风电传动链认识报告.ppt

指导老师 汇报人 风电传动链前期汇报 风电传动链 风电机组传动布置方案 偏航系统 变桨系统 传动链的分类 01 典型风电机组 变桨距型风力发电机 优点 提高了风能转换效率 不会发生过发电现象 叶片相对简单 重量轻 利于造大型风电机组 缺点 调桨机构和控制系统复杂 因机构复杂出现故障的可能性增加 变桨变速风力发电机 优点 发电效率高 超出定桨距发电机组10 以上缺点 机械 电气 控制部分比较复杂 直驱型风力发电机 优点 省去齿轮箱 传动效率得到了进一步提高 造价降低 免除齿轮箱的故障问题 缺点 发电机转速慢 级数增多 制造困难 电控系统复杂 运行维护难度大 半直驱型风力发电机 与双馈机型比 半直驱的齿轮箱的传动比低 与直驱机型比 半直驱的发电机转速高 1500KW风力发电机组机舱内部简图 风电机组主轴与主轴承的介绍 主轴是把来自风轮轮毂的旋转机械能传递给齿轮箱或直接传递给发电机 此外主轴的另一个目的是把载荷传到机舱的固定系统上 除了承受来自风轮的启动载荷 主轴还要承受重力载荷以及轴承和齿轮箱的反作用力 主轴 在设计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 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 齿轮箱 01 齿轮箱 叶轮 发电机 低转速 需要高转速 将低转速的动能转化为高转速的动能 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 齿轮箱 01 典型的风电机组齿轮箱传动形式 齿轮箱 二级行星一级平行 齿轮副 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 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 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 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 传动比的合理分配 齿轮箱 二级行星一级平行 一级行星架 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 齿轮箱 二级行星一级平行 二级行星架 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 齿轮箱 二级行星一级平行 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 齿轮箱的主要失效形式 齿面点蚀 很小的面接触导致细微的疲劳裂纹 微粒剥落而形成的麻点 避免措施 提高齿面硬度 齿面胶合 润滑缺失导致齿面直接接触并相互黏连 避免措施 降低表面粗糙度 采用粘度大和抗胶合性能好的润滑油 齿面磨损 接触表面间有较大的相对滑动 产生滑动摩擦避免措施 提高齿面硬度 降低表面摩擦度 改善润滑条件 加大模数 轮齿折断 短时意外的严重过载 超过弯曲疲劳极限 避免措施 选择适当的模数和齿宽 合适的材料及热处理方法 齿轮箱 失效 联轴器 01 装配位置 联轴器 01 联轴器 齿轮箱输出轴与发电机的连接处 作用 作为一个柔性轴 它补偿齿轮箱输出轴和发电机转子的平行性偏差和角度误差 为了减少传动的振动 联轴器需要有振动和阻尼 联轴器的分类 刚性联轴器 结构简单 成本低廉 但对被连接的两轴间的相对位移缺乏补偿能力 故要求被连接的两轴具有很高对中性 胀套式联轴器 万向联轴器 弹性联轴器 膜片式联轴器 连杆式联轴器 主轴与齿轮箱输入轴连接处 主要由Z10型胀套联轴器 液压胀套联轴器 是一类容许两轴间具有较大角位移的联轴器 适用于有大角位移的两轴之间的连接 在运转过程中可以随时改变两轴间的轴间角 对被连接两轴的轴向 径向和角向偏移具有一定的补偿能力 能够有效减少振动和噪声 补偿元件是具有弹性的金属片 利用金属膜片的可变形能在轴向 径向和角向3个方向补偿两连接轴间的偏差 利用连杆的铰接和橡胶及关节形非金属复合材料的可变形性补偿轴向 径向和角向偏差 联轴器 01 联轴器所联两轴的相对偏移种类 相对偏移种类 为保证联轴器的使用寿命 