風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)：傳動(dòng)軸、齒輪箱、聯(lián)軸器、制動(dòng)器詳解

 近期線下活動(dòng)

第四屆風(fēng)電運(yùn)維技改研討會(huì) 2025.3.18-19 北京

工商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目全流程培訓(xùn) 2025.3.6-7  杭州

光伏電站運(yùn)維·基地實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練營(yíng) 2025.2.24-27 蕪湖 

電力交易員（中級(jí)）專項(xiàng)培訓(xùn)班 2025.3.11-14 北京

聯(lián)系人：王老師 13373444802

在當(dāng)今全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下，風(fēng)能作為一種清潔、可再生的能源，正逐步成為推動(dòng)綠色發(fā)展的重要力量。風(fēng)電機(jī)組作為風(fēng)能利用的核心設(shè)備，其高效、穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)于提升風(fēng)能利用效率、促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)是連接風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的橋梁，它不僅要承受巨大的載荷和復(fù)雜的工況，還要確保動(dòng)力傳遞的高效性和穩(wěn)定性。傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件包括傳動(dòng)軸、齒輪箱（直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組不需要齒輪箱）、聯(lián)軸器和制動(dòng)器等，它們相互配合，共同實(shí)現(xiàn)將風(fēng)輪產(chǎn)生的機(jī)械轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)電機(jī)的功能。

帶有齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖  圖源：網(wǎng)絡(luò)

風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)軸

傳動(dòng)軸承擔(dān)著將風(fēng)輪產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給齒輪箱的重要任務(wù)。在風(fēng)電機(jī)組中，傳動(dòng)軸通常分為主軸和中間軸（如有）等部分。主軸是用來(lái)連接風(fēng)輪輪轂和增速齒輪箱的輸入軸，采用滾動(dòng)軸承支撐在主機(jī)架上，是傳遞轉(zhuǎn)矩和支撐載荷的基石。

主軸示意圖  圖源：網(wǎng)絡(luò)

工作原理與功能

風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生巨大的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩通過(guò)主軸傳遞給齒輪箱。主軸不僅要承受這個(gè)轉(zhuǎn)矩，還要支撐風(fēng)輪的重力載荷和軸向推力載荷。為了確保主軸能夠穩(wěn)定、可靠地工作，制造主軸的材料通常選擇碳素合金鋼，通過(guò)熱處理、化學(xué)處理及表面強(qiáng)化處理提高其機(jī)械性能。

支撐結(jié)構(gòu)型式

獨(dú)立軸承支撐結(jié)構(gòu)是其中較為常見(jiàn)的一種，它采用前后兩個(gè)獨(dú)立的軸承支撐主軸，共同承受載荷。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)較長(zhǎng)，制作成本較高，但穩(wěn)定性較好，主要用于中小型風(fēng)電機(jī)組。

隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增加，對(duì)主軸的支撐結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求。

三點(diǎn)支撐式主軸將主軸前軸承獨(dú)立安裝在機(jī)架上，后軸承與齒輪箱內(nèi)軸承做成一體，結(jié)構(gòu)緊湊，有利于降低后支撐的載荷，在現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組中得到了廣泛應(yīng)用。

集成式主軸則將主軸的前后支撐軸承與齒輪箱做成一個(gè)整體，可以減小風(fēng)輪的懸臂尺寸，降低主軸載荷，但維修齒輪箱時(shí)需同時(shí)拆除主軸，對(duì)維護(hù)提出了一定的挑戰(zhàn)。

獨(dú)立軸承支撐結(jié)構(gòu)                    三點(diǎn)支撐式主軸                       集成式主軸

圖源：網(wǎng)絡(luò)

風(fēng)電機(jī)組齒輪箱

齒輪箱主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求，因此需要通過(guò)齒輪箱齒輪副的增速作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。

工作原理與功能

齒輪箱內(nèi)部通過(guò)多級(jí)齒輪的嚙合，將風(fēng)輪的低速動(dòng)力轉(zhuǎn)化為高速動(dòng)力。在這個(gè)過(guò)程中，齒輪箱不僅要實(shí)現(xiàn)增速作用，還要確保轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)傳遞。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，齒輪箱通常采用行星齒輪傳動(dòng)或平行軸齒輪傳動(dòng)等傳動(dòng)方式。這些傳動(dòng)方式具有傳動(dòng)效率高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠確保齒輪箱在復(fù)雜工況下穩(wěn)定、可靠地工作。

     兩級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)齒輪箱                一級(jí)行星和一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)齒輪箱

圖源：網(wǎng)絡(luò)

在風(fēng)電機(jī)組中的作用

齒輪箱不僅提高了風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，使其達(dá)到發(fā)電機(jī)的要求，還確保了轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)傳遞。齒輪箱的設(shè)計(jì)和材料選擇也直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的整體效率、可靠性和使用壽命。為了確保齒輪箱的高效性和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮其工作環(huán)境和工況特點(diǎn)，如溫度、濕度、鹽霧等因素對(duì)齒輪箱的影響。同時(shí)，齒輪箱的材料也需要具備良好的機(jī)械性能和耐腐蝕性，以確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

