重点放在主机架的优化和齿轮箱支撑的改进。实现了以下几个关键的子目标
。控制主要的齿轮箱载荷
。减少次要的齿轮箱载荷
。改进主机架的承载特性
3 控制主要的齿轮箱载荷
所谓主要载荷是指直接影响风电机组的载荷,这些载荷由转子传递的风能产生。转子载荷必须要传递给塔架并最终到达基础—无论传动链是传统的带主轴和主轴承的方案还是转子后直接连接齿轮箱的方案。除了发电所需要的扭矩,风还会持续产生方向不断改变的弯矩和剪切力,风电机组必须吸收并承受这些载荷。.这些多余的载荷要比用于发电的扭矩载荷高出许多倍。
多年以来,Allianz技术中心一直定期举行“专家日”活动,研究与风电机组齿轮箱有关的各种载荷及其损坏形式。这些”专家日”形成的文章概括了对常用的三点支撑传动链(图1)的研究成果。
主轴轴承和两个扭力臂支撑用来吸收转子载荷。但载荷在传递到扭力臂支撑之前,不得不先从主轴进入齿轮箱,并在齿轮箱内部传输。齿轮箱实际上相当于第二个主轴轴承。对于这种方案,主轴的动态大幅运动和变形直接传入齿轮箱。如果设计有缺陷并且轴承游隙不足,会导致齿轮传动系统出现无规律的受载损坏特征。为了防止这一主要载荷危害齿轮箱,在主轴上使用第二个主轴承,以最有效的方式确保承载安全《图2)。
不像以往风电机组设计在其齿轮箱和主轴承之间留有较大的距离,PowerWind 90的第二个主轴承布置得与齿轮箱尽可能近,这样可以吸收那些若没有第二个主轴承将直接传入齿轮箱的转子载荷。由于在齿轮箱侧的这个第二个主轴承在这个传动链系统中是固定轴承,它同样可以在轴向载荷到达齿轮箱之前直接将其吸收。类似地,它也可以防止因诸如主轴的热胀冷缩效应对齿轮箱产生影响。
与无主轴的集成传动链相比,这种方案仍有优势。如果是集成传动链,齿轮箱输入轴同时起转子轴承的作用。这只能借助于复杂的预紧锥轴承或者三排滚子转环来实现。此外,齿轮箱壳体不得不吸收更大部分的转子载荷。而前述的传统双主轴承方案使用的是调心滚子轴承,由于这种轴承可以旋转,在主轴承处不可能产生约束力。
4 少次要的齿轮箱载荷
第四个支撑点的引入导致传动链系统的静不定。在静不定系统中,载荷是依据系统的刚性来分布的。刚性区域“吸引”载荷,柔性区域“避开”载荷。这对于风电机组的传动链也同样适用。
因此,一方面,在齿轮箱的输入轴处,必须避免那些被归入次要载荷的有害的约束力和变形应变;另一方面,必须借助于轴承处的刚性调整,随时提供所需的轴承支撑载荷。为确保二者均能实现,PowerWind日口的齿轮箱采用了液压支撑《图3)。
液压轴承的基本特点是可以针对轴承竖直和扭转方向的运动设定不同的轴承刚性。因此,与扭矩传输所必需的扭转刚性相比较,竖直方向刚性可以设定得更小。
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