阅读说明：本技术 一种系统提高风电机组传动链效率装置的设计方法 (Design method of device for improving efficiency of transmission chain of wind turbine generator system ) 是由 董礼 郭新毅 苏宝定 成和祥 于 2020-04-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及风电机组传动技术领域,尤其是涉及一种系统提高风电机组传动链效率装置的设计方法,包括以下步骤：S1、建立风电机组传动链效率的计算模型：传动效率<Image he="54" wi="90" file="RE-DDA0002540071050000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image><Image he="74" wi="700" file="RE-DDA0002540071050000012.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>S2、根据风电机组传动链的实际工况确定计算模型造成风电机组传动效率损耗的主要因素为主轴轴承与主轴承座之间的摩擦导致的损耗以及齿轮箱位置处的损耗；S3、针对造成风电机组传动效率损耗的主要因素确定改进方案,并根据S1步骤中的计算模型对多个改进方案进行分析评估,达到了明显提高风电机组传动链传动效率的效果。(The invention relates to the technical field of wind turbine generator transmission, in particular to a design method of a device for improving the efficiency of a transmission chain of a wind turbine generator, which comprises the following steps: s1, establishing a calculation model of the efficiency of the transmission chain of the wind turbine generator: transmission efficiency S2, determining the main factors of the wind turbine transmission efficiency loss caused by the calculation model according to the actual working condition of the wind turbine transmission chain, namely loss caused by friction between the main shaft bearing and the main bearing seat and loss at the position of the gear box; s3, determining an improvement scheme aiming at main factors causing the transmission efficiency loss of the wind turbine generator, and analyzing and evaluating the plurality of improvement schemes according to the calculation model in the step S1, so that the effect of obviously improving the transmission efficiency of the wind turbine generator is achieved.)

一种系统提高风电机组传动链效率装置的设计方法

技术领域

本发明涉及风电机组传动技术领域，尤其是涉及一种系统提高风电机组传动链效率装置的设计方法。

背景技术

目前风电机组传动链包括主轴、主轴承、轴承安装座、主机架、齿轮箱和高速联轴器六大部件，高速联轴器设置在主轴与齿轮箱之间，主轴承套设在主轴上，并且主轴承位于轴承安装座内部，主轴、主轴承、轴承安装座、齿轮箱和高速联轴器均设置在主机架上。

风电机组传动链在将机械能从叶片传递到发电机的过程中，因部件内部或相互间的摩擦、发热、电耗等因素带来不可避免的效率损失，随着风电机组单机发电功率的不断增大，以及度电成本要求不断降低的大环境下，降低该效率损失成为每个风力发电机组制造厂家必须面对并解决的技术难题。

以上现有技术的方案中存在以下缺陷：现有技术中提高风电机组传动效率的方法只是基于单个部件考虑，生产主轴、主轴承、轴承安装座、主机架、齿轮箱和高速联轴器的厂家一直在努力提升单个部件的传动效率，但是风电机组传动链组装完成之后，风电机组传动链的传动效率提升并不明显，效果较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种系统提高风电机组传动链效率装置的设计方法，达到了明显提高风电机组传动链传动效率的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种系统提高风电机组传动链效率装置的设计方法，包括以下步骤：

S1、建立风电机组传动链效率的计算模型：

S2、根据风电机组传动链的实际工况确定计算模型造成风电机组传动效率损耗的主要因素为主轴轴承与主轴承座之间的摩擦导致的损耗以及齿轮箱位置处的损耗；

S3、针对造成风电机组传动效率损耗的主要因素确定改进方案，并根据S1步骤中的计算模型对多个改进方案进行分析评估。

通过采用上述技术方案，根据风电机组传动链的结构，确定风电机组传动链传动效率的计算模型之后，人们可以从计算模型中判断出影响风电机组传动链传动效率的主要因素有主轴轴承损耗以及高速联轴器损耗，所以人们将多个部件组装成风电机组传动链之后，只需要确定减小风电机组传动链运行过程中在主轴承位置以及齿轮箱的位置的损耗的改进方案，便可提高风电机组传动链的传动效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，步骤S3的改进方案包括在保证齿轮箱润滑作用的前提下，逐渐减少齿轮箱内部润滑油的多少，并且计算不同量的润滑油的情况下风电机组传动链的传动效率。

