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风力发电传动链齿轮箱减振支撑

风力发电齿轮箱是风力发电机组的重要机械部件,作为传递动力的关键部件,在运行期间同时承受动、静载荷。对应必须保证齿轮箱在正常工作状态下运载平稳且无异常噪音及明显的冲击振动。需要对风机齿轮箱进行减振降噪的处理,使振动噪音控制在规定范围之内,最常见的解决方法就是安装减振支撑。

01、风力发电机组受力状况分析

风力发电机组主要是由叶轮、塔筒、机舱座、轮毂四部分组成,一般分析风机受力情况以这四部位进行分析。对于齿轮箱一般建立轮毂坐标系进行分析,如图1。

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根据轮毂坐标系的叠加计算结果,能够计算轮毂所受的载荷,进而可以用于传动系统的设计计算。齿轮箱的载荷形式、大小与整机的传动系统结构有关,其又直接影响着齿轮箱减振支撑的受力方式,下面介绍主要的齿轮箱减振支撑的结构形式与性能特点。

02、轴瓦式齿轮箱减振支撑

目前大部分采用三点支撑系统的风力发电机组(如图2,图3),其齿轮箱减振系统主要采用的轴瓦式弹性支撑。

轴瓦式齿轮箱减振支撑由上、下两瓣弹性体组成,安装时利用弹性体的偏心量,通过预压缩的方式将其固定于齿轮箱支撑座中。这种结构的齿轮箱减振系统的承载能力强,能承受来自径向和轴向的冲击载荷,有良好的阻尼及减振性能。1MW以下的风力发电机组,减振支撑的弹性体一般通过芯轴压装与齿轮箱扭力臂中,见图4。这种结构的减振支撑,其上下弹性体安装困难,且在端部无挡板,在轴向无约束,呈自由状态,在长期的交变载荷作用下可能会出现轴向窜出,从而影响产品的减振性能。在1MW以上的风机中,采用另一种减振结构形式。如图5所示。减振支撑的弹性体安装在齿轮箱两侧的支撑座内,每台4对。在弹性体的两端设置挡板,可以防止弹性体发生轴向窜出,并且弹性体安装简单,拆卸方便,1MW以上风机多数采用这种结构。

轴瓦式减振支撑在正常工作过程中主要承受齿轮箱的重量、低速轴的扭转载荷及部分重量。弹性支撑载荷的计算方案如图6所示,设齿轮箱两侧弹性支撑的载荷分别为R1,R2

R1=MXN/L +G/2

R2=MXN/L -G/2

其式中:MXN为低速轴施加的扭矩;L为两支撑座间的距离;G为齿轮箱的重量加主轴的部分重量。

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为了获得良好的减振效果,需要根据载荷的大小来确定齿轮箱减振支撑的刚度指标。同时防止在传动系统出现严重的过约束问题,要求减振支撑的轴向刚度越小越好。

03、叠簧式齿轮箱减振支撑

叠簧式齿轮箱减振支撑主要用于四点支撑系统(双主轴轴承结构)的风力发电机组中,采用的是金属框式结构,如图7所示。

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在齿轮箱扭力臂上、下各设置有一个橡胶垫,图8、图9所示。齿轮箱支撑安装时使上、下橡胶垫各产生一定的预压缩量,齿轮箱运转时的振动就在预压缩量的范围内进行。

这种结构的传动系统中,齿轮箱的重量主要是由低速轴来承担的,减振支撑主要承受低速轴的传动扭矩载荷,因此其所承受的载荷为:

R=MXN/L

在齿轮箱支撑两端各有一个调节装置,通过调整螺栓可实现对齿轮箱安装高度的微调,以避免系统出现过约束,使齿轮箱与主轴连接处受附加弯矩的作用。同时叶可以调整减振支撑整体的刚度性能以实现风机的变刚性设计。这种齿轮箱弹性支撑具有出色的阻尼及减振性能,可大大减少结构噪声的传递,承载大且安装方法简单,更换方便。

04、减振支撑的失效形式及检测

不管轴瓦式还是叠簧式减振支撑,其主要的工作零件就是上下两瓣弹性体。它是由钢瓦、橡胶组成。根据橡胶层数的不同,结构有所差异。轴瓦弹性体采用偏心式结构设计,在一定温度和压力下硫化成型。弹性体主要的失效形式是橡胶氧化及安装不到位造成的弹性体磨损。弹性体失效后会导致整体传动链系统浮动,造成齿轮箱运转下发生周期性的振动冲击,极易造成传动链系统失效。严重的话造成固定齿轮箱的螺栓断裂。根据风机安装的位置不同,对减振支撑的检查保养要求也不同。正常地带的风机2-3年检查一次减振系统,检查固定的螺栓力矩情况。沿海地区及高寒高海拔地区检查周期为1-2年左右。弹性体的更换周期一般为8-10年左右。沿海地区及高寒高海拔地区要进行缩短更换周期。弹性体的检查主要包括外观检查,弹性性能的检查。外观检查主要是弹性体的表面颜色变化、橡胶件的表面状况,若有氧化发白、表面开裂、发脆、剥落等现象都要及时更换弹性体。现风机上弹性性能的测量大体采用以监测齿轮箱运行状态来判断减振系统是否失效的间接测量为主。

来源:南京安维士

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