淺談大兆瓦半直驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)及應(yīng)用

楊明川?黃翀

摘 要：目前，中速半直驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)在大兆瓦級(jí)機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用，本文對(duì)中速半直驅(qū)技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，結(jié)合雙列圓錐滾子軸承技術(shù)，柔性銷(xiāo)軸技術(shù)，行星軸承技術(shù)以及精確的載荷處理技術(shù)等先進(jìn)的分析技術(shù)對(duì)中速半直驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行闡述。這些關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)是整機(jī)可靠性保證。

關(guān)鍵詞：中速半直驅(qū)；大兆瓦；關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)

一、引言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括雙饋機(jī)組（高速傳動(dòng)），半直驅(qū)機(jī)組（中速傳動(dòng)）以及直驅(qū)機(jī)組（低速傳動(dòng)）。從目前的風(fēng)電市場(chǎng)來(lái)看，在3MW以下的機(jī)組，主要由雙機(jī)組與直驅(qū)機(jī)組為主，3MW到8MW機(jī)型目前主要包含上述三種機(jī)型，對(duì)8MW以上的機(jī)組目前各大整機(jī)廠商仍在探索不同的技術(shù)路線，半直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā) 電具有低速直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)良好的性能，又具有高速雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)低成本的特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。本文針對(duì)大兆瓦半直驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行闡述。

二、中速半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

1.取消了傳統(tǒng)雙饋機(jī)組的高速級(jí)。相比于傳統(tǒng)的雙饋機(jī)組，半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)比較低，因此僅僅需要一級(jí)傳動(dòng)或兩級(jí)傳動(dòng)即可滿足速度要求。Romax監(jiān)控失效數(shù)據(jù)表明64%的齒輪箱失效與高速級(jí)的齒輪和軸承失效相關(guān)，因此減少一到兩個(gè)傳動(dòng)軸能夠很大程度上降低故障率，保證風(fēng)機(jī)的可靠運(yùn)行。

2.提高裝配對(duì)中性。相比于傳統(tǒng)的雙饋機(jī)組，半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)取消了齒輪箱彈性支承、發(fā)電機(jī)彈性支承。彈性支承會(huì)隨著機(jī)組的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生沉降，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與齒輪箱的不對(duì)中，產(chǎn)生附加載荷。

3.成本優(yōu)勢(shì)。在中速傳動(dòng)齒輪箱中融合目前最為先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，包括雙列圓錐滾子軸承技術(shù)、柔性銷(xiāo)軸技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用大幅縮短傳動(dòng)鏈的軸向尺寸、徑向尺寸，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)也大幅降低了重量。為機(jī)組的輕量化、緊湊型設(shè)計(jì)提供方向。

三、中速半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

1.雙列圓錐滾子軸承技術(shù)。雙列圓錐滾子軸承又稱(chēng)鸚鵡螺軸承，這是一款專(zhuān)門(mén)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的軸承，此款軸承可承受比較大的彎矩載荷，兩列滾子采用背對(duì)背安裝方式，其承載能力主要由軸承的徑向尺寸與接觸角決定。雙列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。

在大兆瓦級(jí)半直驅(qū)風(fēng)機(jī)中，軸承套圈的柔性化可將系統(tǒng)變形反映到軸承的處，進(jìn)而可以真實(shí)的反應(yīng)滾道內(nèi)的載荷分布，套圈的橢圓變形與扭曲變形改變了滾道內(nèi)的載荷分布，影響軸承的使用壽命。因此柔性套圈技術(shù)在風(fēng)機(jī)大軸承的設(shè)計(jì)中起到關(guān)鍵性的作用，為風(fēng)機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.柔性銷(xiāo)軸技術(shù)。柔性銷(xiāo)采用雙懸臂結(jié)構(gòu)，其主要功能有兩個(gè)方面，第一彌補(bǔ)行星架的扭轉(zhuǎn)變形、銷(xiāo)軸組件的定位精度、齒輪箱其他零部件的加工公差和軸承的間隙等都會(huì)引起行星輪之間載荷分配的不均勻。第二保證套筒的平行移動(dòng)，使得齒向載荷均勻分布。通過(guò)上述功能分別保證 與 ，進(jìn)而保證了輪齒的強(qiáng)度，同時(shí)使得齒輪箱的設(shè)計(jì)更為緊湊，功率密度得到提升。

3.行星軸承技術(shù)。為了減小箱體的徑向尺寸，滿滾子無(wú)外圈軸承和滑動(dòng)軸承在行星傳動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

（1）滿滾子無(wú)外圈軸承。齒輪箱一體式行星輪軸承齒輪設(shè)計(jì)方案以行星齒輪為軸承外圈的結(jié)構(gòu)，這種軸承的優(yōu)點(diǎn)在于在空間尺寸受限時(shí)保證了行星輪輪緣的厚度。同時(shí)滾動(dòng)體數(shù)量增加，直徑增大，軸承的承載能力增強(qiáng)。

（2）滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承技術(shù)目前還未在風(fēng)電齒輪箱中得到應(yīng)用。但隨著風(fēng)機(jī)的大型化，滑動(dòng)軸承的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也逐漸的顯現(xiàn)?；瑒?dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是承載能力高、抗振性好，工作平穩(wěn)可靠，噪聲小，壽命長(zhǎng)。在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，應(yīng)用滑動(dòng)軸承技術(shù)可以減少成本、節(jié)省空間、降低重量、改善機(jī)組的可靠性等。

4.精確的載荷處理技術(shù)。一切設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)在于載荷的來(lái)源，在大兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中通常采用多體動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)進(jìn)行更為精確的載荷處理，目前主流的多體動(dòng)力學(xué)軟件包括Bladed、Simpack、S4WT、Romax以及SMT。

四、結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，中速半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)有更為突出的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是未來(lái)大兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一種趨勢(shì)，如何抓住風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是保證中速半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)前提，同時(shí)也是保證整機(jī)可靠性的關(guān)鍵因素。

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