La caja de cambios en una turbina eólica es un componente mecánico importante, y su función principal es transmitir la potencia generada por la rueda de viento bajo la acción del viento al generador y hacer que obtenga la velocidad correspondiente.
Introducción:
Generalmente, la velocidad de rotación de la rueda de viento es muy baja, mucho menor que la velocidad de rotación requerida por el generador para generar electricidad. Debe realizarse por el efecto de aumento de velocidad del par de engranajes de la caja de engranajes, por lo que la caja de engranajes también se llama caja de aumento de velocidad. De acuerdo con los requisitos generales de diseño de la unidad, a veces el eje de transmisión (comúnmente conocido como eje grande) conectado directamente al cubo de la rueda de viento se integra con la caja de cambios, o el eje grande y la caja de cambios se colocan por separado, durante lo cual Se utilizan manguitos de expansión o acoplamientos Estructura conectada. Para aumentar la capacidad de frenado de la unidad, a menudo se instala un dispositivo de freno en el extremo de entrada o salida de la caja de cambios, y se combina con un freno de punta de pala (rueda de viento de paso fijo) o un dispositivo de freno de paso variable para frenar conjuntamente el sistema de transmisión de la unidad.
Nota:
Dado que la unidad se instala en conductos de ventilación como montañas, zonas silvestres, playas, islas, etc., está sujeta a cambios irregulares de dirección y carga y al impacto de fuertes ráfagas. Está sujeto a calor y frío severos y a diferencias de temperatura extremas durante todo el año, y el entorno natural es inconveniente para el transporte. La caja de cambios está instalada en el espacio estrecho en la parte superior de la torre. Una vez que falla, es muy difícil repararlo. Por tanto, su fiabilidad y vida útil son mucho mayores que las de la maquinaria ordinaria. Por ejemplo, los requisitos para los materiales componentes, además de las propiedades mecánicas en condiciones normales, también deberían tener características tales como resistencia a la fragilidad en frío en condiciones de baja temperatura; debe garantizarse el buen funcionamiento de la caja de cambios para evitar vibraciones y golpes; deben garantizarse unas condiciones de lubricación adecuadas, etc. Para áreas con grandes diferencias de temperatura entre invierno y verano, se deben equipar dispositivos de calefacción y refrigeración adecuados. También configure puntos de monitoreo para controlar remotamente el funcionamiento y el estado de lubricación.
Las diferentes formas de turbinas eólicas tienen diferentes requisitos y, por lo tanto, el diseño y la estructura de las cajas de engranajes son diferentes. En la industria de la energía eólica, la transmisión de engranajes de eje paralelo fijo y la transmisión de engranajes planetarios son las más comunes para las turbinas eólicas de eje horizontal.
Influencia de las condiciones naturales:
La generación de energía eólica se ve afectada por las condiciones naturales. La aparición de algunas condiciones meteorológicas especiales puede provocar un mal funcionamiento de la turbina eólica. La góndola pequeña no puede tener una base sólida como en el suelo. La adaptación de potencia y la vibración torsional de todo el tren de transmisión Los factores siempre se concentran en un eslabón débil. Mucha práctica ha demostrado que este enlace suele ser la caja de cambios de la unidad. Por lo tanto, es particularmente importante fortalecer la investigación sobre la caja de cambios y prestar atención a su mantenimiento.
A través de la introducción de tecnología avanzada de la alemana RENK, la compañía ha desarrollado con éxito varios productos de la serie de cajas de engranajes de energía eólica para uso marino y terrestre que van desde 1.5MW a 5MW. En la actualidad, los prototipos de cajas de engranajes de energía eólica de 5MW se han conectado a la red para la generación de energía, se ha logrado la producción en masa y la operación en el sitio está en buenas condiciones. El diseño del esquema general de las cajas de engranajes de energía eólica se puede diseñar con diferentes estructuras de relación de velocidad de acuerdo con los requisitos del usuario, y también se puede diseñar con aumentadores de velocidad de tipo prototipo alto, alta temperatura, baja temperatura y baja velocidad del viento de acuerdo con los requisitos del usuario.
Aumento de la capacidad unitaria de una sola unidad El aumento de la capacidad unitaria de la unidad de energía eólica es propicio para mejorar la tasa de utilización de la energía eólica, reducir la huella del parque eólico, reducir el costo de operación y mantenimiento del parque eólico y mejorar la competitividad del mercado de energía eólica.
Por un lado, todas las turbinas eólicas marinas se transforman a partir de turbinas eólicas terrestres, y las complejas condiciones naturales marinas hacen que la tasa de fallas de las turbinas eólicas siga siendo alta, como el parque eólico marino más grande del mundo en el parque eólico Horn Reef de Dinamarca, 80 eólicas marinas granjas La tasa de averías de la unidad supera el 70%. Por otro lado, la red no podrá soportar la enorme potencia proporcionada por los sitios de energía eólica marina a gran escala. Por lo tanto, el desarrollo a gran escala de la energía eólica marina todavía necesita resolver los problemas de las unidades generadoras y las instalaciones de apoyo para Internet.
