風力タービンのギアボックスは重要な機械部品であり、その主な機能は、風の作用下で風力ホイールによって生成された電力を発電機に伝達し、それに対応する速度を取得させることです。
導入：
一般に、風車の回転速度は非常に遅く、発電機が発電に必要な回転速度よりはるかに遅い。 ギアボックスのギアペアの増速効果で実現する必要があるため、ギアボックスは増速ボックスとも呼ばれます。 ユニットの一般的なレイアウト要件に応じて、ウインドホイールハブに直接接続されたドライブシャフト（一般にラージシャフトと呼ばれる）がギアボックスと統合されたり、ラージシャフトとギアボックスが別々に配置されたりすることがあります。拡張スリーブまたはカップリングが使用されます接続構造。 ユニットのブレーキ能力を高めるために、ブレーキ装置はギアボックスの入力端または出力端に取り付けられ、ブレード先端ブレーキ（固定ピッチ風車）または可変ピッチブレーキ装置と組み合わせて共同でブレーキをかけることがよくあります。ユニットのトランスミッションシステム。
注意事項：
ユニットは山、荒野、ビーチ、島などの通気口に設置されているため、方向や負荷が不規則に変化し、強い突風の影響を受けます。 一年中厳しい暑さや寒さ、極端な気温差にさらされており、自然環境は輸送に不便です。 ギアボックスはタワー上部の狭いスペースに設置されています。 一度失敗すると、修理するのは非常に困難です。 そのため、その信頼性と耐用年数は通常の機械よりもはるかに高くなっています。 たとえば、構成材料の要件は、通常の条件下での機械的特性に加えて、低温条件下での耐低温脆性などの特性も備えている必要があります。 振動や衝撃を防ぐために、ギアボックスのスムーズな操作を確保する必要があります。 適切な潤滑条件を確保する必要があります。 冬と夏の温度差が大きい地域では、適切な冷暖房装置を装備する必要があります。 また、監視ポイントを設定して、操作と潤滑状態をリモートで制御します。
風力タービンの形態が異なれば要件も異なるため、ギアボックスのレイアウトと構造も異なります。 風力発電業界では、固定平行軸ギアトランスミッションと遊星ギアトランスミッションが水平軸風力タービンで最も一般的です。
自然条件の影響：
風力発電は自然条件の影響を受けます。 いくつかの特別な気象条件の出現は、風力タービンの誤動作を引き起こす可能性があります。 小さなナセルは、地面のようにしっかりとした土台を持つことはできません。 ドライブトレイン全体のパワーマッチングとねじり振動ファクターは常に弱いリンクに集中します。 多くの実践により、このリンクはユニットのギアボックスであることが多いことが証明されています。 したがって、ギアボックスの研究を強化し、そのメンテナンスに注意を払うことが特に重要です。
ドイツのRENKからの高度な技術の導入により、同社は1.5MWから5MWまでのさまざまな船舶用および陸上用風力発電ギアボックスシリーズ製品の開発に成功しました。 現在、5MWの風力発電用ギアボックスの試作品が送電網に接続されており、大量生産が行われており、現場での運用は良好である。 風力ギアボックスの全体的なスキーム設計は、ユーザーの要件に応じてさまざまな速度比構造で設計できます。また、ユーザーの要件に応じて、高プロトタイプ、高温、低温、および低風速タイプの増速器を使用して設計することもできます。
単一ユニットのユニット容量の増加風力発電ユニットのユニット容量の増加は、風力エネルギーの利用率の向上、ウィンドファームの設置面積の削減、ウィンドファームの運用および保守コストの削減、および市場競争力の向上につながります。風力発電の。
一方で、すべての洋上風力タービンは陸上風力タービンから変換されており、複雑な洋上自然条件により、デンマークのホーンリーフ風力発電所にある世界最大の洋上ウィンドファーム、80の洋上風力など、風力タービンの故障率は高いままです。ファームユニットの故障率は70％を超えています。 一方、グリッドは、大規模な洋上風力発電所が提供する巨大な電力に耐えることができなくなります。 したがって、洋上風力発電の大規模な開発は、インターネットの発電ユニットと支援施設の問題を解決する必要があります。
