風電齒輪傳動系統動力研究

范樹欣 孫文文

摘 要：隨著我國社會經濟快速增長，我國對能源的需求量越來越大。為了解決環境和發展之間矛盾，我國在近些年大力發展風力能源，以此保護我國的環境。風電齒輪傳動系統在風力發電機組中具有重要作用。風電齒輪是整個機組中最為重要也是最為脆弱的部件，合格的風電齒輪能夠保證機組正常運行。該文主要研究了風電齒輪傳統系統以及關于風電齒輪故障的相關內容。

關鍵詞：風電齒輪 傳動系統 動力 動態特性 故障檢驗

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（a）-0043-01

隨著社會經濟快速增長，我國對能源的需求量越來越大。為了解決環境和發展之間矛盾，我國在近些年大力發展風力能源，以此保護我國的環境。但是在發展的過程中出現了較多的問題，影響風電機組正常運行的主要因素是風電齒輪的傳動系統，要提高風力發電的整體效率，就要保證風電齒輪的傳動系統能夠正常運行。

1 風電齒輪傳統系統

1.1 風電齒輪傳動系統簡介

在風力發電機組中風電齒輪的轉速較低，這還達不到發電機發電的轉速要求。這就需要風電機組的傳動系統來提高轉速，以此實現發電的功能。那么風電齒輪傳動系統的結構又是什么樣的呢？如圖1所示。

上圖為風電齒輪傳動系統結構簡圖，圖中從左到右的齒輪結構依次為行星輪級、中速齒輪級和高速齒輪級，每一級的級速比為1：3到1：5之間。該類型的風電齒輪傳動系統在標準條件下的機械效率為百分之97，噪聲標準可控制在85db（A）左右，使用壽命可達20年左右。從圖中我們不難發現，行星齒輪的排列形式地優化，這樣就可以減輕機組在運行時的載荷，從根本上減少了每個齒輪級之間的載荷。齒輪不再承受大量的載荷，就可以縮減齒輪的體積和質量，這就可以提升齒輪傳動系統的工作效率。這種結構的齒輪雖然提高了齒輪傳動系統的工作效率，但是使用行星輪會使得整個傳動系統和齒輪箱的結構復雜化，在后期維護中會出現更多問題。

為了進一步簡化齒輪傳動系統，提高傳動效率。在齒輪的傳動鏈上，減少了輸入級的用料，這就是為什么齒輪的輸入級常常采用的是行星輪級的結構，而齒輪的輸出級采用平行傳動的結構。除此之外，在整個傳動系統中為讓整個齒輪的傳動系統保持穩定并集中在整個齒輪的機箱內，齒輪傳動系統的固定方式經常采用內齒圈固定的方式。

1.2 風電齒輪傳動系統的相關數學方程

在研究風電齒輪傳動系統動力時，我們可以引用數學模型對傳動系統的動力進行研究。在研究風電齒輪傳動系統時，主要使用的數學模型有三種：（1）是傳遞矩陣法；（2）是集中參數法；（3）是有限元法。

集中參數法是利用數學中的線性方程或者非線性方程來建立齒輪的動態模型。利用該種模型可以使抽象畫的齒輪傳動系統運轉過程更加容易理解。上文曾提到風電齒輪傳動系統是多級、多齒輪傳動系統，其運行結構較為復雜。這時我們就可以使用集中參數法建立于傳動系統等價的動力模型，將多級、多齒輪的傳動系統簡化為離散空間數學模型。

齒輪傳動系統在運行時還會產生振動，一般振動形式分為徑向振動、圓周方向振動、和軸向振動。鑒于風電齒輪的傳動系統的運動過程十分復雜，在建立模型時要考慮到三個方向的振動，則建立的振動模型將會變的更為復雜，振動模型的自由度則會大大增加。經分析，我們不難發現齒輪傳動系統的振動方式主要為圓周方向振動，也稱為扭轉振動。在建立系統模型時，就可以建立扭轉系統為齒輪傳動系統的模型，以此進行深入研究。

2 風電齒輪傳動系統故障相關內容

2.1 風電齒輪傳動系統常見故障

一般來講，齒輪傳動系統的具體故障可以分為：齒輪的軸承損壞、齒輪傳動系統的斷齒點磨損、傳動系統斷軸等等。齒輪傳動系統損壞是造成發電機組不能正常運行的主要原因。造成齒輪損壞的主要原因又有：局部斷齒、齒輪傳動系統磨損、齒輪輪點腐蝕、齒輪膠合問題、齒根磨損嚴重。

2.2 風電齒輪傳動系統故障診斷算法

當風電齒輪出現故障的時候，就要及時對故障問題進行診斷，以此判斷出風電齒輪傳動系統的具體故障是什么。現階段使用的故障診斷方法成功率較低，而且不能確定故障的具體原因。該文主要介紹了一種新的診斷方法-BP網絡智能診斷方法。

該種網絡最早是在1986年提出的，也是目前使用最為廣泛的診斷網絡之一，BP網絡利用了誤差逆傳播方法進行診斷。同時該網絡具有良好的非線性映射功能，只要通過相關設計就可以輸出數據樣本，得到非線性映射的數據。除此之外，一旦輸入的數據出現了較大的誤差或者出現了錯誤數據時，該診斷網絡還會自行進行判斷，保證輸出的數據滿足基本規律。

該網絡在進行工作時的具體方法又是什么呢？BP網絡在運行時，通常使用BP算法，該算法的主要操作步驟為：（1）是系統根據輸入、輸出的數據，自行構建網絡架構；（2）是網絡會進行數據初始化工作，并自行選取閾值和相關函數；（3）是輸入數據樣本并進行計算；（4）是網絡會自行計算每層中的錯誤信號；（5）是網絡在完成相關數據計算之后，會進行相關數據檢查；（6）是系統會根據匯總的數據計算各層數據之間的誤差，并得到相關的數據修正值；（7）是網絡會按照修正值的數據進行重新計算，直到滿足相關要求時就停止算法。

3 結語

總而言之，隨著風力發電機組的功率越來越大，這對風電齒輪的傳動系統的穩定性和可靠性提出了更大的要求。我國對于風電齒輪傳動系統研究上還存在很大問題，加之風電齒輪工作的環境較為苛刻，風力發電機組在實際運行過程中還需要解決很多問題。面對這些問題，我國研究部門更不應該急躁冒進，應該腳踏實地的處理好每個細節問題，這樣才有利于我國更好使用新能源，處理好環境和資源之間的問題。

參考文獻

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