通过采用上述技术方案，风电机组传动链工作的过程中，齿轮箱内部的齿轮会在齿轮箱内部转动，为了对齿轮箱内部的齿轮进行润滑，所以会在齿轮箱内部加入较多的润滑油，这样在齿轮转动的过程，齿轮会搅动齿轮箱内部的润滑油，即润滑油对齿轮的转动过程具有阻力，所以为了减少传动效率在齿轮箱内部的损耗，人们需要在保证齿轮箱的润滑效果的前提下，逐渐减少齿轮箱内部润滑油的多少，按照计算模型计算传动效率的变化情况，最终得出风电机组传动效率最高时齿轮箱内部的润滑油的油量。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，步骤S3中的改进方案包括排空集油箱内部的润滑油，在风电机组传动链的一侧设置用于盛放稀油的集油箱，然后通过供油泵将集油箱内部的稀油泵送到齿轮箱内部对齿轮箱进行润滑，对齿轮箱进行润滑之后的稀油会再次回流到集油箱内部，按照计算模型计算此时风电机组传动链的传动效率。

通过采用上述技术方案，人们将齿轮箱内部的润滑油清空之后，使用供油泵将集油箱内部的稀油输送到齿轮箱内部，对齿轮箱内部的齿轮进行润滑，这样能够避免齿轮箱内部因为齿轮搅油导致的传动效率损耗，按照计算模型得出此时的传动效率；而且使用供油泵为齿轮箱供油，能够降低稀油热量对齿轮箱内部的齿轮、轴承、密封件等零部件性能和寿命的影响。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，步骤S3中的改进方案还包括在保证主轴轴承与主轴承座之间的润滑作用的前提下，逐渐减少主轴承座内部的润滑脂的多少，按照计算模型得出不同量的润滑脂的情况下风电机组传动链的传动效率。

通过采用上述技术方案，风电机组传动链工作的过程中，主轴会带动主轴轴承在主轴承座内部转动，主轴承座内部的润滑脂对主轴轴承的转动过程具有阻力，所以在保证主轴轴承与主轴承座之间的润滑作用的前提下，减少主轴承座内部的润滑脂的多少，能够提高风电机组传动链的传动效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，步骤S3中做出的改进还包括去除主轴轴承与主轴承座之间的润滑脂，使用供油泵将集油箱内部的稀油泵送到主轴轴承与主轴承座之间，然后按照计算模型得出此时风电机组传动链的传动效率。

通过采用上述技术方案，将主轴承与主轴承座之间的脂润滑替换为稀油润滑之后，稀油润滑能够降低主轴承与主轴承座之间的摩擦力，而且稀油润滑能够对主轴承进行冷却，达到了保证主轴承的性能以及主轴承的使用寿命的效果。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，供油泵选用油泵电机，计算此时风电机组传动链的传动效率。

通过采用上述技术方案，供油泵工作的过程中需要动力源，供油泵选用油泵电机，油泵电机工作需要风电机组传动链为油泵电机提供电能，然后计算出此时风电机组传动链的传动效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，供油泵选用齿轮泵，风电机组传动链工作的过程中通过自身的机械能带动齿轮泵工作，计算此时风电机组传动链的传动效率。

通过采用上述技术方案，风电机组传动链工作的过程中，风电机组传动链内部的主轴会转动，将供油泵选用为齿轮泵，在风电机组传动链工作的过程中，可以通过自身的机械能带动齿轮泵工作，这样就不需要使用风电机组传动链发出的电能带动供油泵工作，然后计算出此时风电机组传动链的传动效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，在稀油不同温度下按照计算模型得出风电机组的传动效率，得出风电机组传动效率最高时的稀油的温度。