必须每6个月进行一次同轴度检测 轴的平行度误差 0 2mm 轴承 01 风力发电机组中的轴承滚动轴承被视为机器的关节 是风力发电机组的重要配套部件 在一台风力发电机组的偏航系统 变桨系统 主轴 变速箱以及发电机的支撑部位都有不同结构的轴承在运转 轴承 轴承在工作时承受径向载荷 轴向载荷和倾覆力矩的联合作用 能够在苛刻且连续变化的条件下工作 主轴轴承载荷条件复杂 工况条件恶劣 要求轴承有较小的启动摩擦力矩 轴承 01 主轴轴承 双馈电机型机组主轴起着支撑轮毂和叶片以及将风叶扭矩传递到增速齿轮箱的作用 要求主轴轴承的承载能力大 抗振性能好 调心性能好 运转平稳可靠 使用寿命长等 双排调心球面滚子轴承 刚性好 能力强 调心作用显著 注重低转速 重载荷条件下保持架 滚道的结构形式 并确保润滑和密封 轴承 以采用一级行星轮传动和两级平行轴斜齿轮传动的三级变速传动的齿轮箱为例 输入端行星架支承轴承转速较低 但载荷较大 输出端支承轴承载荷较小 但转速较高 齿轮箱轴承多采用圆柱滚子轴承 调心滚子轴承或深沟球轴承 轴承 轴承失效 风电机组传动布置方案 两点式 布置 三点式 布置 内置式 布置 一点式 布置 兆瓦级三叶片水平轴式风电机组主传动轴的支撑方式 1 两点式 支撑 主轴由两个轴承支撑 其中一个轴向固定 另一个轴向浮动 主轴仅将扭矩传至齿轮箱 1 5MW两点式支撑机组 2 三点式 支撑 传统机型省去一个主轴轴承 形成三点支撑 并不影响动力传递 3 一点式 支撑 省去大轴 用单个轴承支撑风轮 传动箱体与主支架一体化设计 结构更为紧凑 轴承的设计和制造难度很大 在大兆瓦机组上较常见到应用 齿轮箱箱体与机舱支架做成一体 整个传动装置更为紧凑 但传动链的前轴承 齿轮箱和箱架合一的机架结构设计难度加大 并且对零部件的强度和性能都得提高要求 一点式 支撑应用实例 5兆瓦半直驱风电机组 一点式 支撑半直驱机组集成了现代直驱和齿轮箱的优点可靠性高重量轻效率高可维护性好 4 内置式 支撑 主轴 主轴承与齿轮箱集成在一起 主轴内置于齿轮箱内 主轴与第一级行星轮采用花键或过盈连接 风轮载荷通过箱体传到主机架上 结构紧凑 风轮与主轴装配方便 主轴承内置在齿轮箱中 采用的是集中强制润滑 润滑效果好 现场安装和维护工作量小 偏航系统 01 30 偏航驱动装置 侧面轴承 偏航大齿圈 滑垫保持装置 机组偏航 靠什么装置驱动 主要问题一 需要偏航 由谁决定 主要问题二 偏航多少角度 由谁检测 主要问题三 偏航系统 当外界环境风向变化时 机舱顶部的风向标会把风向的变化情况传递给主控柜 主控柜经过分析 向偏航电机发出动作指令 偏航电机的扭矩经偏航驱动传递给偏航轴承 通过偏航轴承内外圈的相对转动最终实现机舱和叶轮的转动 达到自动对风的作用 这就是偏航系统的功能 此外 当机舱至塔底引出电缆到达设定的扭缆角度后偏航系统会自动解缆 这也是偏航系统的一个重要功能 组成部分 偏航轴承 偏航驱动装置 偏航制动装置和阻尼器 解缆和纽缆保护 偏航传感器 偏航系统 滑动轴承 滚动轴承 回转轴承 电动机传动或液压马达传动 减速器 多级行星减速器或蜗轮蜗杆与行星串联的减速器 一般为四级行星圆柱齿轮传动 偏航制动装置 主要用于风电机组不偏航时 避免机舱因偏航干扰力矩而做偏航振荡运动 防止损伤偏航驱动位置 偏航阻尼器 用于保证偏航运动平稳 避免湍流及风轮叶片受力不平衡所产生的偏航力矩而引起的机舱左右摆动 用于采集和记录偏航位移 机械式传感器 传感器有一套齿轮减速系统 当位移达到设定位置时 传感器即接通触点 或行程开关 启动解缆程序解缆 电子传感器 由控制器检测两个在偏航齿环 或与其啮合的齿轮 近旁的接近开关发出的脉冲 识别并累积机舱的每个方向上转过的净齿数 位置 当达到设定值时 控制器即启动解缆程序解缆 解缆 当位移达到设定位置时 向偏航系统发出解缆程序解缆 纽缆 在偏航系统的偏航动作失效后 电缆的纽缆会达到威胁机组安全运行的程度 一旦这个装置被触发 则风力发电机组必须紧急停机 偏航系统 偏航齿轮箱传动 偏航减速器为一个行星转动的齿轮箱 将偏航电机发出的高转速低扭矩动能转化成低转速高扭矩动能 偏航系统 作用 布置时考虑的因素 1 2 3 偏航轴承的位置 应与机舱对称面对称 偏航驱动器 阻尼器和偏航制动装置应沿圆周方向等距离布置 使其作用力均匀分布 尽可能采用内齿圈偏航驱动 