内外常见的风电齿轮箱主要为行星轮系结构，但也有部分厂家选用的为差动轮 系。因此本文主要介绍的是行星轮系结构。
行星轮系相对平行轴系的优点：结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、噪音小等； 行星轮系相对平行轴系的缺点：结构复杂、加工要求高、装配要求高等。
2020/5/4
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一级行星两级平行结构
该种结构主要用于2MW以及2MW以下功率的风电齿轮箱，用一组 平行级代替行星级，可靠性高，但体积与重量大
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齿轮箱铭牌
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行星级
某1.5MW齿轮箱装配图
高速级
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中间级
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风电齿轮箱结构详细描述
行星级
收缩盘
扭力臂 喷油环
行星架
行星架叶片 侧轴承
行星架透盖
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箱体 齿圈 行星轮 销轴 行星轮轴承 行星架电机侧 轴承 喷油环 太阳轮
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中广核桥六第二风电场
2017年8月25日
风电齿轮箱简介
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风力发电机结构图
双馈式风机
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永磁直驱式风机
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风电主齿轮箱结构
齿轮箱结构：
风电齿轮箱
偏航系统： 为了让叶轮能自然地对准风向,通常风机都会采用 调向装置, 对大型风力发电机组而言, 一般采用的 是电动机驱动的风向跟踪系统。
偏航系统： 整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调节系 统和扭缆保护装置等部分组成。偏航调节系统包 括风向标和偏航系统调节软件。
煤炭，在我国一次能源的生产和消费中占70% 的份额，在电力构成中占80%的份额。而目前 一般我们能看到的是燃煤造成的大气污染问 题，高居不下的煤炭价格所给我们带来的市 场压力问题，以及铁路煤炭运输不堪重负的 压力等。但是从我国已探明的可采储量的 1900亿吨这一数字说明，中国煤炭可开发利 用的时间大约仅能维持到2050年前后。
第二章 风能开发的意义
全球风能总量有多大？ 全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能 2×710MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 我国风能总量有多少？ 我国10米高度层的风能资源总储量为32.26亿千瓦，其中 实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿千瓦。而据估计， 中国近海风能资源约为陆地的3倍，所以，中国可开发风 能资源总量约为10亿千瓦。其中青海、甘肃、新疆和内蒙 可开发的风能储量分别为1143万千瓦、2421万千瓦、3433 万千瓦和6178万千瓦，是中国大陆风能储备最丰富的地区。
石油和天然气，石油的生产占一次能源的构成约17% 左右，占一次能源的消费23%左右，说明我国石油资 源自己供给的能力严重不足，已连续三年进口原油 和成品油的数量超过1亿吨，是列美国之后的第二进 口大国，中国石油探明可采储量为30几亿吨。所以 要维持国内经济持续发展，长期依赖进口石油的局 面是无法改变。而从国际上看原油已逐渐成为一个 政治名词，因为谁对原油的控制力强，谁的发展前 景就光明。当然石油的开采终有资源枯竭的一天， 专家预测从全世界的范围看2050年前后将枯竭。天 然气在我国一次能源的生产和消费中虽然占有8%左 右的比重，而天然气作为工业化工的重要资源，我 国不可能期望用天然气来发电。
风电机组齿轮箱介绍
风电机组齿轮箱介绍一、什么是风电机组齿轮箱？风电机组齿轮箱是风力发电设备中的关键部件之一，用于将风轮旋转的动能传递给发电机，从而产生电能。
它通常由多个齿轮组成，通过精确的传动比例来提高风轮转速，并将其转化为适合发电机工作的转速。
二、风电机组齿轮箱的结构风电机组齿轮箱由外壳、轴、齿轮、轴承和润滑系统等组成。
2.1 外壳外壳是齿轮箱的保护壳体，具有良好的密封性能和机械强度。
其结构通常由上、下两部分组成，方便维护和齿轮更换。
2.2 轴齿轮箱中的轴承负责承受齿轮和旋转部件的载荷，并确保它们平稳运行。
轴通常由高强度合金钢制成，具有较高的刚度和耐磨性。
2.3 齿轮齿轮是风电机组齿轮箱的核心部件，它们通过齿轮传动实现能量转换和传递。
常见的齿轮有斜齿轮、圆柱齿轮和行星齿轮等。
齿轮的优质材料和精确加工能够提高传动效率和耐久性。
2.4 轴承轴承是支撑齿轮箱内齿轮和转动部件的重要组成部分。
它们能够减少摩擦和磨损，并确保齿轮箱平稳运转。
常见的轴承类型包括滚动轴承和滑动轴承。
2.5 润滑系统润滑系统负责为齿轮箱提供足够的润滑油，并对齿轮和轴承进行冷却和保护。
良好的润滑系统能够降低齿轮箱的摩擦和磨损，延长使用寿命。
三、风电机组齿轮箱的工作原理风电机组齿轮箱采用齿轮传动的方式将风轮的旋转动能传递给发电机。