通过采用上述技术方案，稀油在不同的温度下具有不同的物理性能，比如说温度会影响稀油自身的粘度，人们在改变稀油温度的同时，按照计算模型得出在不同温度下风电机组传动链的传动效率，根据数据可以得出风电机组传动效率最高时稀油的温度。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

1.通过设置了风电机组传动效率的计算模型，使用该计算模型，人们可以随时对风电机组传动链的传动效率进行计算，根据计算结果确定在何种条件下风电机组传动链的传动效率最高；

2.通过设置了向主轴承与主轴承座以及齿轮箱内部注入稀油的装置，使主轴承与主轴承座之间为稀油润滑，齿轮箱内部的零部件同样为稀油润滑，这样能够减少风电机组传动链在主轴承座的位置以及齿轮箱的位置的传动效率损耗；

3.通过设置了齿轮泵，风电机组传动链工作的过程中会带动齿轮泵工作，这样能够减少电机耗能，大幅度减少风电机组传动链自身能量损耗。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明控制系统的控制流程图；

图3是本发明集油箱位置处的第一控制流程图；

图4是本发明集油箱位置处的第二控制流程图；

图5是本发明主轴位置处的控制流程图；

图6是本发明主轴承座以及齿轮箱内部的第一控制流程图；

图7是本发明主轴承座以及齿轮箱内部的第二控制流程图；

图8是本发明集油箱位置处的第三控制流程图；

图9是本发明油分配器位置处的控制流程图；

图10是本发明设计方法的设计流程图。

图中，1、主轴；2、主轴承座；3、缩紧盘；4、齿轮箱；41、冷却子系统；5、系统性提升风电机组传动链效率的装置；51、集油箱；52、齿轮泵；53、油分配器；54、回油管； 541、清洁过滤子系统；55、进油管；6、传动件；61、传动大齿轮；62、传动小齿轮；7、控制系统；71、检测件；711、第一检测件；712、第二检测件；713、第三检测件；714、第四检测件；715、第五检测件；716、第六检测件；717、第七检测件；72、控制件；73、升温件；74、第一报警件；75、显示件；76、第二报警件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参照图1，本发明提供了一种系统提高风电机组传动链效率的装置，风电机组传动链包括主轴1、两个主轴承座2、缩紧盘3以及齿轮箱4，两个主轴承座2内部设置有主轴承，主轴承套设在主轴1上，缩紧盘3用于连接主轴1与齿轮箱4，系统性提升风电机组传动链效率的装置5能够提高主轴承座2以及齿轮箱4的传动效率。

参照图1，系统性提升风电机组传动链效率的装置5包括集油箱51、供油泵、油分配器53、进油管55以及回油管54，集油箱51内部盛放有润滑油，供油泵的进油口与集油箱51内部连通，另一端与油分配器53的一端连通，油分配器53的另一端通过三个进油管 55分别连通到两个主轴承座2内部以及齿轮箱4内部，回油管54共设置有三个，三个回油管54分别将两个主轴承座2以及一个齿轮箱4与集油箱51连通。

需要使用系统性提升风电机组传动链效率的装置5时，开启供油泵，供油泵能够将集油箱51内部的润滑油泵送到油分配器53内部，油分配器53能够对三个进油管55内部的润滑油的流量进行控制，润滑油经过进油管55进入到主轴承座2或者齿轮箱4内部之后可以对主轴承座2内部的主轴承或者齿轮箱4内部的零部件进行润滑，集油箱51内部的润滑油为稀油，稀油能够降低主轴承座2内部的零部件以及齿轮箱4内部的零部件的摩擦损失，而且能够对轴承座内部的零部件以及齿轮箱4内部的零部件具有较好的冷却效果；最后再经过回油管54回流到集油箱51内部，在风电机组传动链工作的过程中，传动效率主要决定于齿轮箱4和主轴承的传动效率，向两个主轴承座2以及一个齿轮箱4内部融入润滑油能够从整体上提高风电机组传动链的传动效率，而且能够延长风电机组传动链使用寿命；需要将系统性提升风电机组传动链效率的装置5使用到不同的风电机组传动链时，只需要将进油管 55远离集油箱51的一端连通到需要润滑的位置即可，使用比较方便，适用于全工况。

