风电齿轮箱结构类型与工作原理及其质量控制和故障分析.pptx

风电齿轮箱结构类型与工作原理及其质量控制和故障分析,概述,双馈风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、控制系统、发电机、塔架等组成。其中增速齿轮箱作为其传动系统起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的发电转速，以供发电机能正常发电。因此增速齿轮箱设计及制造相当关键。同时风力发电机组增速齿轮箱由于其使用条件的限制，要求体积小，重量轻，性能优良，运行可靠，故障率低。,一、风力发电双馈机组轴系布置形式二、风电齿轮箱的传动结构类型与工作原理三、风电齿轮箱齿轮、轴承润滑机理四、风电齿轮箱制造流程介绍五、风电齿轮箱的质量控制六、风电齿轮箱的损坏类型及其原因和处理方法,目录,一、风力发电双馈机组轴系布置形式,目前双馈风力发电机组的机械轴系布置形式有四种：1、三点支撑形式。2、两点支撑形式。3、一点支撑形式。4、主轴和箱体集成式。,(一）、“三点支撑”布置：1、主轴省去后轴承支撑，简化了机构，但使齿轮箱的载荷复杂化；2、箱体下垂现象比“两点式”严重，必须增强扭力臂；3、高速端采用的高弹联轴节要减少对高速轴轴承的脉动应力。,（二）、“两点支撑”布置形式：这种方式虽然保守，但却有多年的运行经验，比较可靠。1、为承受风轮载荷，主轴尽量加强，让齿轮箱仅传递扭矩和升速。2、“静不定”问题的处理：主轴与齿轮箱柔性联接（应用高弹、液力联轴器）。3、因重量引起轴线下垂，增加了高速轴损坏的几率，需改善扭力臂的支撑结构。4、建议采用整体式底盘，避免分体支架造成轴线的偏移。,（三）、“一点支撑”布置形式：1、关键技术双排滚锥轴承的研制；2、风轮所有变异载荷和激振全部由齿轮箱机承受，有较大的风险；3、难以布置柔性联接结构。,（四）、“主轴和箱体集成式”：1、悬臂行星架；2、内齿圈单面联接（弹性补偿）。,二、风电齿轮箱的传动结构类型与工作原理,目前风电齿轮箱的结构形式有：一级行星+两级平行轴二级行星+一级平行轴差动两级行星+一级平行轴差动三级行星+一级平行轴两级行星传动其它传动结构,（一）、一级行星+两级平行轴,三维图剖视图,二维图剖视图,带主轴的一级行星+两级平行轴二维图剖视图,（二）、两级行星+一级平行轴,三维图剖视图,三维图剖视图,带主轴的两级行星+一级平行轴二维图剖视图,（三）、差动两级行星+一级平行轴,带主轴的差动两级级行星+一级平行轴二维图剖视图,（四）、差动三级行星+一级平行轴,（五）、两级行星传动（紧凑型）,（六）、其它结构形式,齿轮箱工作原理（以600KW齿轮箱为例）,齿轮箱的结构原理图见上图。结构上采用行星平行轴混合传动的紧凑结构；低速级转速低，扭矩大，采用行星传动。第二级、第三级扭矩小得多，采用斜齿传动。其具体原理为：首先，通过风带动叶片转动，叶片通过轮毂把转速传到输入轴（1）上。通过输入轴（1）上的花键把力矩传到行星架（2）上，行星架通过内齿圈（3）行星轮（4）和太阳轮（5）组成的行星传动传到太阳轮（5）上，太阳轮（5）通过另一端的花键把力矩传到大齿轮（6）上，大齿轮（6）通过齿轮传动把力矩传到齿轮轴（7）上，齿轮轴（7）通过轴上的大齿轮把力矩传到输出轴（8）上。输出轴（8）通过输出轴轴伸端把力矩和转速传到发电机上，供发电机发电。,1、箱体：齿轮箱箱体由球墨铸铁制成。它具有抗扭曲功能，并通过模塑成形而具有良好的噪声情况和温度变化特性。同时具有抗低温的性能。箱体上已准备有足够多的运输吊环、观察和装配盖板。