近期線下活動

第四屆風電運維技改研討會 2025.3.18-19 北京

工商業儲能項目全流程培訓 2025.3.6-7  杭州

光伏電站運維·基地實戰訓練營 2025.2.24-27 蕪湖 

電力交易員（中級）專項培訓班 2025.3.11-14 北京

聯系人：王老師 13373444802

在當今全球能源轉型的大背景下，風能作為一種清潔、可再生的能源，正逐步成為推動綠色發展的重要力量。風電機組作為風能利用的核心設備，其高效、穩定的運行對于提升風能利用效率、促進風電產業發展具有重要意義。

風電機組傳動系統是連接風輪與發電機的橋梁，它不僅要承受巨大的載荷和復雜的工況，還要確保動力傳遞的高效性和穩定性。傳動系統的主要部件包括傳動軸、齒輪箱（直驅式風電機組不需要齒輪箱）、聯軸器和制動器等，它們相互配合，共同實現將風輪產生的機械轉矩傳遞給發電機的功能。

帶有齒輪箱的風電機組傳動系統示意圖  圖源：網絡

風電機組傳動軸

傳動軸承擔著將風輪產生的動力傳遞給齒輪箱的重要任務。在風電機組中，傳動軸通常分為主軸和中間軸（如有）等部分。主軸是用來連接風輪輪轂和增速齒輪箱的輸入軸，采用滾動軸承支撐在主機架上，是傳遞轉矩和支撐載荷的基石。

主軸示意圖  圖源：網絡

工作原理與功能

風輪在風力作用下旋轉，產生巨大的機械轉矩，這個轉矩通過主軸傳遞給齒輪箱。主軸不僅要承受這個轉矩，還要支撐風輪的重力載荷和軸向推力載荷。為了確保主軸能夠穩定、可靠地工作，制造主軸的材料通常選擇碳素合金鋼，通過熱處理、化學處理及表面強化處理提高其機械性能。

支撐結構型式

獨立軸承支撐結構是其中較為常見的一種，它采用前后兩個獨立的軸承支撐主軸，共同承受載荷。這種結構相對較長，制作成本較高，但穩定性較好，主要用于中小型風電機組。

隨著風電機組單機容量的不斷增加，對主軸的支撐結構也提出了更高的要求。

三點支撐式主軸將主軸前軸承獨立安裝在機架上，后軸承與齒輪箱內軸承做成一體，結構緊湊，有利于降低后支撐的載荷，在現代大型風電機組中得到了廣泛應用。

集成式主軸則將主軸的前后支撐軸承與齒輪箱做成一個整體，可以減小風輪的懸臂尺寸，降低主軸載荷，但維修齒輪箱時需同時拆除主軸，對維護提出了一定的挑戰。

獨立軸承支撐結構                    三點支撐式主軸                       集成式主軸

圖源：網絡

風電機組齒輪箱

齒輪箱主要功能是將風輪在風力作用下產生的動力傳遞給發電機，并使其得到相應的轉速。由于風輪的轉速很低，遠達不到發電機的轉速要求，因此需要通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現。

工作原理與功能

齒輪箱內部通過多級齒輪的嚙合，將風輪的低速動力轉化為高速動力。在這個過程中，齒輪箱不僅要實現增速作用，還要確保轉矩的平穩傳遞。為了實現這一目標，齒輪箱通常采用行星齒輪傳動或平行軸齒輪傳動等傳動方式。這些傳動方式具有傳動效率高、承載能力強等優點，能夠確保齒輪箱在復雜工況下穩定、可靠地工作。

     兩級平行軸圓柱齒輪傳動齒輪箱                一級行星和一級圓柱齒輪傳動齒輪箱

圖源：網絡

在風電機組中的作用

齒輪箱不僅提高了風輪的轉速，使其達到發電機的要求，還確保了轉矩的平穩傳遞。齒輪箱的設計和材料選擇也直接關系到風電機組的整體效率、可靠性和使用壽命。為了確保齒輪箱的高效性和穩定性，設計時需要充分考慮其工作環境和工況特點，如溫度、濕度、鹽霧等因素對齒輪箱的影響。同時，齒輪箱的材料也需要具備良好的機械性能和耐腐蝕性，以確保其長期穩定運行。

