风电齿轮箱润滑油污染物及油中磨粒状态分析

污染物是造成风电齿轮箱失效的一个重要原因。为了研究油中污染物及磨粒存在状态对齿轮箱的影响,指导齿轮箱的维护,对某风场已正常运行4年的18台风机在不同运行时段齿轮油中污染度、水分及磨损颗粒物进行检测。结果发现,大部分齿轮油的污染度难以维持在17/15/11(ISO4406),部分风机齿轮油污染度甚至高达22/20/16(ISO4406)。在污染颗粒物中,主要以4~6μm的颗粒物为主,每毫升油液中污染颗粒物数量最高可达24 911个;该风场齿轮油中水分和酸值的含量均在正常运行范围内,对油品和齿轮箱的危害较小;该风场正常运行中的风机的齿轮和轴承均发生了一定程度的磨损,主要以疲劳磨损为主,尺寸最大的颗粒为严重的滑动磨损产生的。     

高速动车齿轮油选型研究

以我国某型号时速350 km高速动车组齿轮箱为研究对象,结合实际运行工况,计算确定齿轮啮合在弹性流体动压润滑状态下对油品黏度的需求;通过有限元方法模拟计算齿轮箱温升平衡后的温度场,确定油品类型;结合实际运行中环境温度范围,确定油品的低温要求。综合该型号高速动车组齿轮箱的黏度需求、抗高温氧化性能要求及低温要求,确定合适的润滑油类型,为高速铁路列车齿轮油类型的选择及匹配油品的设计提供理论依据。     

高速动车组齿轮油选型研究

以我国某型号时速350 km高速动车组齿轮箱为研究对象,结合实际运行工况,计算确定齿轮啮合在弹性流体动压润滑状态下对油品黏度的需求;通过有限元方法模拟计算齿轮箱温升平衡后的温度场,确定油品类型;结合实际运行中环境温度范围,确定油品的低温要求。综合该型号高速动车组齿轮箱的黏度需求、抗高温氧化性能要求及低温要求,确定合适的润滑油类型,为高速铁路列车齿轮油类型的选择及匹配油品的设计提供理论依据。     

80W-140型无人直升机主减速箱齿轮油台架性能试验研究

为了实现无人直升机齿轮油国产化,明确不同性能的齿轮油对齿轮箱性能的影响,从而科学地提高齿轮箱的可靠性和寿命,郑州机械研究所有限公司联合多家单位自主开发了80W-140型无人直升机齿轮油。在实验室对油品性能测试的基础上,通过齿轮箱综合性能试验台对80W-140型油品和进口油的性能表现进行了对比测试,并对台架试验测试得到的振动、噪声、温度、效率和胶合转矩等指标进行了分析。结果表明,不同性能油品对齿轮箱的效率和承载能力的影响明显不同,所研制的80W-140型油品具有较好的抗磨减摩和抗胶合性能,可有效提高齿轮箱的可靠性。     

多传感器数据融合的风电齿轮箱性能衰退评估

针对风电齿轮箱传动结构复杂、所处工况恶劣,难以提取有效振动信号特征进行性能衰退分析的问题,提出多传感器数据融合的风电齿轮箱性能衰退评估方法。该方法将自适应完全集合经验模态分解(CEEM-DAN)、核主分量分析(KPCA)和Hotelling T2统计量相结合,先对风电齿轮箱全寿命的非线性、非平稳振动信号进行CEEMDAN-KPCA降噪处理,再利用KPCA对降噪后的多组振动信号进行融合分析,提取连续的T2值(C-T2)及其时域特征作为评估指标,建立风电齿轮箱性能衰退模型。实验结果表明,该方法对风电齿轮箱振动信号降噪效果显著,C-T2特征有效解决了多组振动信号特征维数膨胀问题,且C-T2时域特征模型比振动信号时域特征模型能更准确地评估风电齿轮箱性能的衰退过程。     

风机齿轮箱故障诊断与预警方法的研究进展

风机运行环境恶劣,工况复杂多变,造成风电机组故障频发。齿轮箱作为风机的关键性部件,故障率达到40%~50%。因此,风机齿轮箱的故障诊断与预警一直是国内外专家学者研究的重点及热点。综述了现阶段风机齿轮箱的故障诊断与预警的三大主要方法,包括振动分析、仿真模拟以及油品性能检测(包括在线监测与离线检测)。详细地阐述了这三种方法的优缺点以及相关改进建议。最后,对齿轮箱故障诊断及预警方法进行了总结及展望。     

