09﹑风力发电技术-第八讲-华锐齿轮箱

风力发电技术讲座八

SL1500风力发电机组增速齿轮箱天津瑞能电气有限公司高级技术顾问沈阳工程学院科技园利德风能仿真验证中心刘光Q:139827927风力发电技术讲座八

SL1500风力发电机组增速齿轮箱天津瑞能电气有限公司高级技术顾问沈阳工程学院科技园利德风能仿真验证中心刘光Q:139827927第八讲

SL1500风力发电机组增速齿轮箱增速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一.增速齿轮箱的概况前端通过法兰与轮毂相连后端通过联轴器与发电机相连1).安装于主机架内2).位于机舱中部偏叶轮部分3).增速齿轮箱的重量约占机舱重量的1/2

型号SL1500/60SL1500/70SL1500/77SL1500/82主要结构二级行星，一级平行轴传动比≈90≈90≈104≈104额定驱动功率（kW）1700额定转矩（在额定速度时）（kNm）810810933933主轴旋转方向（迎向叶轮）顺时针空转（rpm）0～3润滑方式：飞溅润滑+压力润滑1.1基本参数

主轴内置于齿轮箱的内部。不需要现场主轴对中;主轴轴承采用稀油润滑,效果更好；大大减小了机舱的体积。

采用两极行星、一级平行轴机构传动。提高了速比，降低了齿轮箱的体积。

采用先进的润滑与冷却系统，使每个润滑点都可以得到充分的润滑，确保了齿轮箱的使用寿命。1.2结构特点1.3增速齿轮箱的作用及工作过程1.3.1增速齿轮箱的作用：将叶轮的动能和扭矩传递给发电机，并使其得到相应的转速。1.3.2增速齿轮箱的工作过程：

风作用到叶片上，驱使叶轮旋转。旋转的叶轮带动增速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。1.4风电机组中齿轮箱的工作概况

环境条件恶劣：

风大、砂尘、盐雾、潮湿、高温、严寒

工作条件复杂：

风速风向多变、强阵风、高空无人值守

要求高可靠性、高效率、高安全性

要求工作寿命长：

二十年（175200小时）

输入输出速比大

加工制造要求高二.齿轮箱的结构原理双臂整体式行星架单臂式行星架涨紧套箱体主轴一级行星二级行星平行轴传动轴承空心轴减振减噪装置叶轮锁法兰盘油位2.1箱体部分箱体：

整个箱体分为4个部分。

满足轴承、轴、外部附件的安装并提供行星轮传动的外齿圈。

通常采用球墨铸铁铸造而成。2.1.1风电机组中增速齿轮箱的载荷增速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叶轮、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。阻尼：在机械物理学中，指系统的能量的减小。摩擦阻尼：摩擦阻力生热使系统的机械能减小。辐射阻尼：周围质点的震动，能量逐渐向四周辐射。刚度：受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。2.2主轴主轴：用来支撑旋转零件，既承受转矩又承受弯矩。叶轮通过轮毂法兰盘与主轴相连，叶轮将风能转变为大扭矩、低转速的动能，主轴是这一动能的承载体。在设计的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。通过对主轴的强度、刚度计算以及使用寿命的要求得到相应的轴的尺寸。

2.3轴承轴承：轴承是用来支承轴及轴上零件、保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。风力机有一轴间角，轴承在承受重力的同时还受到径向力的作用。所以选择合适的轴承至关重要。2.4齿轮副齿轮副：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。SL1500风力机各级传动比在3--5之间。2.4.1齿轮箱齿面点蚀

轮齿受力后，齿面接触处将产生循环变化的接触应力，在接触应力反复作用下，轮齿表层或次表层出现不规则的细线状疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果，使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀，简称为点蚀。

它可分为早期点蚀和破坏性点蚀。提高齿面硬度和润滑油的粘度，采用正角度变位传动等，可减缓或防止点蚀产生。2.4.2齿轮箱齿面胶合

互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着磨损现象称为胶合。胶合有冷胶合和热胶合之分。

减小模数、降低齿高、采用角度变位齿轮以减小滑动系数，提高齿面硬度，采用抗胶合能力强的润滑油(极压油)等，均可减缓或防止齿面胶合。

在齿顶或齿根部位的轻微胶合会自行脱落消除。2.4.3齿轮箱齿面磨损

当齿面间落入砂粒、铁屑、非金属物等磨料性物质时，会发生磨料磨损。齿面磨损后，齿廓形状破坏，引起冲击、振动和噪声，且由于齿厚减薄而可能发生轮齿折断。磨料磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。改善密封和润滑条件、在油中加入减摩添加剂、保持油的清洁、提高齿面硬度等，均能提高抗磨料磨损能力。2.5空心轴空心轴结构：与轮毂内滑环相连接法兰盘前端加轴承和齿轮箱后方固定的方式，使得各级传动轴在转动的过程中空心轴保持不转动。空心轴：承载动力电缆和控制电缆。给轮毂中的电机和控制柜提供电源和控制信号用以实现对变距系统的控制。2.6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，而且当风力机运转时，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。2.7减噪减振装置及齿轮箱的组装三.齿轮箱上的附件泵单元分配器冷却器单元油-空气冷却器（油冷风扇）管路加热器温度控制器Pt100（温度传感器）叶轮锁1).润滑冷却系统2).加热系统3).其它雷电保护装置液位传感器油位指示器空气过滤器排油阀集油盒视孔盖检查孔电机油泵过滤网（粗滤、精滤）3.1润滑与冷却系统简介电机油泵过滤网（粗滤、精滤）泵单元冷却器单元分配器以及管路3.1.1润滑与冷却系统的作用