風電機組聯軸器

聯軸器是傳動系統的軸系之間設置的連接構件，用于傳動軸的聯接和動力傳遞。在風電機組中，聯軸器不僅要承受巨大的載荷和復雜的工況，還要具備良好的對中性和補償能力，以確保傳動系統的穩定運行。

聯軸器可以分為剛性聯軸器（如脹套聯軸器）和撓性聯軸器兩大類，撓性聯軸器又可分為無彈性元件聯軸器（如萬向聯軸器）、非金屬彈性元件聯軸器（如輪胎聯軸器）和金屬彈性元件聯軸器（如膜片聯軸器）。

工作原理與功能

剛性聯軸器通常用于對中性比較好的兩個軸之間的連接，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中，減少因不對中而產生的額外載荷和振動。

撓性聯軸器則主要用在對中性較差的兩個軸之間的連接，如齒輪箱高速軸與發電機軸連接處。它能夠補償軸系之間的不對中、偏斜和偏移，減少因不對中而產生的振動和噪聲，同時增加傳動鏈的系統阻尼，保護傳動系統免受損害。

在風電機組中的作用

聯軸器確保了傳動系統的高效性和穩定性。特別是在大型風電機組中，由于風輪和發電機之間的距離較大，軸系之間的不對中問題更加突出。撓性聯軸器的應用有效地解決了這一問題，提高了傳動系統的可靠性和使用壽命。

風電機組制動器

制動器主要功能是在風電機組需要維修停機、風速超過風輪工作風速范圍、突然甩掉負荷等情況時，使風輪達到靜止或者空轉狀態，以確保機組的安全運行。

制動器分兩類：機械制動器和空氣動力制動器。

工作原理與功能

機械制動器是風電機組中最常見的制動方式之一，它通常通過機械裝置對風輪施加制動力矩，使其減速并停止轉動。

空氣動力制動器則利用空氣動力學的原理來實現制動，通過調整風輪葉片的角度或形狀，改變風輪所受的空氣動力，從而產生制動力矩。

這兩種制動方式各有優缺點，機械制動器結構簡單、可靠性高、維護方便，但制動過程中可能會產生較大的沖擊和磨損；空氣動力制動器響應速度快、制動力矩大，但受風速影響較大，且結構相對復雜。

在風電機組中的作用

制動器能夠有效防止風電機組在惡劣工況下發生損壞或事故。特別是在風速超過風輪工作風速范圍或突然甩掉負荷等情況下，制動器的快速響應和可靠性能夠確保風電機組的安全停機，減少因事故造成的損失。

風電機組結語

隨著風電技術的不斷進步和風電產業的快速發展，風電機組傳動系統也在不斷創新和完善。

提高傳動效率方面，通過優化齒輪箱的設計、改進齒輪的嚙合方式、采用更高效的傳動方式等手段，不斷提高傳動系統的傳動效率。同時，新材料、新工藝的應用也為傳動系統的性能提升提供了有力支持。

增強承載能力方面，通過優化傳動軸和齒輪箱的結構設計、采用更高強度的材料和制造工藝等手段，不斷提高傳動系統的承載能力。此外，隨著風電技術的不斷進步，風電機組的單機容量也在不斷提高，對傳動系統的承載能力提出了更高的要求。

減少振動和噪聲方面，通過優化齒輪箱的設計、改進聯軸器的性能、采用更先進的振動和噪聲控制技術等手段，不斷減少傳動系統的振動和噪聲。不僅可以提高傳動系統的穩定性和可靠性，還改善了風電場周邊的環境噪聲水平。

提高可靠性和使用壽命方面，研優化傳動系統的設計、采用更可靠的零部件和材料、加強傳動系統的運行維護等手段，不斷提高傳動系統的可靠性和使用壽命。同時，智能監測和診斷技術的應用也為傳動系統的安全運行提供了有力保障。

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