可変速定周波技術が急速に普及しています。 現在、市場で一定速度で作動する風力タービンは、一般に、二重巻線構造の非同期発電機を採用し、XNUMXつの速度で作動します。 高風速セクションでは、発電機はより高速で動作します。 低風速セクションでは、発電機は低速で動作します。 その利点は、簡単な制御と高い信頼性です。 不利な点は、回転速度が基本的に一定で、風速が頻繁に変化するため、ユニットが風力エネルギー利用率の低い状態にあることが多く、風力エネルギーを十分に活用できないことです。
風力発電技術の進歩に伴い、風力タービンの開発と製造業者は可変速度定周波数技術を使用し始め、可変ピッチ技術の適用と組み合わせて可変ピッチおよび可変速度風力タービンを開発しました。 一定速度で動作する風力タービンと比較して、可変速度で動作する風力タービンには、大規模な発電、風速の変化への優れた適応性、低い製造コスト、および高効率という利点があります。 したがって、可変速風力タービンも将来の開発動向のXNUMXつです。 ドイツの企業は現在、世界で最も可変速の風力タービンを製造している企業です。
ダイレクトドライブおよびセミダイレクトドライブ風力タービンダイレクトドライブ風力タービンは、駆動用に直接接続された多極モーターとインペラーを使用するため、故障率が高く、低風速で高効率、低ノイズ、長寿命のギアボックスが不要になります。 、運用および保守コストが低いという利点。 近年、ダイレクトドライブ風力タービンの設備容量のシェアは大幅に増加していますが、技術的およびコスト上の理由から、速度を上げるギアボックスを備えた風力タービンは、今後も長い間市場を支配するでしょう。 セミダイレクトドライブは、ギアボックスドライブとダイレクトドライブの間のドライブモードです。 初段ギアボックスを使用して速度を上げ、コンパクトな構造で、比較的高速でトルクが小さい。 従来のギアボックスドライブと比較して、セミダイレクトドライブはシステムの信頼性を高めます。 また、大径ダイレクトドライブと比較して、セミダイレクトドライブは、より効率的でコンパクトなキャビン配置により、システムの体積と重量を削減します。
風力ギアボックスの外歯車は、一般的に浸炭焼入れ歯車研削プロセスを採用しています。 高効率・高精度のCNCフォーミング歯車研削盤を多数導入したことにより、風力発電ギアボックスの仕上がりレベルが大幅に向上しました。 風力発電ギアボックスの大きなリングギアサイズと高い加工精度要件は、はすば内歯車の歯の製造プロセスと熱処理変形制御に反映されるべきです。
風力発電ギアボックスのケース、遊星キャリア、入力シャフト、およびその他の構造部品の加工精度は、ギアトランスミッションの噛み合い品質とベアリングの寿命に非常に重要な影響を及ぼします。 アセンブリの品質は、風力発電ギアボックスの寿命も決定します。 信頼性のレベル。 したがって、高品質で信頼性の高い風力発電ギアボックスを取得するには、設計技術と必要な製造装置のサポートに加えて、製造プロセスのあらゆる側面で厳格な品質管理が必要です。
風力タービンのメインギアボックスの場合、オイルが水で汚染され、時間内に見つけて処理できなくなると、その影響は間違いなく致命的です。 これには、オイルの粘度の低下、油膜の破壊、オイルの酸化の加速、添加剤の沈殿、そして部品の損傷の原因が含まれます。
ファンのメインギアボックス内のオイルの安全性を確保するために、水がシステムに入るのを防ぐことは、防湿呼吸器の定期的な交換や設置などの水質汚染に対処する効果的な方法ですが、システムが水で汚染されている場合は、対応する処理方法も講じる必要があります。
風力タービンギアボックスのバイパスフィルターシステムにサクションチューブを取り付け、超吸収性ポリマーを内蔵しているため、吸水効率は95％にも達します。 油は加熱され、水は乾燥機内で蒸発しますが、過度の高温で油が酸化されることはありません。 高真空脱水機は、溶存水の80％から90％を除去することができます。
