兆瓦级风力发电机齿轮传动系统的动力学特性和可靠性研究

论文摘要

随着传统能源的日益枯竭和传统能源带来的环境问题日益严峻,风能作为一种绿色可再生能源受到了广泛的重视。风力发电机组工作于高空架设状态,维修困难。齿轮传动增速箱是风力发电系统的核心关键部件之一,因此对其可靠性有较高的要求。因此,研究在真实载荷条件下风力发电机的可靠性具有重要意义,本文在研究风力发电机齿轮传动系统的动态特性的基础上对其可靠性进行研究。本文的1.5MW风力发电机齿轮传动系统采用一级行星传动加两级平行轴斜齿轮传动的结构形式,研究其在时变风载荷下的动力学特性,并对其可靠性进行研究。论文的主要研究工作包括:①建立基于两参数威布尔分布的随机风速模型,使其更真实的反应系统的外部激励特征,并能模拟出与实际相符的风速。②采用集中质量法建立了风电传动系统的动力学模型,同时考虑系统的时变啮合刚度、时变啮合误差和阻尼影响。③求得系统动态响应,包括各齿轮的振动位移、振动速度,各齿轮副的动态啮合力以及轴传递的动态扭矩,并对响应进行频域分析。通过对比不同的激励响应,得出动力学响应特性的变化规律。④根据动力学分析得出的结果,建立齿轮传动系统的模糊可靠性评估模型以及整个齿轮箱的评估模型,对风电传动系统进行可靠性分析。本文所做的研究工作,为在变风载下兆瓦级风力发电机齿轮传动系统的工程设计提供了一定的理论参考依据,为工程应用奠定了基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景及意义
• 1.2 风力发电发展概况
• 1.2.1 国外风力发电发展概况
• 1.2.2 我国风力发电发展概况
• 1.3 齿轮系统动力学及可靠性研究现状
• 1.3.1 齿轮系统动力学研究现状
• 1.3.2 齿轮系统可靠性研究现状
• 1.5 本文研究内容
• 2 随机风速模型
• 2.1 引言
• 2.2 随机风速模型的建立
• 2.2.1 威布尔分布及风速数据的处理
• 2.2.2 随机风速模型参数的计算
• 2.3 随机风速的产生
• 2.3.1 随机数的产生
• 2.3.2 外部风速激励的产生
• 2.4 算例
• 2.4.1 风速模型参数的计算
• 2.4.2 模拟风速的产生
• 2.5 本章小结
• 3 风力发电齿轮传动系统动力学模型
• 3.1 引言
• 3.2 风力发电机齿轮传动系统动力学模型
• 3.2.1 传动系统物理模型
• 3.2.2 各构件相互作用的弹性变形
• 3.2.3 传动系统动力学微分方程
• 3.3 系统的激励分析
• 3.3.1 刚度激励
• 3.3.2 误差激励
• 3.3.3 齿轮副间的阻尼
• 3.3.4 外部激励
• 3.4 其他参数的确定
• 3.4.1 传动轴扭转刚度
• 3.4.2 传动轴扭转阻尼
• 3.4.3 质量与转动惯量
• 3.5 本章小结
• 4 风力发电齿轮传动系统动态特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 系统的求解分析
• 4.2.1 求解方法
• 4.2.2 求解过程
• 4.3 齿轮传动系统的动态响应分析
• 4.3.1 齿轮箱参数以及外部激励分析
• 4.3.2 时域响应分析
• 4.3.3 频域响应分析
• 4.4 本章小结
• 5 齿轮传动系统的可靠性分析
• 5.1 引言
• 5.2 模糊可靠性
• 5.2.1 模糊可靠性在风电齿轮传动系统中的应用
• 5.2.2 模糊事件的概率
• 5.3 模糊可靠性设计
• 5.3.1 机械结构的模糊可靠度计算
• 5.3.2 基于动力学的齿轮传动系统的模糊可靠度计算
• 5.4 模糊综合评判
• 5.4.1 机械系统可靠性模型概述
• 5.4.2 风电齿轮传动系统可靠性评估模型
• 5.4.3 风电齿轮传动系统的模糊评估
• 5.5 算例
• 5.5.1 齿轮传动系统可靠度计算
• 5.5.2 传动系统的模糊评估
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录