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风电联轴器

风电是目前技术成熟,成本较低的可再生能源。虽然风电目前面临竞争恶化、 发展减缓等众多困难,但从 “十八大” 国家提出建设 “美丽中国” 的伟大构想以及 2013 年全国主要城市面临持续 “雾霾” 天气的实际情况来看,以风电为代表的清洁能源技术,仍将获得较大的发展空间。风电联轴器用于连接齿轮箱输出轴和发电机
输入轴,作为风力发电机组的核心部件。 与常规的联轴器相比,它具有传递载荷大、 有较大的各向补偿等特点。通常包括轴联接胀紧套、 弹性元件、 扭矩限制器、 中间管传动轴四个部分。


结构类型
1、整体结构
风电联轴器系统通常包括中间管,弹性元件,胀紧套(两端),刹车盘,扭矩限制器等在内。其中中间管为主要的传动部件、 弹性元件主要实现补偿功能,胀紧套用于与两端的输入输出轴联接、 刹车盘用于制动,而扭矩限制器则用于过载保护。
风电联轴器整体结构

         2、按照中间管形式
风电联轴器的中间管是传动的主要部件,按照中间管的不同,可将联轴器区分为合金钢中间管风电联轴器和玻璃钢中间管风电联轴器(如图 4),两者的主要结构形式为:
1)合金钢中间管采用圆钢管通过锻造、 机械加工或者焊接的方式,按照其接口的要求成型,制造的合金钢中间管,金属原材料通常采用 45钢,42CrMo 或 Q345 等材料;
2)玻璃钢中间管,两端采用金属法兰盘,通过粘结、 缠绕固化成型等手段制造,其中中间管通常采用玻璃纤维或碳纤维,与环氧树脂一起通过缠绕成型(缠绕角度通常为 45°)后固化得到。采用合金钢中间管时,由于联接齿轮箱轴和电机轴之间的绝缘主要通过橡胶连杆中的橡胶层或高分子的垫片类产品来实现,其效果不理想,且随着产品的使用,由于粉尘的堆积,造成其绝缘性能急剧下降,检测显示在使用 18 个月后,某型橡胶连杆产品中橡胶层的电阻值 从 初 始 的 2.2 ×109Ω@1000V DC 急 剧 下 降 为 3.1 ×106Ω@1000V DC。因此目前风电联轴器的主流采用缠绕玻璃钢的中间管,其主要优点在于满足其扭转强度的前提下,具备稳定、 可靠的绝缘的性能,检测显示某型玻璃钢中间管的电阻值为 4.7×107Ω@1000V DC,且伴随着产品的使用,其电绝缘性能稳定,使用 18 个月后其变化值在 5%的范围以内。

         3、 按照弹性元件的类型
弹性元件是风电联轴器实现较大的各向补偿,传递扭转载荷的主要部件,通过设计特定的结构形式,通过金属和高分子 (为膜片的结构) 或者橡胶变形 (关节的形式),来实现联轴器系统的功能需求。如图 5,按照弹性元件的不同,可将联轴器区分为金属膜片式风电联轴器,高分子膜片式风电联轴器和橡胶连杆式风电联轴器。金属膜片式风电联轴器通过弹簧钢( 50CrVA)膜片的刚性变形来实现各项补偿,金属膜片包括两种结构型式:采用两端共四组,每组 3 片,厚度为 0.5~2 mm 的金属膜片,通过螺栓、 销套等结构分别与玻璃钢中间管和联接盘安装;直接将金属膜片制造成平行四边形的整体膜片。两者各有优劣,其中分组的金属膜片存在因安装造成的间隙,预载荷等情况;而整体式的金属膜片应力较集中等缺点。高分子膜片通常采用两端各 3 片的环氧树脂膜片组,采用高分子膜片式的结构时,由于其绝缘性能较好,可考虑采用合金钢中间管的搭配。橡胶连杆式通过模块设计的橡胶连杆来实现联轴器的各向补偿功能,两端分别为筒形关节和球型关节,其中筒形关节以承受扭转载荷和变形为主,球型关节则以承受偏转载荷和变形为主。模块式的橡胶连杆组件如图 6。



联轴器的作用与原理

              齿轮箱和发电机用一个柔性轴连接,在风机的操作期间,联轴器补偿两平行性偏差和角度误差。为了减少传动的振动,联轴器需要有振动和阻尼。为了避免在偏差的情况下出现的扭转振动,联轴器也必须有相当的刚度。联轴器必须有大于等于100M的阻抗,并且等承受2 kV的电压。这将防止寄生电流通过联轴器从发电机转子流向齿轮轴/齿轮箱,这可能带给齿轮箱极大的危害。 



联轴器的特点


Ø联轴器的主体材料为优质合金钢。每个连杆内均设有球形轴承和橡胶衬套,具有良好的轴向和角向偏差补偿能力,能同时达到给定的最大补偿值,且能有效的减少振动和噪音。
Ø轴向补偿与角向补偿分别由不同关节轴承完成,相互之间没有干涉,所以轴向、角向与径向的偏差补偿能力能同时达到最大值。
Ø传动轴的绝缘取决于连杆中的橡胶。每个连杆中有两个带橡胶的关节轴承,可对电流绝缘两次。