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畢業(yè)設計（論文）開題報告 1.5MW雙饋式風力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)設計 —齒輪箱 系 部： 專 業(yè)： 學生姓名： 指導教師： 開題時間： 2015 年 3 月 11 日 一、總體說明 在開題報告中要求給出你對課題的理解，類似的研究在國內外的進展情況，你對系統(tǒng)設計的初步設想，主要需要解決的技術難題和解決思路，同時應給出課題的時間安排。 二、開題報告內容 1．畢業(yè)設計（論文）課題的目的、意義、國內外現狀及發(fā)展趨勢 2．課題主要工作（設計思想、擬采用的方法及手段） 3．完成課題的實驗條件、預計設計過程中可能遇到的問題以及解決的方法和措施 4． 畢業(yè)設計（論文）實施計劃(進度安排) 5． 參考文獻 三、撰寫要求 1．報告字數不少于3000字 2．報告內容一律用A4紙打印 3. 上交時間為畢業(yè)設計第三周周末。 一、畢業(yè)設計（論文）課題的意義、國內外現狀及發(fā)展趨勢(可加附頁) 課題研究的目的和意義：風能是新能源的重要組成部分，今后的發(fā)展?jié)摿艽?，根據有關研究表明，在未來10年我國風電裝機容量是目前風電裝機總量的10倍左右。如此規(guī)模的發(fā)展?jié)摿Γ彩癸L能行業(yè)成為當前產業(yè)的發(fā)展趨勢。十二五規(guī)劃對風能行業(yè)的扶持力度之大是前所未有的。風力發(fā)電機組通常安裝在荒郊、野外、海邊等環(huán)境較惡劣的地方，而齒輪箱又安裝在機組塔架上狹小的機艙內，距地成幾十米之高，常年受極端溫差與酷暑嚴寒的影響，是引起風力發(fā)電機組故障的主要因素之一。同事故障期常出現在發(fā)電高峰期。由于環(huán)境惡劣、交通不便等，隨之齒輪箱的維修成本大大提高，嚴重影響到風唱的經濟效益。所以，對于齒輪箱的可靠性和壽命是人們關注的焦點。與其他工業(yè)齒輪箱相比， 由于風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米高的狹小機艙內，其自身的體積和重量對機艙、塔架、基礎、機組風載、安裝維護費用等都有重要影響。因此，減小外形尺寸和減輕重量顯得尤為重要。同時，由于維修不便、維修成本高，通常要求齒輪箱的設計壽命為20 年，對可靠性的要求也極其苛刻。由于尺寸和重量與可靠性往往是一對不可調和的矛盾，因此風電齒輪箱的設計制造往往陷入兩難的境地?？傮w設計階段應在滿足可靠性和工作壽命要求的前提下，以最小體積、最小重量為目標進行傳動系統(tǒng)設計方案的比較和優(yōu)化；結構設計應以滿足傳遞功率和空間限制為前提，盡量考慮結構簡單、運行可靠、維修方便等因素。由于葉尖線速度不能過高,因此隨著單機容量的增大,齒輪箱的額定輸入轉速逐漸降低,兆瓦以上級機組的額定轉速一般不超過20r/min。另一方面,發(fā)電機的額定轉速一般為1500或1800r/min,因此大型風電增速齒輪箱的速比一般在75～100左右。為了減小齒輪箱的體積,500kW以上的風電增速箱通常采用功率分流的行星傳動;500kW～1000kW常見結構有2級平行軸+1級行星和1級平行軸+2級行星傳動兩種形式;兆瓦級齒輪箱多采用2級平行軸+1級行星傳動的結構。由于行星傳動結構相對復雜,而且大型內齒圈加工困難,成本較高,即采用2級行星傳動,也以NW傳動形式最為常見。目前,國際上生產風電齒輪箱的公司主要有Renk、Flender、Hansen Transmission等,國外內齒圈大多采用滲碳淬火磨齒的斜齒輪,以提高行星傳動的強度,減小該級的尺寸和重量。 國內外研究現狀： 我國在結構件的加工和裝配精度等方面從重要性認識到裝備水平都與國外先進水平有一定的差距。高品質、高可靠性風電齒輪箱的獲得，除了先進的設計技術和必要的制造裝備外，離不開制造過程每一個環(huán)節(jié)的嚴格質量控制。 　　國外兆瓦級風電齒輪箱是隨著風電機組的開發(fā)而發(fā)展起來的，RENK FLENDER 等風電齒輪箱制造公司采用將先進的設計技術與試驗測試相結合的方法，大大提高了產品的經濟性和可靠性。我國的風電齒輪箱行業(yè)自2007 開始進入快速發(fā)展的軌道，以南京高速齒輪箱有限公司為代表的齒輪箱廠或是增強自身的研發(fā)能力，或是擴大自身的產能。盡管如此，我國風電齒輪箱仍是風電設備國產化中的薄弱環(huán)節(jié)。雖然多數廠家通過各種渠道與國外先進的設計公司進行合作，但在設計的水平，經驗的積累和人才的儲備方面仍需不斷的努力。 　　