La tecnología de frecuencia constante de velocidad variable se promueve rápidamente. En la actualidad, las turbinas eólicas que operan a velocidad constante en el mercado generalmente adoptan generadores asíncronos con una estructura de doble devanado y operan a dos velocidades. En la sección de alta velocidad del viento, el generador funciona a mayor velocidad; en la sección de baja velocidad del viento, el generador funciona a menor velocidad. Sus ventajas son un control simple y alta confiabilidad; la desventaja es que la velocidad de rotación es básicamente constante y la velocidad del viento a menudo cambia, por lo que la unidad se encuentra a menudo en un estado con un factor de utilización de energía eólica bajo y la energía eólica no se puede utilizar por completo.
Con el avance de la tecnología de energía eólica, el desarrollo de turbinas eólicas y los fabricantes comenzaron a utilizar tecnología de frecuencia constante de velocidad variable, combinada con la aplicación de tecnología de paso variable para desarrollar turbinas eólicas de paso variable y velocidad variable. En comparación con las turbinas eólicas que operan a velocidades constantes, las turbinas eólicas que operan a velocidades variables tienen las ventajas de una gran generación de energía, buena adaptabilidad a cambios en la velocidad del viento, bajos costos de producción y alta eficiencia. Por lo tanto, las turbinas eólicas de velocidad variable también son una de las tendencias de desarrollo futuras. Las empresas alemanas son actualmente la empresa que produce más aerogeneradores de velocidad variable del mundo.
Turbinas eólicas de transmisión directa y semi-directa Las turbinas eólicas de transmisión directa utilizan motores multipolares e impulsores conectados directamente para la conducción, lo que elimina la necesidad de cajas de engranajes con altas tasas de falla, alta eficiencia a bajas velocidades del viento, bajo nivel de ruido y larga vida útil , Las ventajas de los bajos costos de operación y mantenimiento. En los últimos años, la participación de la capacidad instalada de las turbinas eólicas de accionamiento directo ha aumentado significativamente, pero debido a razones técnicas y de costos, las turbinas eólicas con cajas de cambios que aumentan la velocidad seguirán dominando el mercado durante mucho tiempo en el futuro. La transmisión semidirecta es un modo de transmisión entre la transmisión de la caja de cambios y la transmisión directa. Utiliza una caja de cambios de primera etapa para aumentar la velocidad, tiene una estructura compacta y tiene una velocidad relativamente alta y un par pequeño. En comparación con la transmisión de caja de cambios tradicional, la transmisión semidirecta aumenta la confiabilidad del sistema; y en comparación con la transmisión directa de gran diámetro, la transmisión semi-directa reduce el volumen y el peso del sistema a través de una disposición de cabina más eficiente y compacta.
Los engranajes externos de las cajas de engranajes de energía eólica generalmente adoptan el proceso de pulido de engranajes de enfriamiento por cementación. Debido a la introducción de una gran cantidad de rectificadoras de engranajes CNC de alta eficiencia y alta precisión, el nivel de acabado de las cajas de engranajes de energía eólica se ha mejorado significativamente. El gran tamaño de la corona y los requisitos de alta precisión de mecanizado de las cajas de engranajes de energía eólica deben reflejarse en el proceso de fabricación de dientes y el control de deformación por tratamiento térmico del engranaje interno helicoidal.
La precisión de mecanizado de la carcasa, el portasatélites, el eje de entrada y otras partes estructurales de la caja de engranajes de energía eólica tiene una influencia muy importante en la calidad del engranaje de la transmisión de engranajes y la vida útil del rodamiento. La calidad del montaje también determina la vida útil de la caja de cambios de energía eólica. El nivel de confiabilidad. Por lo tanto, la adquisición de cajas de engranajes de energía eólica de alta calidad y alta confiabilidad requiere un estricto control de calidad en todos los aspectos del proceso de fabricación, además de la tecnología de diseño y el soporte del equipo de fabricación necesario.
Para la caja de cambios principal de una turbina eólica, una vez que el aceite está contaminado por el agua y no se puede encontrar y tratar a tiempo, el impacto es sin duda fatal. Esto incluye reducir la viscosidad del aceite, destruir la película de aceite, acelerar la oxidación del aceite, provocar la precipitación de aditivos y luego causar daños en las piezas.
Para garantizar la seguridad del aceite en la caja de engranajes principal del ventilador, evitar que el agua ingrese al sistema es una forma efectiva de lidiar con la contaminación del agua, como el reemplazo regular e instalación de respiradores a prueba de humedad, pero cuando el sistema está contaminado por agua, también se deben tomar los métodos de tratamiento correspondientes.
Instale un tubo de succión en el sistema de filtro de derivación de la caja de engranajes de la turbina eólica, polímero súper absorbente incorporado, la eficiencia de absorción de agua es tan alta como 95%. El aceite se calienta y el agua se evapora en el secador sin provocar que el aceite se oxide a temperaturas excesivamente altas. La máquina de deshidratación de alto vacío puede eliminar del 80% al 90% del agua disuelta.
