应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模及解耦方法

在行星轮系动力学建模中,常以非线性油膜力或线性刚度-阻尼形式考虑其对系统动力学特性的影响,前者仿真精度高但计算成本也高,后者计算效率高却忽略了油膜力和轴颈-轴套偏心量的时变性,仿真精度有限。为此,以2MW级风电齿轮箱为研究对象,建立滑动轴承时变线性刚度-阻尼模型,提出计入轴颈-轴套时变偏心量的滑动轴承附加偏心修正力计算方法;利用行星架销轴-行星轮变形协调关系,将时变线性刚度-阻尼模型与附加偏心修正力进行耦合;建立应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学模型,对比了工况和轴承参数对模型计算精度与系统动态响应的影响,并通过试验加以验证。研究结果表明,齿轮副动态啮合力波动会使滑动轴承刚度-阻尼系数和附加偏心修正力产生周期性变化;在稳定和瞬态工况下,提出的模型可以很好地预测系统响应,尤其是行星轮振动响应;减小滑动轴承宽径比与间隙、增大输入转矩可以改善系统均载性能。

考虑齿面闪温的风电齿轮箱裂纹故障特征分析

为了研究齿面闪温对风电齿轮箱裂纹故障时系统动力学响应的影响,利用Blok闪温理论分析齿轮啮合时的齿面温度,应用热变形公式计算齿廓形变,进而通过Hertz接触理论获得计及齿面闪温影响的轮齿刚度。考虑齿面闪温、阻尼、时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙,建立含有高速级齿轮齿根裂纹的齿轮箱扭转动力学模型。通过时域图、频谱图、相图和Poincaré截面分析不同裂纹长度下系统振动特性随齿面闪温变化的规律,并比较裂纹故障仿真与实验的时频域结果。结果表明:齿面闪温使时域图上裂纹产生的冲击幅值增大、频域图中故障边频结构更为复杂、相图曲线向外扩展以及Poincaré截面离散点增多,且变化均随裂纹长度的增加越为明显。研究结论可为齿轮裂纹故障状态的诊断与监测提供依据。

环境参数对风电齿轮箱传动系统疲劳损伤的影响

在风电机组全寿命周期内,长期风速概率分布会使风电齿轮箱传动系统动载荷出现随机特性,影响其疲劳损伤预估精度。笔者提出了一种考虑长期风速概率分布特征的风电齿轮箱传动系统疲劳损伤预估方法,通过建立大功率海上风电机组OpenFAST-SIMPACK联合仿真模型,计算不同平均风速与湍流强度组合工况下的风电齿轮箱传动系统齿轮短期疲劳损伤,进而采用代理模型技术重构“平均风速、湍流强度-短期疲劳损伤”映射关系,预测齿轮长期疲劳损伤。研究结果表明:风电齿轮箱传动系统低速级太阳轮容易发生接触疲劳失效;在额定风速以下,低速级太阳轮短期疲劳损伤与平均风速呈正相关,在额定风速附近,平均风速与湍流强度的随机特性均会增大其长期疲劳损伤不确定性,增大其疲劳失效风险。

大型风电齿轮箱宏观参数优化设计

在大兆瓦级风电齿轮箱设计中,为了提高功率密度同时又尽量减小振动噪声,提出一种齿轮宏观参数优化设计方法。以功率密度、啮合刚度为优化目标,抓住最主要的影响因素,建立多目标优化模型,在模型函数中综合考虑重合度、啮合刚度、齿轮强度与宏观参数设计的关系,得出高效可行的优化方法。对5MW风机高速级齿轮优化结果进行对比,该优化方法在保证齿轮强度条件下,可有效增加啮合刚度,减小传递误差,提高动力学性能,与试验结果对比,降低噪音值4%左右。

风电齿轮箱磨损故障建模与分析

为获得磨损故障状态下风电齿轮箱的传动特性,开展仿真实验研究。以MW级风电齿轮箱为研究对象,基于SolidWorks与ADAMS建立相应的虚拟样机,在合理设置仿真参数的基础上,进行健康和两种中间级行星轮磨损状态的动力学仿真。结果表明:通过监测风电齿轮箱高速级小齿轮的角加速度信号,可以判定中间级行星轮是否存在磨损故障;中间级行星轮磨损故障状态下,高速级小齿轮角加速度信号的故障频率幅值随着磨损程度的增大而增大,啮合频率的幅值随着磨损程度的增大而减小;高速级小齿轮角加速度信号的边带啮合频率幅值比可以作为中间级行星轮磨损故障的判别依据,通过该值可以监测磨损故障的变化趋势。

风电齿轮箱应用吸附式过滤器的可行性探析

风机齿轮箱齿轮油金属磨粒超标造成齿轮箱故障多发,标配的纤维质网篦式滤芯无法有效滤除齿轮油中的污染物。吸附式可以解决这些问题,具有滤除效率高、使用寿命长、不滤除有效添加剂、不产生有害废弃物的优点。本文以某公司为例,对风电齿轮箱应用吸附式过滤器的可行性展开分析。

