模块四 风电机组传动系统的制造及工艺

模块四风电机组传动系统的制造及工艺内容：任务一传动系统结构设计任务二传动轴的制造及工艺任务三齿轮箱的制造及工艺任务四传动系统的检查与验收学习目标：1、了解大型风电机组传动链的种类及构成2、掌握传动系统结构设计的内容和步骤3、掌握传动轴材料的选用及加工工艺过程4、掌握齿轮箱各零部件的结构、材料及加工工艺过程风力发电机组传动系统图任务一传动系统结构设计风力发电机组传动系统的一端连接着风轮，另一端连接着发电机同，承担着风轮转动起来的机械能传递给发电机的功能。因此，其质量的好坏直接影响整个风力发电机组的效率与性能。以MY1.5s/se风力发电机组传动系统为例：一.传动链布局形式二.传动零部件组成三.传动链布局形式开展趋势预测MY1.5s/se风力发电机组主要参数：风机额定电气功率:1500kW风轮额定机械功率:1663kW功率控制:变桨距额定速度:17.4r/min轮毂高度:80/75m65/70m100m传动链概念双轴承支撑的锻压主轴,三级增速齿轮箱,双馈式异步发电机风轮叶片三叶片，上风向型一.传动链布局形式两点支撑双排独立的滚珠轴承；只承受扭矩的独立齿轮箱；与机座相联接的独立的发电机；发电机座不传递转子负载；转子负载对齿轮箱只具有很小的冲击作用。其它的传动链布局形式〔VESTASV80-1.65MW〕三点式支撑单传动轴轴承，本钱低，传动链缩短。齿轮箱前轴承承受转矩和径向负载，故障率高。WINTECWT1650传动轴齿轮箱集成式优点：结构紧凑、重量轻。缺点：齿轮箱可靠性要求高，维护不变。1.机舱底盘2.变桨距驱动器3.风轮轴4.风轮叶片5.轮毂6.变桨距机构7.主轴承8.齿轮箱9.制动装置10.高速轴11.发电机12.测风系统13.液压系统14.电气控制系统二.传动链的主要部件

传动链主要由传动轴总成、齿轮箱、偏航总成、联轴器、发电机和机座组成。主传动链的布局形式风电机组的主传动链是指将风轮轴功率传递到发电机系统所需的机构。典型的主传动链包括了风轮主轴系统、增速传动机构〔齿轮箱〕、以及轴系的支撑与连接〔如轴承、联轴器〕和制动装置等。主传动链中的主轴〔也称低速轴〕连接风轮和齿轮箱的输入轴，高速轴连接齿轮箱输出端与发电机。1．传动链布局设计的要求传动链的布局形式对机组传动系统和机舱设计有决定性的影响，组成主传动链需要研究可靠的主轴支撑系统和轴系连接结构。对传动主轴及其支撑设计需要考虑的主要问题包括：如何使风轮载荷从风轮传递到塔架路径最短；结构尽可能更紧凑；尽可能使机械传动系统与承载轴承部件集成采用的结构，但部件集成可能与零件标准化和可维修性的要求矛盾，应综合考虑。主传动链的布局要求：2．主传动链中主要构件的支撑方式组成主传动链的主要构件包括主轴、变速传动装置和其他轴系部件，而这些构件的结构设计均与风轮主轴的支撑结构形式密切相关。因此，需要首先讨论主要构件的支撑方式问题。〔1〕由独立轴承支撑的主轴〔2〕三点支撑式主轴主传动链中主要构件的支撑方式〔3〕主轴集成到齿轮箱的传动布局〔4〕轴承集成在机舱底盘的结构〔5〕采用固定主轴支撑风轮的结构齿轮箱的根本传动形式与构成1.齿轮箱的主体构成〔1〕箱体〔2〕传动机构〔3〕支撑构件〔4〕润滑系统〔5〕其他附件定轴传动行星传动组合传动2.齿轮箱的传动形式采用三级行星传动的齿轮箱传动轴轴承球面滚子轴承球面滚子轴承能自动调心，可以承受较大的对中误差２、齿轮箱传动比i：100.48

额定功率P：1663kW

输入转速n:17.4rpm

传动方式：二级行星+一级平行其它类型齿轮箱传动方式：一级行星+两级平行多级行星差动轮系３、传动轴制动功能：停机和制动。类型：盘式刹车。4、高速轴联轴器将齿轮箱输出扭矩及转速传递给发电机输入端，并具有缓冲、减振、力矩限制功能。

4、发电机偏航系统主要用于调整风轮的对风方向。大型风电机组主要采用电动机驱动的偏航系统。该系统的风向感受信号来自装在机舱上面的风向标。通过控制系统实现风轮方向的调整。偏航系统结构示意图1主机架，2偏航驱动，3运输支架

５.偏航总成５.偏航总成偏航总成结构图偏航轴承制动器支撑及刹车盘材料：低温球墨铸铁EN-GJS-350-22U-LT常温球墨铸铁QT400-AL偏航制动器6.润滑与冷却1〕润滑油良好的润滑是保证齿轮箱可靠运行的必备条件，须重视齿轮箱润滑问题，配备可靠的润滑油和润滑系统。润滑油的品质是润滑决定性因素之一，对润滑油的根本要求是考虑其对齿轮和轴承的保护作用。2〕润滑系统对大型风力发电机齿轮箱而言，根据运行条件设计合理的润滑与冷却系统显得尤为重要。三.传动链布局形式开展趋势预测双馈〔目前主流〕电机体积巨大吊装运输SCD2.5/3MW混合驱动〔半直驱〕哪种技术路线将会成为主流？直驱齿轮箱故障电网支撑低电压穿越主轴一端连接风轮轮毂，另一端连接增速齿轮箱的输入轴，用滚动轴承支撑在主机架上。风轮主轴的支撑结构形式与增速齿轮箱的形式密切相关。按照支撑方式不同，主轴可以分为三种结构形式，适用于不同机组。风轮主轴支撑形式