風力発電のギアボックスの故障の大部分はギアが原因です。 歯車の動作環境はより複雑で、長期間の過負荷、潤滑不良、ベアリングまたは歯車の不適切な取り付け、歯車自体の噛み合い不良により、歯車の故障や寿命の短縮が発生します。 。
振動検出は現在、風力発電のギアボックスの故障を検出するための包括的で効果的な検出方法です。 適切な振動検出装置を使用してデータを収集および分析できる限り、ギアの動作を判断し、故障した部品をタイムリーに修理および交換して、装置の正常な動作を保証し、早期の故障を防ぎ、コンポーネントの寿命を延ばすことができます。
風力発電のギアボックスのギアが摩耗すると、噛み合う周波数の側波帯の振幅が大幅に増加します。 ひどい場合には、歯車の固有振動数が現れ、周波数変調が発生します。 一般に、負荷が高い場合、非常に高いメッシュ周波数とその高調波周波数が現れます。 歯車の噛み合い周波数とその高調波は回転周波数によって変調され、固有振動数の振動が発生します。 歯車の位置がずれていると、一般に歯車の噛み合い周波数の高調波が発生し、第XNUMX周波数の振幅が小さくなり、XNUMX倍とXNUMX倍の振幅が大きくなります。
振動データを収集した後、歯数や風力発電ギアボックスの速度などのデータに基づいてギアの噛み合い周波数を計算し、時間領域または周波数スペクトルの特性を使用して診断することができます。ギアボックスの故障。 ただし、実際のアプリケーションでは、ギアボックスに複数のギアとベアリングのセットがあるため、速度は静的ではありません。 スペクトル分析には多くの場合、さまざまな周波数があり、その一部は非常に近く、識別が困難です。
このとき、測定点の位置に基づいた振幅解析を組み合わせる必要があります。 ギアボックスごとに、良好な動作状態になったら、基準周波数スペクトルを収集し、状態監視および障害診断で基準周波数スペクトルと比較します。 問題。
風力発電は、風を利用して風車のブレードの回転を駆動し、減速機で回転速度を上げて発電機の発電を促進します。 現在の風車技術によれば、発電は毎秒約XNUMXメートルの微風速度で開始できます。
風力タービンは、ノーズ、回転体、テール、ブレードで構成されています。 各部分が重要です。 ブレードは、風を受けて機首から電気に変わるために使用されます。 テールは、ブレードを常に流入する風の方向に向けたままにして、大きな風力エネルギーを取得します。 回転体は機首を柔軟に回転させ、尾の方向を調整する機能を実現します。 機械ヘッドの回転子は永久磁石であり、固定子巻線は磁力線を切断して発電します。
ナセルには、ギアボックスや発電機など、風力タービンの主要機器が含まれています。 保守要員は、風力タービンタワーからナセルに入ることができます。 ナセルの左端は、風力タービンのローター、つまりローターブレードとシャフトです。 ローターブレードは、風をキャッチしてローター軸に伝達するために使用されます。
風力発電の低速シャフトは、ローターシャフトとギアボックスを接続します。 低速シャフトはギアボックスの左側にあり、高速シャフトの速度を低速シャフトの50倍に上げることができます。 高速シャフトとその機械式ブレーキ：高速シャフトは毎分1500回転で動作し、発電機を駆動します。 空力ブレーキが故障したときや風力タービンの修理中に使用される緊急機械式ブレーキが装備されています。
風力発電の電子制御装置には、風力発電機の状態を常に監視し、ヨー装置を制御するコンピューターが含まれています。 誤動作を防ぐために、コントローラーは風力タービンの回転を自動的に停止し、電話モデムを介して風力タービンのオペレーターに電話をかけることができます。
風力発電の油圧システムは、風力発電機の空力ブレーキをリセットするために使用されます。 冷却要素には、発電機を冷却するためのファンが含まれています。 さらに、ギアボックス内のオイルを冷却するためのオイル冷却要素が含まれています。 一部の風力タービンには水冷発電機があります。
