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風力發(fā)電傳動鏈齒輪箱減振支撐

光伏們發(fā)布時間:2021-02-23 09:04:09

風力發(fā)電齒輪箱是風力發(fā)電機組的重要機械部件,作為傳遞動力的關鍵部件,在運行期間同時承受動、靜載荷。對應必須保證齒輪箱在正常工作狀態(tài)下運載平穩(wěn)且無異常噪音及明顯的沖擊振動。需要對風機齒輪箱進行減振降噪的處理,使振動噪音控制在規(guī)定范圍之內(nèi),最常見的解決方法就是安裝減振支撐。

01、風力發(fā)電機組受力狀況分析

風力發(fā)電機組主要是由葉輪、塔筒、機艙座、輪轂四部分組成,一般分析風機受力情況以這四部位進行分析。對于齒輪箱一般建立輪轂坐標系進行分析,如圖1。

根據(jù)輪轂坐標系的疊加計算結果,能夠計算輪轂所受的載荷,進而可以用于傳動系統(tǒng)的設計計算。齒輪箱的載荷形式、大小與整機的傳動系統(tǒng)結構有關,其又直接影響著齒輪箱減振支撐的受力方式,下面介紹主要的齒輪箱減振支撐的結構形式與性能特點。

02、軸瓦式齒輪箱減振支撐

目前大部分采用三點支撐系統(tǒng)的風力發(fā)電機組(如圖2,圖3),其齒輪箱減振系統(tǒng)主要采用的軸瓦式彈性支撐。

軸瓦式齒輪箱減振支撐由上、下兩瓣彈性體組成,安裝時利用彈性體的偏心量,通過預壓縮的方式將其固定于齒輪箱支撐座中。這種結構的齒輪箱減振系統(tǒng)的承載能力強,能承受來自徑向和軸向的沖擊載荷,有良好的阻尼及減振性能。1MW以下的風力發(fā)電機組,減振支撐的彈性體一般通過芯軸壓裝與齒輪箱扭力臂中,見圖4。這種結構的減振支撐,其上下彈性體安裝困難,且在端部無擋板,在軸向無約束,呈自由狀態(tài),在長期的交變載荷作用下可能會出現(xiàn)軸向竄出,從而影響產(chǎn)品的減振性能。在1MW以上的風機中,采用另一種減振結構形式。如圖5所示。減振支撐的彈性體安裝在齒輪箱兩側的支撐座內(nèi),每臺4對。在彈性體的兩端設置擋板,可以防止彈性體發(fā)生軸向竄出,并且彈性體安裝簡單,拆卸方便,1MW以上風機多數(shù)采用這種結構。

軸瓦式減振支撐在正常工作過程中主要承受齒輪箱的重量、低速軸的扭轉載荷及部分重量。彈性支撐載荷的計算方案如圖6所示,設齒輪箱兩側彈性支撐的載荷分別為R1,R2

R1=MXN/L +G/2

R2=MXN/L -G/2

其式中:MXN為低速軸施加的扭矩;L為兩支撐座間的距離;G為齒輪箱的重量加主軸的部分重量。

為了獲得良好的減振效果,需要根據(jù)載荷的大小來確定齒輪箱減振支撐的剛度指標。同時防止在傳動系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的過約束問題,要求減振支撐的軸向剛度越小越好。

03、疊簧式齒輪箱減振支撐

疊簧式齒輪箱減振支撐主要用于四點支撐系統(tǒng)(雙主軸軸承結構)的風力發(fā)電機組中,采用的是金屬框式結構,如圖7所示。

在齒輪箱扭力臂上、下各設置有一個橡膠墊,圖8、圖9所示。齒輪箱支撐安裝時使上、下橡膠墊各產(chǎn)生一定的預壓縮量,齒輪箱運轉時的振動就在預壓縮量的范圍內(nèi)進行。

這種結構的傳動系統(tǒng)中,齒輪箱的重量主要是由低速軸來承擔的,減振支撐主要承受低速軸的傳動扭矩載荷,因此其所承受的載荷為:

R=MXN/L

在齒輪箱支撐兩端各有一個調(diào)節(jié)裝置,通過調(diào)整螺栓可實現(xiàn)對齒輪箱安裝高度的微調(diào),以避免系統(tǒng)出現(xiàn)過約束,使齒輪箱與主軸連接處受附加彎矩的作用。同時葉可以調(diào)整減振支撐整體的剛度性能以實現(xiàn)風機的變剛性設計。這種齒輪箱彈性支撐具有出色的阻尼及減振性能,可大大減少結構噪聲的傳遞,承載大且安裝方法簡單,更換方便。

04、減振支撐的失效形式及檢測

不管軸瓦式還是疊簧式減振支撐,其主要的工作零件就是上下兩瓣彈性體。它是由鋼瓦、橡膠組成。根據(jù)橡膠層數(shù)的不同,結構有所差異。軸瓦彈性體采用偏心式結構設計,在一定溫度和壓力下硫化成型。彈性體主要的失效形式是橡膠氧化及安裝不到位造成的彈性體磨損。彈性體失效后會導致整體傳動鏈系統(tǒng)浮動,造成齒輪箱運轉下發(fā)生周期性的振動沖擊,極易造成傳動鏈系統(tǒng)失效。嚴重的話造成固定齒輪箱的螺栓斷裂。根據(jù)風機安裝的位置不同,對減振支撐的檢查保養(yǎng)要求也不同。正常地帶的風機2-3年檢查一次減振系統(tǒng),檢查固定的螺栓力矩情況。沿海地區(qū)及高寒高海拔地區(qū)檢查周期為1-2年左右。彈性體的更換周期一般為8-10年左右。沿海地區(qū)及高寒高海拔地區(qū)要進行縮短更換周期。彈性體的檢查主要包括外觀檢查,彈性性能的檢查。外觀檢查主要是彈性體的表面顏色變化、橡膠件的表面狀況,若有氧化發(fā)白、表面開裂、發(fā)脆、剝落等現(xiàn)象都要及時更換彈性體?,F(xiàn)風機上彈性性能的測量大體采用以監(jiān)測齒輪箱運行狀態(tài)來判斷減振系統(tǒng)是否失效的間接測量為主。


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