参照图1，为了简化系统性提升风电机组传动链效率的装置5，为了进一步减少系统性提升风电机组传动链效率的装置5的电能损耗，在缩紧盘3上设置有带动供油泵工作的传动件6。

参照图1，在本发明中，供油泵优选为齿轮泵52，传动件6包括同轴固定在缩紧盘3一侧的传动大齿轮61，齿轮泵52上设置有与传动大齿轮61相啮合的传动小齿轮62，这样缩紧盘3转动的过程中，就会通过传动大齿轮61以及传动小齿轮62带动齿轮泵52工作。传动件6还可以选用皮带传动、链传动或者涡轮蜗杆传动等传动方式。

参照图2，为了使系统性提升风电机组传动链效率的装置5能够稳定的运行，在风电机组传动链上设置有控制系统7。

参照图2和图3，控制系统7包括检测件以及控制件72，控制件72与检测件耦接，油分配器53与控制件72耦接，检测件包括第一检测件711，第一检测件711包括压力传感器以及液位计，压力传感器能够检测集油箱51内部润滑油的油压的检测，液位计能够检测集油箱51内部润滑油的油位，控制件72包括用于对数据进行采集的SCADA系统以及风电机组主控系统，第一检测件711对集油箱51内部的润滑油检测之后输出第一检测信号， SCADA系统接收到第一检测信号之后对第一检测信号内部的数据进行整理并且将其传输至风电机组主控系统，风电机组主控系统接收到数据并且处理之后输出第一控制信号，油分配器53接收到第一控制信号之后改变进油管55内部润滑油的流速。

参照图4，检测件还包括第二检测件712，第二检测件712选用能够对集油箱51内部的油温进行检测的温度传感器，控制件72还耦接有升温件73、第一报警件74以及设置在集油箱51内部的冷却子系统41，升温件73选用设置在集油箱51内部的电热丝，第一报警件74选用设置在风电机组传动链上的蜂鸣器，冷却子系统41选用设置在集油箱51内部的电冷却器。当集油箱51内部润滑油的温度过低时，第二检测件712输出第二检测信号到控制件72内部，控制件72接收到第二检测信号之后输出第二控制信号到升温件73以及第一报警件74内部或者冷却子系统41内部，升温件73接收到第二控制信号之后对集油箱51 内部的润滑油升温，第一报警件74接收到第二控制信号之后开始报警直到集油箱51内部润滑油的温度上升到一定的温度；冷却子系统41接收到第二控制信号之后对集油箱51内部的润滑油进行降温。

参照图5，检测件包括第三检测件713，第三检测件713选用转速传感器，第三检测件713能够对主轴1以及齿轮泵52的转动速度进行检测并且输出第三检测信号，控制件72还耦接有显示件75，显示件75选优显示器。当主轴1或者齿轮泵52的转动速度出现异常时，第三检测件713会向控制件72输入第三检测信号，控制件72对第三检测信号进行处理之后向显示件75输入第三控制信号，显示件75会将主轴1以及齿轮泵52的转动速度转化成数据呈现给工作人员，这样工作人员就可以对主轴1以及齿轮泵52的工作状态进行实时的监控。