动车组齿轮箱润滑油更换周期优化

目前齿轮箱润滑油更换是按照供应商提供的换油周期执行，缺乏对实际运用条件下齿轮箱润滑油性能状态变化情况的跟踪和研究分析。为准确确定CRH380B平台动车组齿轮箱润滑油合理的换油周期，通过理化性能分析以及污染物含量和磨损元素含量变化趋势分析，开展齿轮箱润滑油关键指标变化趋势研究；建立关键指标随油品运行里程变化的数学模型，并对油品运行里程进行预测。结果表明：CRH380B平台动车组齿轮箱润滑油更换周期延长至60万km可行；Fe元素含量变化可作为齿轮箱润滑油重点监控的指标；通过Fe元素含量随油品运行里程变化的数学模型，预测CRH380B齿轮箱润滑油在运行至80万km后仍满足使用要求。     

风电机组齿轮箱在用润滑油运行状态分析

为监测某风场5台风机的齿轮箱润滑油的运行状态,对影响齿轮油衰变和齿轮箱寿命的指标,如齿轮油黏度、黏温性能、水分、酸值和污染物等进行监测,分析在用润滑油在不同运行时间下各个指标的变化情况。结果表明：在不同运行时间下各齿轮油的运动黏度有一定变化,但未发生明显衰变,对齿轮箱不会产生较大影响;酸值和水分的测试结果也显示齿轮油尚未发生明显的劣化;在不同运行时间下齿轮油的动力黏度变化不大,表明齿轮油并未受到严重的剪切作用,其结构没有发生明显的变化;温度对齿轮油有重要的影响,随着温度的降低,齿轮油的动力黏度逐渐变差,因此,齿轮箱的运行应控制在合适温度范围内。污染度测试结果表明,齿轮油的污染度已超标,最高达到22/20/17,最低为18/16/11,可采用更换过滤器或者安装旁路过滤系统的方式来控制该风场风机齿轮箱润滑油的污染度,以延长齿轮箱的使用寿命。     

一种新型配方体系变速箱油在车辆齿轮箱上的使用性能评价

基于油液监测技术,考察一种新型多效车辆齿轮油在车辆齿轮箱上的使用性能,并分析比较该新型多效车辆齿轮油与传统车辆齿轮油在实际使用中极压、抗磨、抗氧和抗腐蚀等方面的性能差异。结果表明,新型多效车辆齿轮油具有良好的理化性能和极压、抗磨、抗氧和抗腐蚀等性能,可实现重负荷齿轮箱长时间正常运行和较长换油周期。     

基于EEMD-CC和PCA的风电齿轮箱状态监测方法

齿轮箱是风力发电机组的核心传动部件,不仅结构复杂制造成本高,而且故障率高维修费用巨大,对其进行状态监测具有重要意义。针对风电齿轮箱在复杂工况下运行所产生的非线性、非平稳振动信号,提出了一种基于EEMD-CC和PCA的风电齿轮箱状态监测方法。该方法先对含有大量噪声的风电齿轮箱振动信号进行集合经验模态分解和相关系数(EEMD-CC)降噪处理。然后,将降噪后的正常信号数据进行主分量分析(PCA)建模,并以T~2统计量和SPE统计量作为信号异常的评判指标。最后,把降噪后的测试数据带入PCA模型中,分别判断T~2和SPE值是否超出阈值,实现风电齿轮箱的状态监测。试验结果证明,该方法能够有效地监测风电齿轮箱的状态。     

大兆瓦级风电齿轮箱耦合动态特性及结构噪声分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响整个机组的性能。建立了具有两级行星加一级平行轴齿轮传动的大兆瓦级风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,采用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析。在综合考虑直斜齿轮时变啮合刚度、齿轮误差及齿轮啮合冲击等内部激励因素综合作用影响下,运用直接积分法对整个风电齿轮箱系统进行了动态响应求解,从而获得齿轮箱各点的振动位移、速度及加速度动态评价指标,并且对系统结构噪声进行了分析。研究结果可为大兆瓦级风电齿轮箱的动态性能优化提供参考。     

Torque loss in a gearbox lubricated with wind turbine gear oils

In this study, four different fully formulated ISO VG 320 wind turbine gear oils were select: a mineral oil‐based, a polyalphaolefin‐based, an ester‐based and a polyalkyleneglycol‐based fluids. Their physical properties (viscosity, thermoviscosity, piezoviscosity etc.) were characterised for a wide range of operating temperatures. A two‐stage multiplying gearbox, with helical gears, was selected to evaluate the influence of the wind turbine gear oil formulation on torque loss with the gearbox operating at low speed (130–230 rpm) and high torque (500–1000 Nm). The results obtained showed that each wind turbine gear oil formulation generated very different torque losses, evacuated heat flows and operating temperatures, with differences above 20 °C under the most severe operating conditions. A numerical model was developed, simulating all power loss mechanisms inside the gearbox, in particular the churning and friction losses. The coefficients of friction, between gear teeth and between rolling elements and bearing raceways, were calculated for all the tested oils. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于光谱分析技术的风机齿轮箱系统维护策略研究