风电齿轮箱太阳轮断齿研究

分析讨论了太阳轮的断齿原因。SEM结果表明:在断裂面疲劳源处,有大量的非金属夹杂物聚集,金属基体的连续性被夹杂物破坏,这样会造成局部的应力集中,从而萌生裂纹,最终导致太阳轮疲劳断齿。

风电齿轮箱润滑冷却系统结构优化

通过了解风力发电机组齿轮箱运行故障及风险,结合齿轮箱润滑、冷却系统工作原理,提出对润滑、冷却系统进行优化设计;根据实际情况选择合理的优化方案,优化冷却器的设计、油泵和过滤器的配置、润滑冷却系统的控制策略以及润滑油的选择等,从而降低齿轮箱故障,避免齿轮箱因轴承超温或者轴承磨损导致风力发电机组停机,同时延迟齿轮箱及润滑油使用寿命。

风电齿轮箱油温高原因及解决方法

风电齿轮箱油温过高是一个常见的问题,可能导致油液老化和齿轮箱寿命的缩短。造成油温过高的主要原因有工作负载过大、过热的环境条件和油液循环不畅等。本文将主要研究风电齿轮箱油温高原因及解决方法,提出部分解决方案可以有效地降低齿轮箱油温,延长齿轮箱的寿命,提高风电设备的可靠性和效率。

计入结构柔性的风电齿轮箱行星轮系动力学特性研究

针对常规梁/壳单元无法考虑复杂构件几何特征、计算精度低和大规模有限元计算量大、系统级建模与动态分析困难的问题,提出一种计入结构柔性的行星轮系变速动力学建模方法。以某型5 MW级风电齿轮箱低速级行星轮系为研究对象,根据内齿圈结构及边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿与弹性支撑的耦合关系,通过引入啮合副变速表征变量和内齿圈虚拟振动线位移,将驱动轮转角与行星轮系多轮齿啮合状态进行关联,并计入行星架和太阳轮轴柔性,利用界面位移协调条件将各构件耦合,建立行星轮系变速动力学模型。研究结果表明,当5个行星轮受力平衡时,内齿圈轮齿节点瞬态变形整体呈“五角星”形状,并随着行星架旋转;行星轮系轮齿动载荷先增大后减小,变化趋势与单对齿啮合刚度相似;稳态工况下的内齿圈轮齿节点振动位移呈现大幅低频波动和高频振动的叠加特征;输入扭矩突变会破坏多个行星轮之间的动载荷平衡,而柔性内齿圈可在一定程度上吸收部分因冲击载荷引起的构件振动,提高了均载性能。

兆瓦级风电齿轮箱传动系统瞬态动力学响应等效缩减方法

随着风电齿轮箱朝10 MW及以上超大功率发展,其全尺寸测试受到试验台架功率限制的问题愈发明显。该研究提出了兆瓦级风电齿轮箱传动系统瞬态动力学响应等效缩减方法,以某型5 MW风电齿轮箱为研究对象,建立了风电齿轮箱传动系统变速动力学模型,并基于量纲理论推导了适用变速工况的风电齿轮箱传动系统等效缩减动力学相似关系,对比分析了原型与缩减后的风电齿轮箱传动系统固有特性与振动响应。研究结果表明,缩减后的风电齿轮箱传动系统固有频率、模态振型与原型满足相似关系,并且缩减后的风电齿轮箱传动系统稳态响应、瞬态响应均与原型满足相似关系,最大误差小于3%。该方法可以为风电齿轮箱等效缩减设计提供一定的参考依据。

一种自适应CS算法及其在风电齿轮箱故障诊断中的应用

针对布谷鸟搜索(CS)算法易出现早熟收敛以及风电机组齿轮箱的故障模式难以有效识别等问题,提出一种基于自适应CS算法的BP神经网络(SaCS-BP)智能诊断技术。通过构建SaCS算法,实现了步长和发现概率的自适应调整,并采用一组基准函数测试了该算法的有效性;将SaCS与BP神经网络进行融合,构建了风电齿轮箱的故障诊断模型。结果表明,SaCS算法具有较佳的寻优精度和普适性。此外,与BP神经网络以及布谷鸟搜索算法优化BP网络(CS-BP)相比,SaCS-BP算法获得了最高的诊断准确度,从而实现了风电齿轮箱故障模式的有效识别。

考虑环境参数的风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化

随机风速会使风电齿轮箱传动系统出现频繁的载荷波动,造成复杂的结构变形,容易产生齿轮偏载,加剧其接触疲劳失效风险。提出了一种考虑环境参数随机不确定性的风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化方法,在建立计入全局载荷的风电齿轮箱传动系统动力学模型基础上,利用代理模型方法重构“平均风速、湍流强度-齿轮修形参数-齿轮长期接触疲劳损伤”映射关系,建立考虑风速概率分布的多级齿轮修形参数优化函数,对比了风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化效果。结果表明,低速级太阳轮长期接触疲劳损伤值大于0.7,是风电齿轮箱传动系统高可靠设计的薄弱环节之一;优化后的风电齿轮箱齿轮长期接触疲劳损伤值明显降低,其中低速级太阳轮长期接触疲劳损伤值降低了11.37%,疲劳性能提升效果显著。