任务二传动轴的制造及工艺传动轴与齿轮箱连接，叶轮用很大的力使传动轴转动，因此轴必须足够粗。传动轴是风力发电机组上连接轮毂与齿轮箱的重要部件。材料：42CrMo〔常温〕34CrNiMo6+QT〔寒带〕通常锻造后需在卧车、深孔钻床、落地镗床上完成加工。对锻后毛坯进行热处理，除了机加工外还要进行多种拉伸试验。1.锻件取样；(采用小直径套料钻)传动轴机加工工艺工艺路线:取料后，要对试件进行拉伸、冲击及零下四十度时的冲击实验等。专用重型车刀或普车。2.卧车粗车外圆、端面；通常来讲此序加工多用普通卧车，采用焊接刀来去黑皮见光。STS单管钻系统采用深孔钻加工大大节省了传统钻镗铰等的时间。3.深孔钻床上加工中间深孔；(单管钻)

以D=80孔为例，机床功率30KW，冷却液压力要求2Mpa，流量250l/min,

Vc=95mm/min，Fn=0.25mm/r，n=380r/min，Fv=95mm/min。如果孔直径较大可再加扩孔工序，单边扩孔最大15mm，即直径方向以30mm增加。对于大孔也可以考虑用单管套料的方式直接加工成。4.数控卧车上半精车、精车全部外圆、端面及螺纹4.1夹大端，从小端向大端，粗车、半精车、精车外圆、端面；推荐用双刀板式的重型卧车，并配有可自动换刀接纳器，可大大减少换刀、对刀时间，提高刀具使用性能。4.2夹小端，车大端端面、止口；4.3夹大端，精车全部，车螺纹；(传动轴支撑局部根据需要进行磨削、滚压)带主副刀板结构的重型卧车刀具的重复定位精度为±0.003mm，使机外对刀成为可能。4.数控卧车上半精车、精车全部外圆、端面及螺纹5.用数控落地镗〔或数控刨台镗〕加工大端各孔系，钻铰镗螺栓孔、销孔、吊装孔等。a)齿轮箱于风轮侧外观视图b)于发电机侧外观视图风电齿轮箱的设计条件比较苛刻，同时也是机组的主要故障源之一，其根本设计特点表现在：1.传动比大，传递功率大2.运行条件恶劣c)多级行星轮系风电机组齿轮箱任务三齿轮箱的制造及工艺后轴承座〔推力〕前轴承座〔浮动〕轴承座材料有两种1〕QT400-18AL2〕EN-GJS-350-22U-LT齿轮箱故障齿轮在运行过程中，齿面承受交变压应力、交变摩擦力以及冲击载荷的作用，将会产生各种类型的损伤，导致运行故障甚至失效。

齿轮典型故障齿轮箱的结构设计:1.初步确定总体结构参数：是风电机组齿轮箱重要的设计依据，根据设计目标和各种限制条件，应反复比较寻得优化设计方案。可按以下方法之一，初步确定齿轮箱的总体结构尺寸。1〕参照已有工作条件相同或类似的传动，用类比方法初步确定总体结构参数。2〕根据齿轮箱在机舱上的安装和布置要求〔如中心距、高度及外廓尺寸等〕，初步确定主要尺寸。3〕采用专门的应用分析计算程序初步确定主要尺寸。2.箱体的结构设计箱体是齿轮箱根底部件，承受风轮和齿轮传动过程产生的各种载荷，应有足够强度和刚度，以保证传动的质量。箱体的设计一般应依据主传动链的布局需要，并考虑加工、装配和安装条件，同时要便于检修和维护。批量生产的箱体一般采用铸造成型，常用材料有球墨铸铁或其他高强度铸铁。用铝合金或其他轻合金制造的箱体，可使其重量较铸铁降低20%-30%。但当轻合金铸件材料的强度性能指标较低时，需要增加铸造箱体的结构尺寸，可能使其降低重量的效果并不显著。任务四传动系统的检查与验收一、传动轴的检查与验收1、外观检查2、尺寸检查3、形位公差的检测4、外表粗糙度的检验二、齿轮箱的检验与试验1、齿轮箱的检验2、齿轮箱的出厂检验3、齿轮箱的试验三、传动系统的检验4〕轴系—连接与制动

为实现机组传动链部件间的扭矩传递，齿轮箱高速轴与发电机轴采用柔性联轴器，以弥补机组运行过程轴系的安装误差。机械刹车机构一般采用盘式结构，制动盘安装在齿轮箱输出轴与发电机轴的弹性联轴器前端。制动刹车时，液压制动器抱紧制动盘，通过摩擦力实现刹车动作。某机组的联轴器4〕轴系—传动轴传动轴一端连接风轮轮毂，另一端连接增速齿轮箱的输入轴，用滚动轴承支撑在主机架上。风轮传动轴的支撑结构形式与增速齿轮箱的形式密切相关。按照支撑方式不同，传动轴可以分为三种结构形式，适用于不同机组。风轮传动轴支撑形式

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