1.风轮旋转驱动主轴旋转；2.主轴通过第一级齿轮传动将低速大扭矩的运动转化为高速小扭矩的运动；3.高速轴通过第二级齿轮传动将高速小扭矩的运动转化为低速大扭矩的运动；4.最后，低速轴将此运动传递给发电机，发电机产生电能。
四、风电机组齿轮箱的维护与故障排除为保证风电机组齿轮箱的正常运行，需要进行定期的维护与故障排除。
4.1 维护•定期更换润滑油，并清洗润滑系统；•检查齿轮和轴承的磨损情况，及时更换或修复；•检查外壳密封性能，确保齿轮箱内部的油液不泄漏；•定期检查齿轮箱的整体结构，排查潜在故障。
4.2 故障排除•齿轮断裂：检查齿轮材料和制造工艺，确认是否需要更换更坚固的齿轮；•轴承失效：检查轴承润滑情况，并及时更换损坏的轴承；•润滑系统故障：检查润滑系统的油泵、油管和过滤器等，确保润滑油畅通无阻；•外壳磨损：定期检查外壳磨损情况，如有需要及时更换。
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风力发电齿轮箱分类
风力发电齿轮箱
传统类型ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
传动级数
转动布置
圆柱齿轮增速箱行星增速箱 组合齿轮箱 单级齿轮箱 多级齿轮箱 展开式
分流式
同轴式
混合式
风力发电齿轮箱结构
▪ 箱体结构 齿轮箱的重要结构，一般包括钢制轴承套座，透气罩，油标
指示器，注油器，放油孔等
齿轮和轴的结构 一般采用轮辐轮缘整体锻件的形式，由合金钢制造
风电齿轮箱
风电行业概述
▪ 全球的风能约2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地 球上可开发利用的水能总量还要大10倍
▪ 近十年来，年均增长率高达30%
▪ 中国陆地10m高度层的风能总储量为32.26亿KW，实际可开发的风能 资源储量为2.53亿KW，近海风场的可开发风能资源是陆上的3倍， 据此，我国可开发的风能资源约为10亿KW。
重庆齿轮箱有限责任公司
▪ 始建于1966年，隶属于中国传播重工集团公司 ▪ 1978年引进德国罗曼斯托尔福特公司的技术 ▪ 专业从事高精度、硬齿面舰船齿轮箱、联轴节、减振器、建材、水
电、火电、核电和风力发电齿轮箱、偏航变桨减速箱、高精汽车发 动机齿轮等产品研制 ▪ 主要客户为东方电气集团 ▪ 主要行业：国防、船舶、水泥、冶金、风电、水电、火电、核电、 航空航天、海洋工程、铁路机车、城市轻轨、水利、起重、运输、 石油、化工、汽车等 ▪ 可生产偏航减速器以及风力发电增速箱
风力齿轮箱的润滑
▪ 两种方式： 飞溅润滑; 强制润滑
▪ 由电动齿轮泵带动
▪ 功能：
减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合； 吸收冲击和振动； 防止疲劳点蚀； 冷却，防锈，抗腐蚀；
▪ 常用型号：MOBIL632,MOBIL630,L-CKC220,GB5903-95
▪ 更换时间：首次----500小时 以后----5000-10000小时
齿轮和轴的连接 分为平键连接，花键连接，过盈配合连接，胀紧套连接； 轴分为主动轴，从动轴和中间轴
轴承 滚动轴承为主，使用寿命≧13万小时
风力发电齿轮箱的使用与维护
▪ 主动轴和叶片轮毂的连接必须紧固 ▪ 输出轴与电机连接处使用弹性联轴器 ▪ 无卡滞现象，无冲击振动，无异常噪音 ▪ 加载试验分阶段进行：25%-50%-75%-100%
▪ 专家估计，中国的装机容量在2011年将达到17388兆瓦，年增长率 为46.4%
风电行业概述
▪ 中国整机生产厂商：
风电行业概述
▪ 直驱发电： 采用永磁体发电机，叶片直接驱动发电机发电
▪ 双馈发电： 通过多重齿轮箱，将每分钟转速不过20多转的叶片转速提
升到每分钟1200转进行发电
风电行业概述
中国高速传动（0658.HK）
▪ 由南京高精齿轮集团更名而来，前身南京机床修理厂，成立于1969 年。
▪ 主要客户有GE,宝钢，安徽海螺
▪ 主要行业：冶金、建材、风力发电、化工、矿山、 起重、能源、国 防等
▪ 可生产风力发电主传动设备及偏航变桨传动设备
风力发电齿轮箱分类
▪ 200千瓦、 ▪ 250千瓦、 ▪ 300千瓦、 ▪ 600千瓦、 ▪ 660千瓦、 ▪ 800千瓦、 ▪ 1400千瓦、 ▪ 1.5兆瓦、 ▪ 2兆瓦
风力发电齿轮箱常见故障
▪ 齿轮损伤 轮齿折断 齿面疲劳 胶合
▪ 轴承损伤
▪ 断轴
▪ 油温高
中国风电行业分布
▪ 地区分布图
中国风电行业分布
国外企业
偏航系统
▪ 国内尚未掌握技术，主要依赖进口
▪ 由偏航测量及偏航驱动部分，机械传动部分，扭缆保护装置三大部 分组成
▪ 变桨和偏航轴承可以由国内的洛轴、瓦轴和徐州罗特艾德公司提供， 但没有经过长期运行考验。
电控系统
▪ 国内最薄弱的环节 ，完全依赖于进口
▪ 国内主要厂家： 许继电器， 南京自动化研究中心， 合肥SUNLIGHT。
▪ 全球风电行业
风电行业概述
▪ 市场占有率
风力发电机结构
▪ 风力发电机组的主要零部件包括叶片，齿轮箱，电机，导航系统， 电控系统。
叶片
▪ 技术瓶颈已消除
▪ 最为昂贵的部件，占机组生产成本的20%~25%左右。
▪ 主要生产厂家： 惠腾， 中复连众， 上海FRP研究中心，
中国企业
LM， vestas, gamesa
齿轮箱
▪ 非常重要的机械部件
▪ 功能: 将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转
速 ▪ 又称增速箱
▪ 技术重点：减少外形尺寸，减轻重量
▪ 目前我国主要有3家公司制造风力发电齿轮箱：南京高齿，重庆齿轮有限公 司，杭州前进齿轮箱集团，而前两家公司占据了绝大部分市场分额，约70%
▪ 最新进入风力发电齿轮箱的企业还有大连重工和四川二重。