低速重载风电齿轮箱径向滑动轴承多运行状态润滑性能分析

针对风电齿轮箱中径向滑动轴承频繁启动、低速重载、偏航倾斜等工况,基于平均Reynolds方程建立径向滑动轴承瞬时启动与运行工况耦合的润滑性能数值分析模型,分析了启动阶段轴径轴心运动轨迹,获得启动至稳定阶段轴承膜厚变化状态;分别研究了表面综合粗糙度、轴颈倾斜角度、轴颈转速对轴承启动和稳定运行整个阶段润滑性能的影响规律。结果表明:启动阶段偏心率出现最大值,粗糙接触引起破膜风险最大;随着表面综合粗糙度由0.6增大至1.2μm,轴承承载力和摩擦因数均增加,启动阶段的最大承载力和摩擦因数比稳定阶段增加约13.62%和131.58%;随着轴径倾斜角度由0.0001°增大至0.0004°,轴承承载力和摩擦因数均增大,且启动阶段的最大承载力和摩擦因数比稳定阶段平均约高出30%和116%;随着转速的增加,轴承的承载力增大,摩擦因数减小,有利于提高轴承性能。计算结果为评价滑动轴承频繁启动工况下的磨损风险提供了重要依据,为滑动轴承的运行温度、油膜压力等轴承结构设计和选型提供参考。

基于图注意力和时间卷积网络的风电齿轮箱故障预警方法

针对风电齿轮箱故障预警中数据信息挖掘不充分问题,提出一种基于图注意力和时间卷积网络的风电齿轮箱故障预警方法。分别从时间与空间尺度建立各特征点的物理联系,拓宽特征维度以提升故障预警精度。图注意力网络构建不同数据测点间的空间拓扑结构,遍历每个节点的相邻节点进行加权求和达到聚合信息的目的;时间卷积网络使用特殊的因果膨胀卷积和残差网络,扩大感受野,提升时间特征捕捉能力。以华北某风电场实际数据为例进行验证,结果表明,提出方法能够在故障发生前122 h监测到风电齿轮箱的异常状态并发出预警信号;与其他方法进行对比,提出方法预警时间提前52~63 h,模型预测误差减小1.05%~3.76%;使用t-SNE和概率密度曲线提升结果可解释性。

风电齿轮箱太阳轴类零件智能生产线设计研究

随着我国制造业的发展,对传统工业与信息化技术融合提出了更高的要求,风电齿轮箱太阳轴类零件是齿轮箱的重要零件之一,通过对太阳轴工艺路线的分析,结合各行业自动化生产线设计经验,对太阳轴类零件智能生产线的上下料装置、机床、夹具的设计进行了详细分析,并提出了自动线管理软件应具备的功能,和确保安全生产所必须遵守的基本原则。

三坐标测量机在风电齿轮箱行星架加工中的运用研究

在我国社会经济高速发展过程中,机械设计与生产中各种先进的自动化技术手段应用日益广泛。三坐标测量机作为一种高精度的仪器,在风电齿轮箱行星架加工中应用可以充分地保障产品的质量,可以提升精准度,降低成本,达到提升零部件应用率的目的。基于此,本文主要对三坐标测量机在风电齿轮箱行星架加工中的运用进行了简单的分析研究。

大型风电齿轮箱行星轮系均载分析

随着风力发电设备向单机大功率方向发展,研发更大功率的风电齿轮箱成为目前的必然趋势。行星轮系由于具有承载能力大、体积小等特点而广泛应用于风电齿轮箱,3MW 以上风电齿轮箱多采用两级NGW形式的半直驱形式[1]。行星轮系构件设计与风电齿轮箱的性能密切相关,其均载性能直接影响齿轮箱传动的平稳性及工作的可靠性,因此对行星轮机构的均载性研究十分必要。本文以 4MW风电齿轮箱为研究对象,通过试验对行星轮机构的均载性进行计算和分析。

风电齿轮箱润滑系统优化技术分析

随着当前风力发电技术的不断成熟,在提高风力发展水平的同时,如何进一步降低风力发电成本以及提高发电效率成为了风力发电发展过程中的重要趋势。文章分析了风电齿轮箱润滑系统的重要性以及容易出现的问题,并且提出了风电齿轮箱润滑系统优化技术,以供参考。

大型风电齿轮箱系统耦合动态特性研究

综合考虑轮齿啮合时变刚度、齿轮传递误差、齿轮啮合冲击以及风载变化等因素影响,建立具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学模型。对风电齿轮箱系统有限元模型进行耦合模态分析,运用模态叠加法对齿轮箱系统在内部激励与外部激励综合作用下的振动响应进行求解。将仿真结果与实验数据对比,进而得到齿轮箱各点振动位移、速度、加速度及结构噪声等系统动态评价指标,为大型风电齿轮箱动态特性的准确评价及齿轮系统动态性能优化设计提供理论依据。