風(fēng)電機(jī)組聯(lián)軸器

聯(lián)軸器是傳動(dòng)系統(tǒng)的軸系之間設(shè)置的連接構(gòu)件，用于傳動(dòng)軸的聯(lián)接和動(dòng)力傳遞。在風(fēng)電機(jī)組中，聯(lián)軸器不僅要承受巨大的載荷和復(fù)雜的工況，還要具備良好的對(duì)中性和補(bǔ)償能力，以確保傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

聯(lián)軸器可以分為剛性聯(lián)軸器（如脹套聯(lián)軸器）和撓性聯(lián)軸器兩大類，撓性聯(lián)軸器又可分為無(wú)彈性元件聯(lián)軸器（如萬(wàn)向聯(lián)軸器）、非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器（如輪胎聯(lián)軸器）和金屬?gòu)椥栽?lián)軸器（如膜片聯(lián)軸器）。

工作原理與功能

剛性聯(lián)軸器通常用于對(duì)中性比較好的兩個(gè)軸之間的連接，如主軸與齒輪箱低速軸連接處。它能夠確保軸系之間的精確對(duì)中，減少因不對(duì)中而產(chǎn)生的額外載荷和振動(dòng)。

撓性聯(lián)軸器則主要用在對(duì)中性較差的兩個(gè)軸之間的連接，如齒輪箱高速軸與發(fā)電機(jī)軸連接處。它能夠補(bǔ)償軸系之間的不對(duì)中、偏斜和偏移，減少因不對(duì)中而產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，同時(shí)增加傳動(dòng)鏈的系統(tǒng)阻尼，保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)免受損害。

在風(fēng)電機(jī)組中的作用

聯(lián)軸器確保了傳動(dòng)系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性。特別是在大型風(fēng)電機(jī)組中，由于風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)之間的距離較大，軸系之間的不對(duì)中問(wèn)題更加突出。撓性聯(lián)軸器的應(yīng)用有效地解決了這一問(wèn)題，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。

風(fēng)電機(jī)組制動(dòng)器

制動(dòng)器主要功能是在風(fēng)電機(jī)組需要維修停機(jī)、風(fēng)速超過(guò)風(fēng)輪工作風(fēng)速范圍、突然甩掉負(fù)荷等情況時(shí)，使風(fēng)輪達(dá)到靜止或者空轉(zhuǎn)狀態(tài)，以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

制動(dòng)器分兩類：機(jī)械制動(dòng)器和空氣動(dòng)力制動(dòng)器。

工作原理與功能

機(jī)械制動(dòng)器是風(fēng)電機(jī)組中最常見(jiàn)的制動(dòng)方式之一，它通常通過(guò)機(jī)械裝置對(duì)風(fēng)輪施加制動(dòng)力矩，使其減速并停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

空氣動(dòng)力制動(dòng)器則利用空氣動(dòng)力學(xué)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，通過(guò)調(diào)整風(fēng)輪葉片的角度或形狀，改變風(fēng)輪所受的空氣動(dòng)力，從而產(chǎn)生制動(dòng)力矩。

這兩種制動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，機(jī)械制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)方便，但制動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊和磨損；空氣動(dòng)力制動(dòng)器響應(yīng)速度快、制動(dòng)力矩大，但受風(fēng)速影響較大，且結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

在風(fēng)電機(jī)組中的作用

制動(dòng)器能夠有效防止風(fēng)電機(jī)組在惡劣工況下發(fā)生損壞或事故。特別是在風(fēng)速超過(guò)風(fēng)輪工作風(fēng)速范圍或突然甩掉負(fù)荷等情況下，制動(dòng)器的快速響應(yīng)和可靠性能夠確保風(fēng)電機(jī)組的安全停機(jī)，減少因事故造成的損失。

風(fēng)電機(jī)組結(jié)語(yǔ)

隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷進(jìn)步和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)也在不斷創(chuàng)新和完善。

提高傳動(dòng)效率方面，通過(guò)優(yōu)化齒輪箱的設(shè)計(jì)、改進(jìn)齒輪的嚙合方式、采用更高效的傳動(dòng)方式等手段，不斷提高傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率。同時(shí)，新材料、新工藝的應(yīng)用也為傳動(dòng)系統(tǒng)的性能提升提供了有力支持。

增強(qiáng)承載能力方面，通過(guò)優(yōu)化傳動(dòng)軸和齒輪箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采用更高強(qiáng)度的材料和制造工藝等手段，不斷提高傳動(dòng)系統(tǒng)的承載能力。此外，隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量也在不斷提高，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的承載能力提出了更高的要求。

減少振動(dòng)和噪聲方面，通過(guò)優(yōu)化齒輪箱的設(shè)計(jì)、改進(jìn)聯(lián)軸器的性能、采用更先進(jìn)的振動(dòng)和噪聲控制技術(shù)等手段，不斷減少傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲。不僅可以提高傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還改善了風(fēng)電場(chǎng)周邊的環(huán)境噪聲水平。

提高可靠性和使用壽命方面，研優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、采用更可靠的零部件和材料、加強(qiáng)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)等手段，不斷提高傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。同時(shí)，智能監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)的應(yīng)用也為傳動(dòng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障。

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