楊明川?黃翀

摘 要：目前，中速半直驅(qū)傳動系統(tǒng)在大兆瓦級機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用，本文對中速半直驅(qū)技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢進(jìn)行分析，結(jié)合雙列圓錐滾子軸承技術(shù)，柔性銷軸技術(shù)，行星軸承技術(shù)以及精確的載荷處理技術(shù)等先進(jìn)的分析技術(shù)對中速半直驅(qū)傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行闡述。這些關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)是整機(jī)可靠性保證。

關(guān)鍵詞：中速半直驅(qū)；大兆瓦；關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)

一、引言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括雙饋機(jī)組（高速傳動），半直驅(qū)機(jī)組（中速傳動）以及直驅(qū)機(jī)組（低速傳動）。從目前的風(fēng)電市場來看，在3MW以下的機(jī)組，主要由雙機(jī)組與直驅(qū)機(jī)組為主，3MW到8MW機(jī)型目前主要包含上述三種機(jī)型，對8MW以上的機(jī)組目前各大整機(jī)廠商仍在探索不同的技術(shù)路線，半直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā) 電具有低速直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)良好的性能，又具有高速雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)低成本的特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。本文針對大兆瓦半直驅(qū)傳動系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行闡述。

二、中速半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢

1.取消了傳統(tǒng)雙饋機(jī)組的高速級。相比于傳統(tǒng)的雙饋機(jī)組，半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)的傳動比較低，因此僅僅需要一級傳動或兩級傳動即可滿足速度要求。Romax監(jiān)控失效數(shù)據(jù)表明64%的齒輪箱失效與高速級的齒輪和軸承失效相關(guān)，因此減少一到兩個(gè)傳動軸能夠很大程度上降低故障率，保證風(fēng)機(jī)的可靠運(yùn)行。

2.提高裝配對中性。相比于傳統(tǒng)的雙饋機(jī)組，半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)取消了齒輪箱彈性支承、發(fā)電機(jī)彈性支承。彈性支承會隨著機(jī)組的長時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生沉降，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與齒輪箱的不對中，產(chǎn)生附加載荷。

3.成本優(yōu)勢。在中速傳動齒輪箱中融合目前最為先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，包括雙列圓錐滾子軸承技術(shù)、柔性銷軸技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用大幅縮短傳動鏈的軸向尺寸、徑向尺寸，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)也大幅降低了重量。為機(jī)組的輕量化、緊湊型設(shè)計(jì)提供方向。

三、中速半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

1.雙列圓錐滾子軸承技術(shù)。雙列圓錐滾子軸承又稱鸚鵡螺軸承，這是一款專門為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的軸承，此款軸承可承受比較大的彎矩載荷，兩列滾子采用背對背安裝方式，其承載能力主要由軸承的徑向尺寸與接觸角決定。雙列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。

在大兆瓦級半直驅(qū)風(fēng)機(jī)中，軸承套圈的柔性化可將系統(tǒng)變形反映到軸承的處，進(jìn)而可以真實(shí)的反應(yīng)滾道內(nèi)的載荷分布，套圈的橢圓變形與扭曲變形改變了滾道內(nèi)的載荷分布，影響軸承的使用壽命。因此柔性套圈技術(shù)在風(fēng)機(jī)大軸承的設(shè)計(jì)中起到關(guān)鍵性的作用，為風(fēng)機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.柔性銷軸技術(shù)。柔性銷采用雙懸臂結(jié)構(gòu)，其主要功能有兩個(gè)方面，第一彌補(bǔ)行星架的扭轉(zhuǎn)變形、銷軸組件的定位精度、齒輪箱其他零部件的加工公差和軸承的間隙等都會引起行星輪之間載荷分配的不均勻。第二保證套筒的平行移動，使得齒向載荷均勻分布。通過上述功能分別保證 與 ，進(jìn)而保證了輪齒的強(qiáng)度，同時(shí)使得齒輪箱的設(shè)計(jì)更為緊湊，功率密度得到提升。

3.行星軸承技術(shù)。為了減小箱體的徑向尺寸，滿滾子無外圈軸承和滑動軸承在行星傳動系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

（1）滿滾子無外圈軸承。齒輪箱一體式行星輪軸承齒輪設(shè)計(jì)方案以行星齒輪為軸承外圈的結(jié)構(gòu)，這種軸承的優(yōu)點(diǎn)在于在空間尺寸受限時(shí)保證了行星輪輪緣的厚度。同時(shí)滾動體數(shù)量增加，直徑增大，軸承的承載能力增強(qiáng)。

（2）滑動軸承?；瑒虞S承技術(shù)目前還未在風(fēng)電齒輪箱中得到應(yīng)用。但隨著風(fēng)機(jī)的大型化，滑動軸承的技術(shù)優(yōu)勢也逐漸的顯現(xiàn)?；瑒虞S承的優(yōu)點(diǎn)是承載能力高、抗振性好，工作平穩(wěn)可靠，噪聲小，壽命長。在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，應(yīng)用滑動軸承技術(shù)可以減少成本、節(jié)省空間、降低重量、改善機(jī)組的可靠性等。

4.精確的載荷處理技術(shù)。一切設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)在于載荷的來源，在大兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中通常采用多體動力學(xué)分析技術(shù)進(jìn)行更為精確的載荷處理，目前主流的多體動力學(xué)軟件包括Bladed、Simpack、S4WT、Romax以及SMT。

四、結(jié)語

與傳統(tǒng)機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，中速半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)有更為突出的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢，同時(shí)也是未來大兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一種趨勢，如何抓住風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是保證中速半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢前提，同時(shí)也是保證整機(jī)可靠性的關(guān)鍵因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]林明， 崔劍平. 幾種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用[J]. 交通科技與經(jīng)濟(jì)， 2010， 12（1）：113-115.

[2]張?jiān)溃?王鳳翔. 半直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能研究[C]. 中國電工技術(shù)學(xué)會大電機(jī)專業(yè)委員會2009年學(xué)術(shù)交流會. 2009.

[3]王仕林， 賴如輝， 張魯紅. 華創(chuàng)大風(fēng)輪低風(fēng)速區(qū)3MW半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)經(jīng)驗(yàn)談[C]. 風(fēng)能產(chǎn)業(yè). 2016.