摘 要

随着风能这一清洁能源的不断开发和利用，我国的风力发电总装机容量已经是世界第一。而齿轮箱的故障也是导致风电机组停机的主要原因之一，所以风电齿轮箱润滑和监测等的系统的设计就显得尤为重要。本文主要以3MW风电齿轮箱的润滑和监测系统的设计为设计内容。

首先，参考国内外的资料，本文介绍了风电发展的的背景以及风电齿轮箱存在的各方面故障问题，并了解国内外的研究现状和课题意义。

其次，本文通过各个结构的对比得出最佳的传动方案，然后根据齿轮箱润滑冷却的需求和故障原因，设计出合理的冷却润滑和监测系统。还有合理的箱体的结构以及尺寸。

最后，通过介绍Pro/E的三维建模过程，可以更加直观的了解齿轮箱的结构特点和冷却润滑系统的工作原理。

关键词：风电齿轮箱；冷却润滑；故障监测

Abstract

With the constant development and utilization of wind energy，The total installed capacity of wind power in China is already the first in the world.And the fault of the gear box is also one of the main reasons that lead to the shutdown of the wind turbine,So the design of the system of the wind power gear box lubrication and monitoring is particularly important.In this paper, the 3MW wind power gear box lubrication and monitoring system design for the design content.

Firstly，reference materials at home and abroad,This paper introduces the development of wind power and the background of the wind power gear box in all aspects of the problem,And understanding of domestic and international research status and the significance of the topic.

Secondly, through the comparison of each structure, the optimal transmission scheme is obtained,And then according to the demand of the gear box and the reason of the fault, the reasonable cooling lubrication and monitoring system are designed.There are reasonable structure and size of the box.

Finally, the 3D modeling process of Pro/E is introduced,this can more intuitive understanding of the structural characteristics of the gear box and cooling lubrication system working principle.

Key words: wind power gear box; cooling and lubrication; fault monitoring

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2 国内外的发展现状与趋势 2

1.2.1 风力发电国内发展现状 2

1.2.2 风力发电国外发展现状 3

1.3 论文的主要内容 4

1.4 本章小结 4

第二章 齿轮箱的设计 5

2.1 风电齿轮箱传动方案确定 5

2.2 风电的密封、冷却和润滑系统 7

2.3 齿轮箱的润滑、冷却 8

2.3.1 润滑方式 9

2.3.2 润滑冷却系统的结构 9

2.3.3 润滑冷却系统的工作过程 10

2.3.4 润滑油 13

2.4 箱体 14

2.4.1 箱体的结构及材料 14

2.4.2 近似计算齿轮箱相关参数 15

2.5 本章小结 16

第三章 齿轮箱故障及检测 17

3.1 齿轮箱常见的故障 17

3.1.1 齿轮故障 17

3.1.2 轴承损坏 18

3.1.3 润滑系统故障 18

3.1.4其他故障 19

3.2 齿轮箱故障监测 19

3.2.1监测方法 19

3.2.2 监测参数的选择 20

3.2.3 监测系统 21

3.3 本章小结 24

第四章 基于Pro/E的三维建模 25

4.1 Pro/E参数化建模概述 25

4.2 建模过程 25

4.2.1 箱体建模 25

4.2.2 冷却润滑系统建模 29

4.3 本章小结 30

第五章 结论与展望 31

5.1 结论 31

5.2 展望 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1课题背景

纵观现在社会的发展，科学技术作为第一推动力，当科学技术发展到一定的阶段时候，将会给人类社会到来突飞猛进的发展。如今，这一推动力的作用也是越来越突出。尤其表现在新能源的发展上。

风能是一种可再生能源，与其他能源相比，其总量要比固体、液体燃料能量的总和大得多，根据不完全统计在全球2万亿千瓦的风能的总量中有200亿千瓦可利用。风力发电不但没有燃料价格风险，而且风力发电具有稳定的成本。此外，风能在全球范围内也有广泛的分布。正因为有这些方面的优点，风电产业得到发展迅速[1]。

所以风电在我国上有了飞速的发展。叶片、行星齿轮箱、冷却系统、塔架、发电机和刹车系统等组成了风力发电机组。齿轮箱是风电机组的重要部件，主要作用是使转速达到发电机额定转速。风电齿轮箱是风电技术的核心，并且处在不断地发展中。

近些年来，风电产业在中国蓬勃发展，2014年新增装机容量达到23196MW，居世界第一。如今，各国能源部门与相关科研单位对风电产业不断地投入，使风电产业得到不断地发展，单机装机容量也正在持续升高[2]。随着风电机组装机容量的持续升高，机组产生了大量的热量，从而导致机组的故障频发。所以为确保风电机组可靠运行，必须在机组上安装与产生热量相当的冷却系统和润滑系统，可以即使带走机组的热量。不仅如此，目前我国风电机组有近7万台齿轮箱处于运行期间，其中将近85%的齿轮箱已经处于疲劳寿命的中前期[3]。根据风机故障原因的不完全统计，其中齿轮箱故障约占40% [4]。是机组故障的主要原因之一。另外对齿轮箱故障原因的研究统计中，结果如图1-1所示，故障主要集中在齿轮、轴承以及齿轮轴上。

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