【摘要】：風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機組的核心部件,隨著風(fēng)電齒輪箱的裝機容量增大,質(zhì)量也隨之變大,給風(fēng)電機組安裝、維護帶來很大困難。因此,對風(fēng)電齒輪箱傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計,實現(xiàn)其輕量化,對降低風(fēng)電機組的安裝和運行成本,具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。本文以風(fēng)力發(fā)電理論、回歸分析理論、遺傳算法理論和可靠性理論為理論基礎(chǔ),分析風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點。以寧夏某風(fēng)電公司1.5 MW風(fēng)電機組為研究對象,建立了其隨機輸入載荷預(yù)測模型,基于遺傳算法對風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計,并對優(yōu)化后的風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)進行可靠性評估。主要研究內(nèi)容如下:(1)風(fēng)電齒輪箱隨機輸入載荷預(yù)測數(shù)學(xué)建模。隨機輸入載荷預(yù)測模型是風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及可靠性評估的基礎(chǔ)。針對經(jīng)典理論公式預(yù)測風(fēng)電輸入載荷精度低的問題,分析其隨機性、非線性等特點,運用非線性回歸分析法,建立風(fēng)電齒輪箱隨機輸入載荷預(yù)測數(shù)學(xué)建模,通過寧夏某風(fēng)電公司實測數(shù)據(jù)進行驗證,結(jié)果表明該模型預(yù)測精度遠(yuǎn)高于經(jīng)典理論公式法。(2)風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。建立了風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù),確定了滿足風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)正常運行的邊界條件,為有效地避免普通迭代方法容易陷入局部極小值而出現(xiàn)死循環(huán)的現(xiàn)象;運用遺傳算法對寧夏某風(fēng)電公司1.5MW風(fēng)電齒輪箱傳動系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化結(jié)果表明風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)體積降低了4.59%,質(zhì)量降低了281千克,實現(xiàn)輕量化。(3)風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的可靠性評估。分析了風(fēng)電齒輪箱齒輪傳動系統(tǒng)的失效形式,建立了風(fēng)電齒輪可靠性分析模型,對風(fēng)電齒輪箱齒輪傳動系統(tǒng)的可靠性進行評估。結(jié)果顯示,優(yōu)化后的風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)正常運行15年不發(fā)生故障的可靠度為96.21%,高于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備要求的95%,滿足風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)的工作要求。本文對風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的研究,為風(fēng)電齒輪箱的輕量化提供了有效的方法,研究結(jié)論對風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計與優(yōu)化具有一定的參考價值。
【圖文】：

輪箱運轉(zhuǎn)的正常壽命。本章將通過分析風(fēng)電齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩實際運，建立風(fēng)速與轉(zhuǎn)速、風(fēng)速與轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)模型，然后利用非線性回歸分析法，在題時能夠準(zhǔn)確地計算各因素之間相關(guān)程度和回歸擬合程度大小的特點，并根據(jù)據(jù)運用非線性回歸分析法得到風(fēng)電齒輪箱輸入載荷預(yù)測模型。該預(yù)測模型為風(fēng)傳動系統(tǒng)優(yōu)化及其可靠性評估提供基礎(chǔ)。 風(fēng)力發(fā)電機分析當(dāng)今市場上擁有的風(fēng)電機組種類很多，一般可分為兩種：水平軸式和垂直軸這兩種風(fēng)力發(fā)電機都各有自身的特點。如圖 2.1─a)所示，水平軸式風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)面與風(fēng)向基本是垂直的，這種設(shè)計在一定風(fēng)速范圍內(nèi)能夠集中氣流，增加氣，提高輸入轉(zhuǎn)速，有助于風(fēng)場更好的發(fā)電，利用率較高，也是目前最常見的一發(fā)電設(shè)備。如圖 2.1─b)所示，垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機形狀類似于一個夜晚照明的相對水平軸式的來說，它對風(fēng)向沒有什么要求，，能夠很快的適應(yīng)不同風(fēng)場的環(huán)本文研究對象是現(xiàn)在使用最廣泛的水平軸式風(fēng)力發(fā)電機，在陸地風(fēng)力發(fā)電機的，因它各項優(yōu)勢而被廣大客戶普遍應(yīng)用到實際風(fēng)場中。

工程碩士學(xué)位論文 所示。從圖中看出，風(fēng)電機組的動力來源于風(fēng)，風(fēng)帶動槳葉片轉(zhuǎn)動來產(chǎn)生動片一般由三個葉片構(gòu)成，它是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的設(shè)備，該設(shè)備的工作運定風(fēng)速要求的，故對風(fēng)場址的選擇也是至關(guān)重要的。風(fēng)電機組是一種對風(fēng)場要求比較高的大型設(shè)備，它的風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)電機組核心組件，是一種處在大型設(shè)備，由于風(fēng)電齒輪箱質(zhì)量大，對塔架的影響較大，且塔架距離地面幾空中，常年承受無規(guī)則的風(fēng)載荷影響，工作環(huán)境惡劣，多在高山、山地中[49風(fēng)電機組發(fā)電的工作原理是：在槳葉片受到風(fēng)載荷的作用后進行旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動輪轂轉(zhuǎn)動，輪轂連接在低速軸上，輸入軸將低轉(zhuǎn)速經(jīng)過增速箱提速，輸出較到發(fā)電機中，發(fā)電機與風(fēng)電場的電網(wǎng)連接進行發(fā)電。由于風(fēng)電齒輪箱處在低轉(zhuǎn)中，齒輪之間不停地發(fā)生無規(guī)則的碰撞，使得風(fēng)電齒輪箱的失效率較高。可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電機組的傳動路徑幾乎是沿直線傳動的，這種傳動方式能減少，提高發(fā)電機運轉(zhuǎn)的效率，產(chǎn)生更多的風(fēng)電。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH132.41;TM315

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