另外还有检查油位的油位计，用于换油的放油塞和箱体通风的放气塞。2、齿零件：齿轮箱带齿零件除内齿圈外其余都经过渗碳处理。所有齿轮都要经过磨削。通过高精度齿轮降低了齿轮箱的噪声级并确保齿轮箱的运行安全。行星齿轮箱的内齿圈均由调质钢制成。齿轮通过过盈配合与轴连接。这种连接方式可以以更安全的方式传递扭矩。3、轴承：所有轴均通过滚动轴承支承。滚动轴承的润滑是通过压力润滑进行润滑的。高速端轴承始终受传感器监控。4、轴封：齿轮箱采用全迷宫密封方式。确保润滑油不会从迷宫式密封装置中溢出。迷宫式密封装置后端附装了V型密封圈，避免杂质和水进入。,三、齿轮、轴承润滑机理,齿轮和轴承在转动过程中它们实际都是非直接接触，这中间是靠润滑油建成油膜，使其形成非接触式的滚动和滑动，这时油起到了润滑的作用。虽然它们是非接触的滚动和滑动，但由于加工精度等原因是其转动都有相对的滚动摩擦和滑动摩擦，这都会产生一定的热量。如果这些热量在它们转动的过程中没有消除，势必会越集越多，最后导致高温烧毁齿轮和轴承。因此齿轮和轴承在转动过程中必须用润滑油来进行冷却。所以润滑油一方面起润滑作用，另一方面起冷却作用。,对于风电齿轮箱，对于所有的齿轮和轴承我们都要采用强制润滑。原因有：1、强制润滑可以进行监控，而飞溅润滑是监控不了的。从安全性考虑采用强制润滑。2、现在风电齿轮箱功率越来越大，其功率损耗也越来越大，因此飞溅润滑已经满足不了冷却的作用。这是需要进行强制润滑。下为润滑实例：（以1500KW齿轮箱为例）,四、风电齿轮箱制造流程介绍,1.根据产品图纸编制各零部件的机加工工艺；编制铸锻件毛坯订货图，齿轮和轴类零件粗车图，所有零件的机加工工艺；2.根据毛坯订货图采购铸锻件产品毛坯；3.根据产品工艺和图纸加工和检验各零部件4.根据产品的装配工艺装配齿轮箱5.按规范和技术协议要求进行型式试验6.样机在型式试验后的拆检检验7.检验合格后装配，做出厂试验8.扫尾、喷漆、发货。,产品制造流程图,根据设计图纸编写机加工工艺,采购铸锻件毛坯和小件材料,加工产品零件，合格后入库,按装配工艺装配,编写产品的装配工艺,产品型式试验,编写产品的试验大纲,试验后拆检,扫尾、喷漆、发货,装配后出厂试验,1.工艺编制阶段根据技术部门设计的产品图纸，编制铸锻件零件的毛坯订货图，毛坯粗车图，各零部件的机加工工艺。主要零件的工序流程如下：a.齿轮件,毛坯锻造,正火,粗车,毛坯探伤,热处理,半精车,滚齿,渗碳淬火,喷丸,精车,磨齿,磁探,磨削烧伤检查,b.箱体,铸造,去应力,划线,粗镗,去应力,精镗,钻孔,攻丝,终检,铸造,去应力,划线,粗车,粗镗,去应力,钻孔,攻丝,终检,c.行星架,精镗,终检,工艺中提出了零件每个工序的加工或者热处理要求，指导零件按工序流程进行操作，保证零件的工艺性能要求，达到图纸的设计标准。2.零件的机加工阶段采购部根据毛坯订货图采购零件毛坯，并按相关的标准进行验收。行星架和箱体等铸件按球铁件标准验收，锻钢件按锻钢件标准验收，各铸锻件粗加工后探伤检查，合格后进入机加工阶段。按零件的机加工工艺执行，按工艺流程进行周转和加工，同时对每个工序进行检验，检验合格后进入下一道工序，零件加工完后进行终检，检验合格进行油封保养后即可入库。,3.产品的装配阶段产品图纸下发后，根据图纸的设计要求，编制产品的装配工艺，装配方案确认后，组织公司相关专家进行装配方案评审，分析装配工艺的优劣，确认最优的装配方案，评审后细化装配工艺，再次审核后执行。