風(fēng)力發(fā)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要機(jī)械部件，作為傳遞動(dòng)力的關(guān)鍵部件，在運(yùn)行期間同時(shí)承受動(dòng)、靜載荷。對(duì)應(yīng)必須保證齒輪箱在正常工作狀態(tài)下運(yùn)載平穩(wěn)且無(wú)異常噪音及明顯的沖擊振動(dòng)。需要對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱進(jìn)行減振降噪的處理，使振動(dòng)噪音控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，最常見(jiàn)的解決方法就是安裝減振支撐。
01、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組受力狀況分析
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是由葉輪、塔筒、機(jī)艙座、輪轂四部分組成，一般分析風(fēng)機(jī)受力情況以這四部位進(jìn)行分析。對(duì)于齒輪箱一般建立輪轂坐標(biāo)系進(jìn)行分析，如圖1。
根據(jù)輪轂坐標(biāo)系的疊加計(jì)算結(jié)果，能夠計(jì)算輪轂所受的載荷，進(jìn)而可以用于傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。齒輪箱的載荷形式、大小與整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，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(jié)構(gòu)形式與性能特點(diǎn)。
02、軸瓦式齒輪箱減振支撐
目前大部分采用三點(diǎn)支撐系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(shí)利用彈性體的偏心量，通過(guò)預(yù)壓縮的方式將其固定于齒輪箱支撐座中。這種結(jié)構(gòu)的齒輪箱減振系統(tǒng)的承載能力強(qiáng)，能承受來(lái)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組，減振支撐的彈性體一般通過(guò)芯軸壓裝與齒輪箱扭力臂中，見(jiàn)圖4。這種結(jié)構(gòu)的減振支撐，其上下彈性體安裝困難，且在端部無(wú)擋板，在軸向無(wú)約束，呈自由狀態(tài)，在長(zhǎng)期的交變載荷作用下可能會(huì)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(fēng)機(jī)中，采用另一種減振結(jié)構(gòu)形式。如圖5所示。減振支撐的彈性體安裝在齒輪箱兩側(cè)的支撐座內(nèi)，每臺(tái)4對(duì)。在彈性體的兩端設(shè)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(jiǎn)單，拆卸方便，1MW以上風(fēng)機(jī)多數(shù)采用這種結(jié)構(gòu)。
軸瓦式減振支撐在正常工作過(guò)程中主要承受齒輪箱的重量、低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷及部分重量。彈性支撐載荷的計(jì)算方案如圖6所示，設(shè)齒輪箱兩側(cè)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(lái)確定齒輪箱減振支撐的剛度指標(biāo)。同時(shí)防止在傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)約束問(wèn)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(diǎn)支撐系統(tǒng)（雙主軸軸承結(jié)構(gòu)）的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，采用的是金屬框式結(jié)構(gòu)，如圖7所示。
在齒輪箱扭力臂上、下各設(shè)置有一個(gè)橡膠墊，圖8、圖9所示。齒輪箱支撐安裝時(shí)使上、下橡膠墊各產(chǎn)生一定的預(yù)壓縮量，齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)就在預(yù)壓縮量的范圍內(nèi)進(jìn)行。
這種結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪箱的重量主要是由低速軸來(lái)承擔(dān)的，減振支撐主要承受低速軸的傳動(dòng)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(gè)調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)調(diào)整螺栓可實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪箱安裝高度的微調(diào)，以避免系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)約束，使齒輪箱與主軸連接處受附加彎矩的作用。同時(shí)葉可以調(diào)整減振支撐整體的剛度性能以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變剛性設(shè)計(jì)。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(jié)構(gòu)噪聲的傳遞，承載大且安裝方法簡(jiǎn)單，更換方便。
04、減振支撐的失效形式及檢測(cè)
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(jié)構(gòu)有所差異。軸瓦彈性體采用偏心式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(huì)導(dǎo)致整體傳動(dòng)鏈系統(tǒng)浮動(dòng)，造成齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)下發(fā)生周期性的振動(dòng)沖擊，極易造成傳動(dòng)鏈系統(tǒng)失效。嚴(yán)重的話造成固定齒輪箱的螺栓斷裂。根據(jù)風(fēng)機(jī)安裝的位置不同，對(duì)減振支撐的檢查保養(yǎng)要求也不同。正常地帶的風(fēng)機(jī)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(jìn)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(kāi)裂、發(fā)脆、剝落等現(xiàn)象都要及時(shí)更換彈性體。現(xiàn)風(fēng)機(jī)上彈性性能的測(cè)量大體采用以監(jiān)測(cè)齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)來(lái)判斷減振系統(tǒng)是否失效的間接測(cè)量為主。
評(píng)論