1.5MW风电机组齿轮箱振动特性分析

【摘要】：增速齿轮箱是大型双馈风电机组的关键部件之一,具有结构紧凑、载荷复杂、升速比高等特点,实际运行中故障率很高,往往达不到设计寿命。造成这一问题的主要原因之一是从设计及运行角度,对于风电齿轮箱在复杂动载荷作用下表现出的振动特性研究不足。本文中以目前国内安装投运最多的1500kW并网风电机组为对象,针对该容量级别风电机组最常用的两种增速齿轮箱结构：两级行星加一级平行轴齿轮箱和一级行星加两级平行轴齿轮箱,开展振动特性仿真计算及现场实测分析研究,以期获得关于风电齿轮箱振动特性的比较全面的信息,为优化设计、合理运行和故障诊断提供技术支持。主要研究的内容和结果总结如下： (1)利用Pro/E建模软件和ADAMS动力学分析软件,对两种风电齿轮箱的动态特性进行仿真计算,得到了各级齿轮副的轴向角加速度、小齿轮齿面啮合力的时域以及频域特征。仿真结果与理论计算值十分接近,具有较高的可信度。两级行星加一级平行轴的传动结构的啮合齿动态载荷相对较小。而一级行星加两级平行轴的传动结构的动态载荷较大。 (2)通过两种不同齿轮箱结构的1.5MW双馈风电机组进行现场振动测试。对齿轮箱振动信号的时域波形、频谱进行分析,得到在风电机组实际运行状态下,齿轮箱振动信号的特征,并将两种类型齿轮箱的实测振动信号的波形及频谱特征与前面的仿真计算结果进行了对比分析。实测齿轮箱振动信号与仿真计算结果具有一定的可比性,表明仿真计算具有一定的参考价值。 (3)探讨了风电机组运行工况对齿轮箱振动的影响,实测分析表明,在一定的转速下,振动信号中的某些频率成分与结构自振频率重叠,产生强烈的共振现象,这是导致齿轮箱振动幅度剧烈变化的主要原因。 【关键词】：风电机组 齿轮箱 振动特性 仿真分析 测试分析
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 概述9-14
• 1.1 研究目标与任务需求分析9-10
• 1.2 技术现状10-13
• 1.2.1 风电机组动力学问题10-11
• 1.2.2 风电机组动力学特性分析测试11-13
• 1.3 研究内容13-14
• 第二章 齿轮结构动力学14-25
• 2.1 机械系统动力学分析方法及模型14-16
• 2.2 风电机组传动链动力学分析16-22
• 2.2.1 概述16-17
• 2.2.2 齿轮系统的动力学分析模型17-18
• 2.2.3 齿轮传动系统的动态激励18-20
• 2.2.4 行星齿轮传动轮系的纯扭转动力学模型20-22
• 2.3 基于ADAMS的动态特性分析理论基础22-24
• 2.4 齿轮箱振动特征频率24-25
• 第三章 风电齿轮箱典型结构及其工作特性分析25-44
• 3.1 概述25-26
• 3.2 两级行星齿轮加一级平行轴齿轮箱(1号齿轮箱)26-34
• 3.2.1 建模与动力学计算26-28
• 3.2.2 仿真结果分析28-34
• 3.3 一级行星齿轮加两级平行轴齿轮箱(2号齿轮箱)34-42
• 3.3.1 建模与动力学计算条件34-36
• 3.3.2 仿真结果分析36-42
• 3.4 强度校核及疲劳分析42-43
• 3.5 小结43-44
• 第四章 风电齿轮箱振动特性现场测试44-60
• 4.1 概述44
• 4.2 两级行星加一级平行轴齿轮箱振动44-49
• 4.2.1 风电机组结构及技术参数44-45
• 4.2.2 传感器及测试系统45-46
• 4.2.3 振动信号特征分析46-49
• 4.3 一级行星加两级平行轴齿轮箱振动49-53
• 4.3.1 风电机组技术参数49
• 4.3.2 传感器及测试系统49-50
• 4.3.3 振动信号特征分析50-53
• 4.4 运行参数变化对振动的影响讨论53-59
• 4.4.1 两级行星加一级平行轴齿轮箱结构53-56
• 4.4.2 一级行星加两级平行轴齿轮箱结构56-59
• 4.5 小结59-60
• 第五章 结论及展望60-62
• 5.1 结论60
• 5.2 工作展望60-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 在校期间发表论文及参与项目66

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