文 献 综 述

一、研究背景

众所周知，人类的生存和发展离不开能源，能源问题与人类的文明演进息息相关。随着社会和经济的发展，能源的消耗在急骤增长。目前，煤、石油、天然气是人类社会的主要能源，这些化石能源都是不可再生的。另外，人类无限制地燃烧煤炭、天然气、石油等燃料发电，也是产生温室效应及污染物排放的主要因素，以致世界性的能源危机加剧和全球环境日趋恶化^[1]。

为了实现人类社会未来的可持续发展与解决化石能源带来的环境问题，必须大力发展新型能源。地球上除了煤、石油、天然气等化石能源外，还有丰富的风能、太阳能、水能等。随着人类科学技术的进步，大规模开发风能、太阳能等可再生能源成为现实。由于风力发电生产周期清洁无污染，储量丰富，大力开发风能对于缓解能源危机、保护环境具有十分重要的意义。我国幅员辽阔，风力资源丰富，风力发电技术逐渐成熟，具备开发条件。

风力发电机组是将风能转化为电能的机械设备。目前,风力发电机组向大型化方向发展对传动系统运行的稳定性和可靠性提出了更高的要求。传动系统的性能特性直接影响着风电机组的运行情况和发电量。传动系统的设计是研究风能与电能转化过程中的传动方式和布局情况等,关系着整机系统的运行状况。

二、风力发电机组主传动系统的典型结构及各部件的功能

当今兆瓦级以上的大型风力发电机组技术臻于成熟，一般为水平轴传动形式，其传动系统的基本结构由风轮、主轴、齿轮箱、制动器、联轴器、发电机等部件组成。风以一定的速度和攻角作用在叶片上，使叶片产生旋转力矩，带动风轮转子转动，从而将风能转化为机械能；主轴、齿轮箱、联轴器、制动器、发电机等一系列传动链部件均安装在机舱内，风轮产生的转矩经过这些部件的传递，驱动发电机发出电能并通过变流器和变压器输入电网^[2]。

（1）风轮。风轮由具有气动特性的叶片和轮毂组成，其功能是将风能转化为机械能。叶片是风力发电机组的关键零部件之一，兆瓦级风机通常配2~3片，材质多采用玻璃钢，也有使用竹制材料和碳纤维材料制作。轮毂一般是用铸铁或铸钢铸造而成，叶片通过轮毂与机舱相连^[3]。

（2）主轴。主轴主要负责将叶轮上的旋转力矩传递到增速齿轮箱中。主轴通常被安装在风轮和齿轮箱之间,前端通过螺栓与轮毂刚性连接,后端用收缩盘与齿轮箱低速轴连接,支撑系统采用前后轴承结构,有两种结构形式。其一为挑臂梁结构,主轴由两个轴承架所支撑;其二为悬臂梁结构,能承受来自叶片的附加突变负载,减少轴向推力及消除增速装置输入端的俯仰力矩^[4]。

（3）增速齿轮箱。齿轮箱的有无是双馈与直驱两种技术方案的本质区别。其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。风轮的转速很低，远达不到发电机发电的要求，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现。