齿轮箱的润滑十分重要，良好的润滑能够对齿轮和轴承起到足够的保护作用。此外还具有如下的性能：1）减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合。2）吸收冲击和振动。3）防止疲劳点蚀。4）冷却、防锈、抗腐蚀。

系统采用ShellHD320合成润滑油，它在极低温度状况下具有较好的流动性；在高温时的化学稳定性好并可抑制黏度降低。3.1.2润滑与冷却系统的组成溢流阀过滤网压差继电器调速阀压力继电器3.1.3各部件的功能作用压差继电器：是一种受两个压力之差作为信号控制的电器开关，泵单元中采用24VDC/2bar压差继电器，当粗滤网前端和精滤网后端的压差超过2bar时，压差继电器闭合使执行元件动作，从而使得绿线管路导通，起到安全保护的作用，同时发送故障信号。压力继电器：是利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。当系统压力达到压力继电器的调定值时，发出电信号给系统。溢流阀：一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用和安全保护作用。泵单元中3bar/10bar/0.2bar溢流阀，分别是在压力大于3bar和10bar的时候打开。0.2bar溢流阀防止回流。调速阀：调速阀是进行了压力补偿的节流阀。泵单元中的调速阀采用机械结构，热胀冷缩的原理。油温↑，油路流量↓

油温↓，油路流量↑。主轴大轴承↗一级行星架轴承→二级行星架轴承↘高速端轴承↘↙↖高速端轴承3.1.3齿轮箱油路分配3.1.4润滑与冷却系统的工作过程

齿轮油温度范围-15ºC至45ºC之间。当齿轮油的温度：低于-15ºC时：风力机启动前开启加热系统直至齿轮油的温度达到-15ºC在-15ºC至45ºC之间时：通过系统PLC控制，采用低速泵，保证40L/min的油流量。此时齿轮油不经过冷却器单元。高于45ºC时：通过系统PLC控制，启动高速泵，保证80L/min的油流量。此时齿轮油经过冷却器单元。3.1.4润滑与冷却系统的工作过程

齿轮油温度范围-15ºC至45ºC之间状态一：刚开机油温较低的时候齿轮油的温度较低，所以齿轮油的黏度大，造成系统内压力升高。如果此时系统内压力高于10bar，那么齿轮油通过溢流阀（安全阀）直接流回齿轮箱，加速齿轮油的循环，使油温迅速升高，降低系统的压力。此时的回路如左图红线所示。3.1.4润滑与冷却系统的工作过程齿轮油温度范围-15ºC至45ºC之间状态二：油压在3bar与10bar之间随着齿轮油的循环，润滑油温度不断升高，管路中的油压逐渐降低。当压力在3bar与10bar之间的范围内时。10bar溢流阀自动关闭，3bar溢流阀自动打开。齿轮油经过粗过滤网（50μm）通过调速阀流回齿轮箱构成回路此时的回路如左图红线所示。3.1.4润滑与冷却系统的工作过程齿轮油温度范围-15ºC至45ºC之间状态三：油压在3bar以下随着齿轮油的循环，润滑油温度进一步升高，管路中的压力降低到3bar以下时，10bar溢流阀关闭，3bar溢流阀也自动关闭。齿轮油经过两层过滤网（50

μm和10μm）通过调速阀流回齿轮箱构成回路此时的回路。如左图红线所示。3.1.4润滑与冷却系统的工作过程

齿轮油温度范围大于等于45ºC时，系统通过PLC控制并采用高速泵，同时保证80L/min的油流量。

齿轮油先经过两级过滤网过滤后，再进入冷却器单元，最后流回齿轮箱构成回路，如左图红线所示。

油冷风扇的启动是通过系统PLC控制的，PLC的设定值（可变的）通常为60ºC，当系统接收到油温温度传感器的温度达到60ºC时油冷风扇的启动。3.2加热系统Pt100温度传感器加热器温度控制器3.2.1Pt100（温度传感器）Pt100温度传感器加热器温度控制器Pt100（温度传感器）：

数量：三个[油温、高速端轴承各一个，齿轮箱

主轴一个(备用)]

位置：齿轮箱后部右侧和上方作用：监控油温和高速端轴承温度，确保机组的安全控制方式：系统自动控制3.2.2加热器Pt100温度传感器加热器温度控制器

加热器：

数量：六个（两组，每组一个备用）

位置：齿轮箱的前部和后部

作用：当齿轮箱工作环境温度较低时，加热器对齿轮箱润滑油进行加热，以确保齿轮箱内部的润滑油保持在一定的粘度范围。

控制方式：系统自动控制3.2.3温度控制器Pt100温度传感器加热器温度控制器温度控制器：控制加热器的加热温度。3.3其它3.3.1转子锁转子锁（叶轮锁）：

数量：一套位置：齿轮箱的前端作用：锁定叶轮，确保机组处于安全状态。控制方式：手动雷电保护装置：数量：三组位置：齿轮箱前端连接轮毂处作用：将叶轮上的电流传导到齿轮箱的机体上，再通过接地线将电流倒入大地，以保护机组。控制方式：不需控制3.3.2雷电保护装置液位传感器：数量：一组位置：齿轮箱左后方作用：监控对齿轮箱内部润滑油的油位，当油位低于系统设定值时，系统会自动发出报警。通过观油窗可以观察润滑油的状态（如颜色、油位高度、油质等情况）。控制