多工況下風電齒輪傳動系統(tǒng)的動力學特性及其動態(tài)可靠性研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境惡化和能源危機的問題漸漸凸顯，風力發(fā)電越來越受到重視。風力發(fā)電機長期運行在惡劣的環(huán)境當中，齒輪箱作為風能轉換系統(tǒng)的核心部件，其運行的穩(wěn)定性和可靠性對系統(tǒng)的可靠性影響非常大。風場隨機變化的風速和變速變槳風力發(fā)電機的多工況控制運行是導致齒輪箱具有復雜輸入載荷的主要原因。本文考慮到變速變槳風力發(fā)電機復雜的運行工況，仿真獲得了風力發(fā)電機在啟動、額定運行和正常制動三個工況下的齒輪箱輸入載荷。研究了在不同工況下齒輪傳動系統(tǒng)的動力學特性。

2、并且仿真分析了變速變槳風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)可靠性，獲得了齒輪傳動系統(tǒng)中齒輪、軸承和系統(tǒng)的可靠度隨時間變化的規(guī)律。
　　本課題是國家自然科學基金項目（50975294）研究內容的組成部分，研究了1.5MW變速變槳風力發(fā)電機的多工況的運行模式，并以齒輪傳動系統(tǒng)為主要研究對象，對其進行了動力學特性分析和可靠性的仿真分析。主要研究工作如下：
　?、倬C合考慮風輪的非定常氣動載荷計算模型、傳動系統(tǒng)彈性動力學簡化模型、雙饋發(fā)電機簡

3、化模型和變速變槳距控制模型的基礎上，建立了變速變槳風力發(fā)電機傳動系統(tǒng)外載荷計算模型，通過仿真計算獲得了風力發(fā)電機在啟動、額定運行和正常制動工況下齒輪箱的輸入載荷。
　?、诶眉匈|量參數法建立了考慮多種內部因素的風力發(fā)電機傳動系統(tǒng)純扭轉非線性動力學模型。利用數值方法求解系統(tǒng)動力學方程，得到了在啟動、額定運行和制動過程中各齒輪副的動態(tài)響應等；著重分析了部分內部參數激勵對動力學的影響。
　?、蹖ψ兯僮儤L力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)進行

4、動態(tài)可靠性仿真分析。在分析了齒輪及軸承失效的主要形式基礎上，確定了風電傳動系統(tǒng)的可靠性評估模型。在動力學方程中考慮軸承剛度的因素，利用數值方法求解得到軸承的動態(tài)接觸力，從而獲得各齒輪副和軸承的等效應力隨風速變化的規(guī)律。
　?、芾猛紶栵L速模型模擬一年中每小時平均風速。以隨機風速下各齒輪和軸承的等效應力作用過程為隨機過程，考慮各構件載荷的統(tǒng)計相關性，在構件強度隨時間退化的情況下，利用Monte Carlo法仿真獲得了風電齒輪傳動系