风机齿轮箱中轴承和齿面的磨损是齿轮箱最常见的累积故障,当齿轮箱中的系统部件的累积磨损达到一定量时就会严重威胁到整个风电机组的正常运行,甚至大大降低其使用寿命。基于光谱分析技术对风机齿轮箱进行维护策略的研究,依据设备的不同累积磨损情况建立3种不同维护方式下的齿轮箱的维护策略,基于概率模型建立齿轮箱系统的时间成本模型,以最少维护时间成本为优化目标,利用蒙泰卡罗方法模拟设备随机衰退过程对巡检周期进行仿真,仿真结果表明提出的方案可行且有效。     

功率分流技术在风电齿轮箱中的应用

从功率分流的原理、功率分配、实例应用等方面对差动行星齿轮传动中的功率分流技术进行了探讨,对风电齿轮箱的设计有一定的指导和帮助。     

太重Ⅲ型风力发电增速齿轮箱有限元分析

风电增速齿轮箱在兆瓦级风力发电机中属易过载和损坏率较高的部件,对其性能进行分析,预测其性能并进行优化是十分必要的.本文中利用ANSYS软件对太重Ⅲ型两级行星一级平行轴1.5MW风力发电增速齿轮箱进行有限元分析,对太重Ⅲ型风力发电增速齿轮箱各级齿轮强度进行校核,得到了各级齿轮副的齿廓和齿向修形数据;对行星轮系载荷均载特性、主箱体组件、行星架、花键联接等进行分析,得到了风力发电增速齿轮箱各级零部件强度和刚度等相关数据,为风电增速齿轮箱的可靠性评估及优化设计奠定基础.     

Effects of gear modifications on the dynamic characteristics of wind turbine gearbox considering elastic support of the gearbox

The reliability and service life of wind turbines are directly influenced by the dynamic performance of the gearbox under the time-varying wind loads. The control of vibration behavior is essential for the achievement of a 20-year service life. We developed a rigid-flexible coupled dynamic model for a wind turbine gearbox. The planet carrier, the housing, and the bedplate are modelled as flexibilities while other components are assumed as rigid bodies. The actual three points elastic supporting are considered and a strip based mesh model is used to represent the engagement of the gear pairs. The effects of gear tooth modifications on the dynamics were investigated. Finally, we conducted a dynamic test for the wind turbine gearbox in the wind field. Results showed that the contact characteristics of gear pairs were improved significantly; the peak-to-peak value of transmission error of each gear pair was reduced; the amplitudes of the vibration acceleration and the structural noise of the wind turbine gearbox were lowered after suitable tooth modification.     

风力机齿轮箱布局的多目标可靠性优化设计

针对风力机齿轮箱布局设计中存在的问题,采用多目标可靠性优化设计方法,以风力机齿轮箱的箱体体积和齿轮体积最小化为设计目标,建立了风力机齿轮箱布局的多目标可靠性优化设计模型,分析比较了3种常见传动方案对风力机齿轮箱布局的影响,以某型号1.5 MW风力机齿轮箱为例进行了优化分析。研究结果表明,采用该设计方法得到的齿轮箱箱体体积和齿轮体积加权和值比以齿轮体积为目标的单目标设计方法更低。同时,分析结果表明,提高输入转速可大大降低齿轮箱成本。     

高铁驱动齿轮箱稳态温度场分析建模与仿真

为提高高铁齿轮箱温度场仿真计算精度和为齿轮箱润滑油流道结构改进效果评价提供支撑,结合高铁驱动齿轮箱的传动原理、结构特点及润滑方式,分析其热源及散热途径,提出基于流场仿真分析及监测数据来精确计算对流换热系数,以及依托试验数据对发热功率计算公式中有关系数进行优选的方法;利用正交仿真试验法研究分析风速、行车速度、环境温度和注油量等运行工况参数对齿轮箱稳态温度场分布的影响规律。结果表明:运行工况参数对高铁驱动齿轮箱的稳态温度分布影响程度从大到小的顺序依次为行车速度、环境温度、注油量和风速;轴承温度随行车速度、环境温度增加而升高,随风速增大而降低;随着注油量的增加,轴承温度呈先降低后升高的趋势。该方法仿真计算的轴承温度误差小于5%,可以满足工程分析计算要求。     

基于ANSYS的1.5MW风电机组斜齿轮轴的有限元分析

以风电机组齿轮箱的斜齿轮轴为对象,首先将Pro/E实体模型导入ANSYS建立有限元模型,在此基础上,对斜齿轮轴进行线性静力分析,最后得出形变和应力分布结果。并以此为据判断强度和刚度条件,提出轴的改进方案,提高了设计的可靠性。