即轮齿布置在塔架以内 4 偏航装置的滑板安装时 必须使水平接触面和侧面分别可靠贴合 以确保机组安全 1 2 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 以便最大限度的吸收风能 提高风力发电机组的发电效率 提供必要的锁紧力矩 以保障风力发电机组在完成对风动作后能够安全定位运行 偏航系统的常见故障 齿圈齿面磨损 1 齿轮副的长期啮合运转 2 间隙中有杂质 3 润滑油 脂 的严重缺失 液压管路的渗漏 偏航压力不稳 异常噪声 偏航定位不准确 偏航计数器故障 1 管路接头松动2 密封件损坏 1 液压管路出现渗漏2 液压系统的保压蓄能装置出现故障3 液压系统元器件的损坏 1 润滑油 脂 的严重缺失 2 偏航阻尼力矩过大 3 齿轮副轮齿损坏4 偏航驱动装置中油位过低 1 风向标不明确2 阻尼力矩过大或过小3 偏航制动力矩达不到机组的设计值4 齿圈与齿轮之间的间隙过大 1 连接螺栓松动2 异物入侵3 连接电缆损坏4 磨损 变桨系统 变桨系统在轮毂中的位置 变桨系统 靠什么装置驱动 主要问题一 需要变桨 由谁决定 主要问题二 变桨多少角度 由谁检测 主要问题三 变桨系统原理 变桨控制系统是通过改变叶片迎角 实现功率变化来进行调节的 通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角 由此控制叶片的升力 以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的 在90度迎角时是叶片的工作位置 在风力发电机组正常运行时 叶片向小迎角方向变化而达到限制功率 一般变桨角度范围为0 86度 采用变桨矩调节 风机的启动性好 刹车机构简单 叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降 额定点以前的功率输出饱满 额定点以后的输出功率平滑 风轮叶根承受的动 静载荷小 变桨系统作为基本制动系统 可以在额定功率范围内对风机速度进行控制 变桨系统 主要任务 通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度 当安全链被打开时 使用转子作为空气动力制动装置把叶片转回到羽状位置 安全运行 调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力 通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化 变桨系统 液压变桨系统 电动变桨系统 主要由动力源液压泵 液压管路 旋转接头 控制阀块 蓄能器与执行机构伺服油缸等组成 系统组成 驱动器 电机 减速器 限位开关 优点 单位体积小 重量轻 扭矩大无需变速机构 在失电时将蓄压器作为备用动力源对桨叶进行顺桨作业 增容便捷 缺点 漏油 对环境要求较高 温度 优点 组合灵活 技术成熟 环境适应能力强 防沙尘 腐蚀 缺点 容量增加时电机体积变大 VS 变桨系统 变桨轴承 安装位置 变桨轴承安装在轮毂上 通过外圈螺栓把紧 其内齿圈与变桨驱动装置啮合运动 并与叶片联接 工作原理 当风向发生变化时 通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片对风向地迎角 使叶片保持最佳的迎风状态 由此控制叶片的升力 以达到控制作用在叶片上的扭矩和功率的目的 变桨系统 雷电保护装置 安装位置 工作原理 在变桨装置中的具体位置 在大齿圈下方偏左一个螺栓孔的位置装第一个保护爪 然后120等分安装另外两个雷电保护爪 雷电保护装置可以有效的将作用在轮毂和叶片上的电流通过集电爪导到地面 避免雷击使风机线路损坏 炭纤维刷是为了补偿静电的不平衡 雷击通过风机的金属部分传导 在旋转和非旋转部分的过渡处采用火花放电器 这个系统有额外的电刷来保护轴承和提供静电平衡的方法 变桨系统 顺桨接近撞块和变桨限位撞块 安装位置 工作原理 变桨限位撞块安装在变桨轴承内圈内侧 与缓冲块配合使用 顺桨接近撞块安装在变桨限位撞块上 与顺桨感光装置配合使用 当叶片变桨趋于最大角度的时候 变桨限位撞块会运行到缓冲块上起到变桨缓冲作用 以保护变桨系统 保证系统正常运行 当叶片变桨趋于顺桨位置时 顺