参照图6，检测件还包括第四检测件714，第四检测件714选用温度传感器，第四检测件714能够对两个主轴承座2内部的轴承温度以及齿轮箱4内部的轴承温度进行检测。当出现轴承的温度过高时，第四检测件714向控制件72内部输入第四检测信号，控制件72对第四检测信号进行处理之后向显示件75以及油分配器53内部输入第四控制信号，显示件 75接收到第四控制信号之后会将轴承的温度转化成数据呈现给工作人员，油分配器53接收到第四控制信号之后会加大进油管55内部润滑油的流量及流速，这样能够对主轴承座2内部的轴承以及齿轮箱4内部的轴承进行降温，这样工作人员就能够对主轴承座2以及齿轮箱 4的温度进行实时的监控，提高风电机组传动链的运行稳定性。

参照图7，检测件还包括第五检测件715，第五检测件715选用流量计，第五检测件715能够对两个主轴承座2以及齿轮箱4内部润滑油的流量进行检测，出现异常时，第五检测件715向控制件72内部输入第五检测信号，控制件72对第五检测信号进行处理之后向油分配器53内部输入第五控制信号，油分配器53接收到第五控制信号之后通过改变进油管 55内部润滑油的流速，改变主轴承座2以及齿轮箱4内部润滑油的流量。

参照图8，检测件还包括设置在集油箱51内部的用于对润滑油的清洁度进行检测并且可以输出第六检测信号的第六检测件716，第六检测件716选用设置在集油箱51内部的压差传感器，控制件72耦接有第二报警件76，第二报警件76选用蜂鸣器，回油管54内部设置有用于对润滑油进行清洁的清洁过滤子系统541，清洁过滤子系统541与控制件72耦接。当集油箱51内部的润滑油变浑浊时，第六检测件716会向控制件72内部输入第六检测信号，控制件72接收到第六检测信号之后会同时向第二报警件76以及清洁过滤子系统541 内部输入第六控制信号，清洁过滤子系统541接收到第六控制信号之后对回油管54内部的润滑油进行清洁，第二报警件76接收到第六控制信号之后开始报警，直到清洁过滤子系统 541完成对回油管54内部润滑油的清洁。

在本发明中，清洁过滤子系统541主要为设置在回油管54内部的滤芯，其他具有相同效果的清洁过滤子系统541仍然适用。

参照图9，检测件还包括设置在油分配器53内部的第七检测件717，第七检测件717包括可以对润滑油的油温进行检测的温度传感器、对润滑油的油压进行检测的压力传感器以及对润滑油的流量进行检测的流量计，第七检测件717与控制件72耦接。油分配器53内部的润滑油的油温、油压以及流量均出现异常时，第七检测件717会向控制件72内部输入第七检测信号，控制件72接收第七检测信号之后同时向冷却子系统41以及油分配器53内部或者升温件73以及油分配器53内部输入第七控制信号，油分配器53接收到第七控制信号之后改变进油管55内部润滑油的流量，冷却子系统41接收到第七控制信号之后对集油箱 51内部的润滑油进行降温，升温件73接收到第七控制信号之后对集油箱51内部的润滑油进行升温。

实施例二

参照图10，本发明公开了一种系统提高风电机组传动链效率装置的设计方法，包括以下步骤：

S1、建立风电机组传动链效率的计算模型：

确定影响风电机组传动链效率的因素为主轴1位置的损耗、主轴轴承位置的损耗、齿轮箱4位置的损耗以及高速联轴器位置的损耗；

S2、风电机组传动链的实际工况为：主轴1带动主轴承在主轴承座2内部转动，主轴1通过高速联轴器带动齿轮箱4内部的零部件一起转动。在主轴承在主轴承座2内部转动的过程中，主轴承与主轴承座2之间的摩擦力会造成传动效率的损耗，齿轮箱4内部的零部件在齿轮箱4内部转动的过程中，因为齿轮箱4内部盛有润滑油，所以润滑油会影响齿轮箱4内部的零部件的转动过程，进而造成传动效率的损耗，所以风电机组传动链造成传动效率损耗的主要因素为：

