變風載下變速風力發(fā)電機傳動系統(tǒng)的可靠性評估與動力學特性研究.pdf

1、風能是一種清潔無污染的新能源，合理開發(fā)利用風能可以解決日益嚴峻的能源短缺以及環(huán)境污染問題。變速風力發(fā)電機由于發(fā)電量大、振動噪聲低等優(yōu)點，已成為未來大型風力發(fā)電機的主要發(fā)展方向。大型風力發(fā)電機葉片的轉(zhuǎn)速通常都很低，為了達到發(fā)電機工作所需的轉(zhuǎn)速就需要在葉輪和發(fā)電機之間連接一個增速齒輪箱。齒輪箱傳動系統(tǒng)是風力發(fā)電機的關(guān)鍵部件之一，其可靠性的高低以及動力學特性的優(yōu)劣都直接決定著風力發(fā)電機正常工作與否。由于變速風力發(fā)電機通常工作在較為惡劣的環(huán)境條

2、件下，受復雜隨機動載荷的影響并且處于高空架設(shè)狀態(tài)，這些都對變速風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的可靠性和動力學特性都提出了很高的要求。因此，對變載荷下變速風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的可靠性和動力學特性進行研究顯得尤為必要。
　　本文受國家自然科學基金項目的資助，以2MW變速風力發(fā)電機傳動系統(tǒng)為研究對象，對其進行了可靠性評估和動力學特性分析。主要研究工作如下：
　　①建立了基于雙參數(shù)威布爾分布的隨機風速模型。根據(jù)實際風場風速的平均值以及方差

3、值，求得了威布爾分布的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，建立了隨機風速模型，對自然風場中隨機變化的風速進行了模擬；
　?、诘玫搅俗兯亠L力發(fā)電機齒輪箱實際運行時的時變輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。將通過隨機風速模型獲得的風載荷作為齒輪傳動系統(tǒng)的外部激勵，分析了變速風力發(fā)電機實際運行時齒輪箱輸入功率與風速之間的關(guān)系，通過推導得到了齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩與風速、輸入轉(zhuǎn)速與風速之間的分段函數(shù)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對隨機風載荷進行變換得到了齒輪箱時變輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；
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4、變速風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)進行了可靠性評估。對齒輪失效的主要形式進行了分析，求得了齒輪傳動系統(tǒng)的可靠度，對系統(tǒng)進行了可靠性評估；
　?、芙⒘她X輪傳動系統(tǒng)的動力學模型。在考慮齒輪副時變嚙合剛度、軸承剛度和嚙合誤差等內(nèi)部激勵的基礎(chǔ)上，采用集中質(zhì)量法建立了傳動系統(tǒng)的動力學模型；
　?、莘治隽藗鲃酉到y(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性。利用matlab求得了傳動系統(tǒng)在時變輸入轉(zhuǎn)矩和內(nèi)部激勵共同作用下各齒輪的振動位移、振動速度和各齒輪副的動態(tài)嚙合力，對