2.5MW风电齿轮箱的设计毕业设计开题报告 徐洪良

课题来源:  其他。课题类型:  应用研究。课题研究的目的和意义：风能是新能源的重要组成部分，今后的发展潜力很大，根据有关研究表明，在未来10年我国风电装机容量是目前风电装机总量的10倍左右。如此规模的发展潜力，也使风能行业成为当前产业的发展趋势。十二五规划对风能行业的扶持力度之大是前所未有的。风力发电机组通常安装在荒郊、野外、海边等环境较恶劣的地方，而齿轮箱又安装在机组塔架上狭小的机舱内，距地成几十米之高，常年受极端温差与酷暑严寒的影响，是引起风力发电机组故障的主要因素之一。同事故障期常出现在发电高峰期。由于环境恶劣、交通不便等，随之齿轮箱的维修成本大大提高，严重影响到风唱的经济效益。所以，对于齿轮箱的可靠性和寿命是人们关注的焦点。

与其他工业齿轮箱相比， 由于风电齿轮箱安装在距地面几十米甚至一百多米高的狭小机舱内，其自身的体积和重量对机舱、塔架、基础、机组风载、安装维护费用等都有重要影响。因此，减小外形尺寸和减轻重量显得尤为重要。同时，由于维修不便、维修成本高，通常要求齿轮箱的设计寿命为20 年，对可靠性的要求也极其苛刻。由于尺寸和重量与可靠性往往是一对不可调和的矛盾，因此风电齿轮箱的设计制造往往陷入两难的境地。总体设计阶段应在满足可靠性和工作寿命要求的前提下，以最小体积、最小重量为目标进行传动系统设计方案的比较和优化；结构设计应以满足传递功率和空间为前提，尽量考虑结构简单、运行可靠、维修方便等因素。由于叶尖线速度不能过高,因此随着单机容量的由于叶尖线速度不能过高,因此随着单机容量的增大,齿轮箱的额定输入转速逐渐降低,兆瓦以上级机组的额定转速一般不超过20r/min。另一方面,发电机的额定转速一般为1500或1800r/min,因此大型风电增速齿轮箱的速比一般在75～100左右。为了减小齿轮箱的体积,500kW以上的风电增速箱通常采用功率分流的行星传动;500kW～1000kW常见结构有2级平行轴+1级行星和1级平行轴+2级行星传动两种形式;兆瓦级齿轮箱多采用2级平行轴+1级行星传动的结构。由于行星传动结构相对复杂,而且大型内齿圈加工困难,成本较高,即采用2级行星传动,也以NW传动形式最为常见。目前,国际上生产风电齿轮箱的公司主要有Renk、Flender、Hansen Transmission等,国外内齿圈大多采用渗碳淬火磨齿的斜齿轮,以提高行星传动的强度,减小该级的尺寸和重量。

2.5MW风机齿轮箱参数数据如下表所示：

我国在结构件的加工和装配精度等方面从重要性认识到装备水平都与国外先进水平有一定的差距。高品质、高可靠性风电齿轮箱的获得，除了先进的设计技术和必要的制造装备外，离不开制造过程每一个环节的严格质量控制。

　　国外兆瓦级风电齿轮箱是随着风电机组的开发而发展起来的，RENK，FLENDER 等风电齿轮箱制造公司采用将先进的设计技术与试验测试相结合的方法，大大提高了产品的经济性和可靠性。我国的风电齿轮箱行业自2007 开始进入快速发展的轨道，以南京高速齿轮箱有限公司为代表的齿轮箱厂或是增强自身的研发能力，或是扩大自身的产能。尽管如此，我国风电齿轮箱仍是风电设备国产化中的薄弱环节。虽然多数厂家通过各种渠道与国外先进的设计公司进行合作，但在设计的水平，经验的积累和人才的储备方面仍需不断的努力。

　　在风电齿轮箱设计标准方面，由于风电齿轮箱容量的发展，零部件的设计标准已经不能适应大功率化的要求， 大功率齿轮箱的最新经验对新标准的发展起到了重要作用。备受关注的IEC61400－4已经公布， 从中国风能协会主办的讲座上获知，IEC61400 － 4 参考了新的标准，在有些被证明非常重要的章节增加了内容， 相对于ISO81400-4，增加了不同传动链形式的细节，考虑了更多的失效情况，在载荷计算的步骤上增加了更多信息，考虑了特殊运行状态进行设计，使载荷情况能覆盖所有运行条件。相对于GL Guideine，IEC61400-4 增加了背景信息，比GL要求的条件更严格。可以预见，随着相关设计标准的公布，风电齿轮箱设计技术将随之进一步发展。

【1】能源研究会.能源领域，科技发展“十五规划”和2015年研究前景，1999.

【2】姚兴佳，宋俊，等.风力发电机组原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2009

【3】风力发电齿轮箱设计制造技术的发展与展望_刘忠明

【4】风力涡轮机--第4部分：风力涡轮机变速箱的设计要求.

【5】专业的机械传动零部件设计、优化、分析及系统的仿真软件.

通过对2.5MW齿轮进行基于多体动力学模型的动态响应分析，对齿轮箱振动、噪声主要性能参数进行预测，并与后续2.5MW齿轮箱产品的测试数据对比分析，最终为定制企业2.5MW齿轮箱测试标准提供数据支持。

(1）基于KISSsoft软件的齿轮箱设计与齿轮修型设计。

(2）齿轮修型设计。

                 指导教师签名：                      年    月   日