Gran parte de los fallos de los reductores de energía eólica se deben a los engranajes. El entorno de funcionamiento de los engranajes es más complicado, la sobrecarga a largo plazo, la lubricación deficiente, la instalación incorrecta de cojinetes o engranajes y el mal engrane de los engranajes provocarán fallas en los engranajes y acortarán la vida útil. .
La detección de vibraciones es actualmente un método de detección completo y eficaz para detectar fallas en las cajas de engranajes de energía eólica. Siempre que el uso de un equipo de detección de vibraciones adecuado para recopilar datos y analizar pueda determinar el funcionamiento del engranaje, la reparación y reemplazo oportunos de las piezas defectuosas para garantizar el funcionamiento normal del equipo, incluso Prevenga fallas tempranas para extender la vida útil de los componentes.
Cuando se desgasta el engranaje de una caja de cambios de energía eólica, la amplitud de la banda lateral de la frecuencia de malla aumentará significativamente. En casos severos, aparecerá la frecuencia natural del engranaje y habrá modulación de frecuencia. Generalmente, cuando la carga es alta, aparecerá una frecuencia de mallado muy alta y su frecuencia armónica. La frecuencia de engranaje del engranaje y sus armónicos son modulados por la frecuencia de rotación y se produce una vibración de frecuencia natural; cuando el engranaje está desalineado, generalmente se generan armónicos más altos de la frecuencia de engrane del engranaje, y la amplitud de la primera frecuencia es menor y la amplitud de los dos y tres tiempos es mayor.
Una vez recopilados los datos de vibración, la frecuencia de engrane del engranaje se puede calcular de acuerdo con datos como el número de dientes y la velocidad de la caja de engranajes de energía eólica, y las características en el dominio del tiempo o el espectro de frecuencia se pueden utilizar para diagnosticar la falla de la caja de cambios. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, debido a que hay varios juegos de engranajes y cojinetes en la caja de cambios, la velocidad no es estática. El análisis de espectro suele tener varias frecuencias, algunas de las cuales están muy próximas, lo que dificulta su identificación.
En este momento, necesitamos combinar el análisis de amplitud basado en la posición del punto de medición. Para cada caja de cambios, cuando esté en buenas condiciones de funcionamiento, recopile el espectro de frecuencia de referencia y compárelo con el espectro de frecuencia de referencia en el monitoreo de condición y diagnóstico de fallas. problema.
La generación de energía eólica utiliza el viento para impulsar la rotación de las palas de los molinos de viento y luego aumenta la velocidad de rotación a través de un incrementador de velocidad para promover que el generador genere electricidad. Según la tecnología actual de los molinos de viento, la generación de energía puede comenzar a una velocidad de brisa de unos tres metros por segundo.
El aerogenerador está compuesto por un morro, un cuerpo giratorio, una cola y palas. Cada parte es importante. Las palas se utilizan para recibir viento y convertirse en electricidad a través de la nariz; la cola mantiene las palas siempre orientadas en la dirección del viento entrante para obtener una gran energía eólica; el cuerpo giratorio puede hacer que la nariz gire de manera flexible para realizar la función de ajustar la dirección de la cola; El rotor del cabezal de la máquina es un imán permanente y el devanado del estator corta las líneas magnéticas de fuerza para generar electricidad.
La góndola contiene el equipo clave de la turbina eólica, incluidas las cajas de cambios y los generadores. El personal de mantenimiento puede ingresar a la góndola a través de la torre del aerogenerador. El extremo izquierdo de la góndola es el rotor de la turbina eólica, es decir, las palas del rotor y el eje. Las palas del rotor se utilizan para captar el viento y transmitirlo al eje del rotor.
El eje de baja velocidad de la generación de energía eólica conecta el eje del rotor con la caja de engranajes. El eje de baja velocidad está en el lado izquierdo de la caja de engranajes, lo que puede aumentar la velocidad del eje de alta velocidad a 50 veces la del eje de baja velocidad. Eje de alta velocidad y su freno mecánico: El eje de alta velocidad funciona a 1500 revoluciones por minuto y acciona el generador. Está equipado con un freno mecánico de emergencia, que se utiliza cuando falla el freno aerodinámico o cuando se está reparando el aerogenerador.
El controlador electrónico de generación de energía eólica incluye una computadora que monitorea constantemente el estado del generador de energía eólica y controla el dispositivo de guiñada. Para evitar cualquier mal funcionamiento, el controlador puede detener automáticamente la rotación de la turbina eólica y llamar al operador de la turbina a través del módem telefónico.
El sistema hidráulico de energía eólica se utiliza para restablecer el freno aerodinámico del aerogenerador; el elemento de enfriamiento contiene un ventilador para enfriar el generador. Además, contiene un elemento de enfriamiento de aceite para enfriar el aceite en la caja de cambios. Algunas turbinas eólicas tienen generadores enfriados por agua.