1、主轴轴承与主轴承座(2)之间的摩擦；

2、齿轮箱2内部润滑油对齿轮箱2内部的零部件的阻力；

S3、针对S2中指出的造成风电机组传动效率损耗的主要因素确定改进方案并评估：S31、为了减少齿轮箱4位置处的损耗，采取的改进方案有两种：

1、在风电机组传动链的外侧设置有集油箱51，集油箱51内部盛放稀油，然后使用供油泵将稀油泵送到齿轮箱4内部，稀油不但就能够对齿轮箱4内部的零部件进行润滑，对齿轮箱 4内部的零部件润滑之后的稀油会回流到集油箱51内部，所以齿轮箱4内部就不会有过多的润滑油，这样齿轮箱4内部的零部件转动的过程中就不会受到稀油的阻力，避免了齿轮箱 4内部搅油损耗，大幅降低了稀油热量对齿轮、轴承、密封件等零部件性能和寿命的影响，较大地提升了齿轮箱4传动效率；

2、在保证齿轮箱4内部零部件的润滑作用的前提下，逐渐减少齿轮箱4内部润滑油的量，按照计算模型得出不同量的润滑油的情况下风电机组的传动效率，这样齿轮箱4内部的润滑油对齿轮箱4内部零部件的转动过程的阻力就会变小，这样就能够减少传动效率在齿轮箱4 位置处的损耗；

经过实验证明，减少齿轮箱4内部的润滑油的量能够提高风电机组的传动效率，但是此时的传动效率始终小于第一种使用集油箱以及供油泵对齿轮箱进行润滑的传动效率。

S32、为了减少主轴承与主轴承座2之间的摩擦力，采取的改进方案有两种：

1、将主轴承与主轴承座2之间的脂润滑修改为稀油润滑，稀油润滑不但能够降低主轴承与主轴承座2之间的摩擦损失，而且稀油对主轴承具有良好的冷却效果，保证了轴承的性能以及轴承的使用寿命；

2、在保证主轴承与主轴承座2之间的润滑作用的前提下，将主轴承座2内部的润滑脂的量降到最低；

经过实验证明，在保证主轴承与主轴承座2之间的润滑作用的前提下，逐渐减少润滑脂的多少能够提高风电机组的传动效率，但是第一种改进方案的传动效率始终高于第二种改进方案的传动效率；而且大幅降低了稀油热量对齿轮、轴承、密封件等零部件性能和寿命的影响，较大地提升了齿轮箱传动效率；

S33、供油泵的工作形式具有多种情况，一种是供油泵选用油泵电机，风电机组传动链工作的过程中，风电机组传动链发出的电能同时为油泵电机供电，按照计算模型计算此时风电机组的传动效率；另一种供油泵选用齿轮泵52，在主轴1转动的过程中，主轴1通过传动件6 带动齿轮泵52一起工作，这样就不需要使用风电机组传动链工作时发出的电能，避免了电机耗能，按照计算模型得出此时风电机组传动链的传动效率；经过实验证明，将供油泵选用齿轮泵52时风电机组传动链的传动效率更高。

S34、使用稀油的过程中，稀油的温度也会影响到风电机组传动链的传动效率，人们可以在稀油不同温度的调节件按照计算模型得出风电机组的传动效率，得出风电机组传动效率最高时的稀油的温度。

在风电机组传动链的一侧设置用于盛放稀油的集油箱51，集油箱51的外侧连接有齿轮泵52，在风电机组传动链工作的同时，主轴1转动会带动齿轮泵52工作，齿轮泵52能够将集油箱51内部的稀油泵送到主轴承座2以及齿轮箱4内部，这样就完成了同时减小主轴轴承以及齿轮箱4两个位置处传动效率的磨损，可靠性高，故障率低，易维护性强，使用寿命长；可用于陆机和海机，适用范围广；而且使用稀油对主轴承进行润滑的过程中，不仅降低了摩擦损失，提高了润滑、冷却效果，不仅更好的保证了轴承性能和轴承寿命；通过将供油泵选用为齿轮泵52，避免了电机耗能，较大幅度的减少了传动链自身能量损耗。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。