按流水线的装配模式分部套进行装配，然后再总装的方式，装配流程如下：,零部件清洗,第一级行星架部套,后箱体部套,装入一级行星,总装,二级行星与后箱总装,第二级行星架部套,后箱体齿轮轴部套,终检,前箱、法兰部套,五、风电齿轮箱的质量控制,（一）、设计过程质量控制产品质量问题80来源于设计质量问题,1、强度计算和校核：(1)齿轮强度计算和校核：按GB3480、DIN3990、ISO6336要求进行计算，校核齿轮的安全系数。(2)、轴承的寿命计算：按ISO281要求进行计算，核算轴承设计寿命。(3)、箱体和行星架的强度校核：采用有限元分析计算箱体和行星架的强度。(4)、其它强度计算和校核：如螺栓、花键、过盈计算等.,（一）、设计过程质量控制,箱体应力云图,箱体综合位移图,1、强度计算和校核：,（一）、设计过程质量控制,行星架应力云图,行星架综合位移图,1、强度计算和校核：,（一）、设计过程质量控制,一阶振型,二阶振型,1、强度计算和校核：,增速齿轮箱箱体的模态分析,1、强度计算和校核：,增速齿轮箱系统耦合模态分析,耦合系统一阶振型,（一）、设计过程质量控制,2、结构设计的质量控制：(1)、审核外形是否满足用户要求；(2)、审核齿轮箱零部件的加工工艺性：(3)、审核齿轮箱的装配工艺性：(4)、审核齿轮箱的密封结构是否合理。,（一）、设计过程质量控制,3、润滑冷却系统设计的质量控制：(1)、评审润滑系统原理是否全面合理；(2)、核算齿轮箱的润滑油量；(3)、核算齿轮箱的冷却能力。,（一）、设计过程质量控制,（二）、制造过程的质量控制,1、原材料的质量控制：(1)、锻钢件原材料的质量控制；重点控制化学成分、非金属夹杂物级别、锻造比、晶粒度以及N、H、O含量等。(2)、球磨铸件原材料的质量控制；重点控制球墨铸铁的机械性能（含抗拉强度、屈服强度、延伸率）、低温冲击以及石墨大小、球化率等。(3)、其他零件原材料的质量控制：按照图纸技术要求进行控制。,2、热处理的质量控制：(1)、渗碳件的质量控制；控制渗碳层深度、表面硬度、芯部硬度、残余奥氏体级别、碳化物级别和晶粒度等。(2)、调质件的质量控制；控制本体样的机械性能、冲击功以及硬度的复验。(3)、氮化件或表面淬火件的质量控制：重点控制硬化层深和表面硬度。,（二）、制造过程的质量控制,3、无损检测：(1)、渗碳件；粗加工完后超声波探伤，精加工完后磁粉探伤或磨削烧伤检测。(2)、调质件；超声波探伤。(3)、行星架和箱体：超声波探伤。,（二）、制造过程的质量控制,4、最终机加工的质量控制：重点控制重要零部件的尺寸公差和形位公差，如齿轮、轴、箱体和行星架等；同时还要在三坐标进行复查。最后形成零部件的终检报告。5、装配的质量控制：严格按照装配工艺和图纸的要求进行装配，重点控制齿轮着色、齿测间隙、清洁度等。6、试验的质量控制：严格按照试验大纲的要求进行试验，重点检测齿轮箱的油温、油压、噪声、振动、效率以及清洁度等等。,（二）、制造过程的质量控制,7、喷漆的质量控制：严格按照喷漆工艺要求进行喷涂，重点检测油漆厚度和附着力等。8、出厂检验：检查装箱清单的文件资料是否齐全，包装是否牢固，外形接口尺寸是否合格和完整，包装箱外的唛头是否正确等等。,（二）、制造过程的质量控制,（三）、使用过程的质量控制,积极开展技术服务：包括编写产品使用保养说明书，帮助用户培训操作维修人员，指导用户安装和调试，建立维修服务网点，提供用户所需备品配件等；现场售后服务要：及时高效（尽快恢复机组运行）。同时进行使用效果与使用要求的调查；及时整改。提高售后服务，变“三包”（包修、包换、包退）为“三保”（保证向用户提供优质产品、充足的配件以及良好的服务）。,安装运行时特别注意：1、严格按产品使用维护说明书