在風電齒輪箱設計標準方面，由于風電齒輪箱容量的發(fā)展，零部件的設計標準已經不能適應大功率化的要求， 大功率齒輪箱的最新經驗對新標準的發(fā)展起到了重要作用。備受關注的IEC61400－4已經公布，從中國風能協(xié)會主辦的講座上獲知，IEC61400 － 4 參考了新的標準，在有些被證明非常重要的章節(jié)增加了內容， 相對于ISO81400-4，增加了不同傳動鏈形式的細節(jié)，考慮了更多的失效情況，在載荷計算的步驟上增加了更多信息，考慮了特殊運行狀態(tài)進行設計，使載荷情況能覆蓋所有運行條件。相對于GL Guideine，IEC61400-4 增加了背景信息，比GL要求的條件更嚴格。可以預見，隨著相關設計標準的公布，風電齒輪箱設計技術將隨之進一步發(fā)展。 二、課題預期目標及主要工作（設計思想、擬采用的方法及手段） 課題預期目標及主要工作： 在風力發(fā)電在我國迅猛發(fā)展的這幾十年里，隨著運行時間積累，發(fā)現在風力發(fā)電機的液壓，監(jiān)控，機械傳動等幾大系統(tǒng)中，傳動系統(tǒng)中的齒輪箱的故障率最高，并且是更換維修最貴的部件之一。據統(tǒng)計，風電齒輪箱的損壞在風電機組運行出現的故障中占據了很大比重，有的風力發(fā)電廠齒輪箱損壞率高達40~50%，與其他工業(yè)齒輪箱相比，風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機艙內，其維修不便，維修成本很高，要求有較高的可靠性和較長的壽命。因此，高可靠性風電齒輪箱的設計制造技術成為風力機快速發(fā)展的主要與其他工業(yè)齒輪箱相比，風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機艙內，其維修不便，維修成本很高，要求有較高的可靠性和較長的壽命。因此，高可靠性風電齒輪箱的設計制造技術成為風力機快速發(fā)展的主要瓶頸。本次設計課題為“1.5MW雙饋式風力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)設計”齒輪箱是風力發(fā)電機組的一個重要的機械部件，其主要功用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速。 擬采用的方法及手段 對齒輪箱進行了分析、設計，并對其主要傳動零件進行設計計算及強度校核。了解和掌握行星齒輪箱在實際使用過程中出現的問題，特別是受力比較比較嚴重的零件，比如軸、齒輪等，對其強度和剛度，壽命及穩(wěn)定性有比較高的要求。在理論分析、計算的基礎上，保證其危險零件的傳動要求，選擇最佳傳動方案，使所設計出來的齒輪箱結構緊湊，性能可靠，達到最優(yōu)結構設計。通過設計出的齒輪箱后，提高葉輪的轉速，實現大功率發(fā)電的要求，從而能夠最大限度的利用風能,最后運用AutoCAD軟件繪圖和Pro.e軟件進行三維建模。 三、預計設計過程中可能遇到的問題以及解決的方法和措施 設計中可能遇到的問題： （1）資料搜集不夠齊全，對風力發(fā)電技術不夠了解； （2） .參數設置的不準確，在校核計算中出現錯誤； （3） 制圖軟件使用不熟練，所畫圖紙存在不足或不當； （4） 系統(tǒng)控制方面的知識欠缺，控制部分的設計不夠詳細； （5） 設計說明書的編寫不合要求。 解決的方法和措施： （1） 購買相關材料，認真學習；借閱盡可能多的圖書，學習相關的專業(yè)知識；熟悉風力發(fā)電機組偏航系統(tǒng)、塔筒和基礎的現狀和發(fā)展趨勢。 （2） 理解傳動系統(tǒng)齒輪箱的工作原理，涉及到參數設置時參照已有設計或者請教指導老師。 （3） 熟悉Auto CAD的二維制圖技巧，以便完成各零件圖和裝配圖的繪制；抓緊學習三維實體繪圖軟件，爭取做出實體圖。 （4） 盡可能掌握某一自動系統(tǒng)控制方法，完成系統(tǒng)控制中的軟件部分。 （5） 在編寫設計說明書時，嚴格按照相關格式要求編輯。認真總結分析設計過程中所做的筆記，核實參數，運用專業(yè)術語，規(guī)范詳實地編寫設計說明書。 四、進度安排 時　間 (按院進程周數) 設 計 內 容 第一、二周 下達設計任務，學生查閱、整理相關資料，完成開題報告。完成專業(yè)外語翻譯工作 第三周 根據設計要求擬定設計原則和設計大綱 第四、五周 風力發(fā)電機組的性能分析、計算與校核 第六、七周 風力發(fā)電機組設計結構設計、對標準元器件的選型；部件結構及裝配圖CAD繪制 第八、九、十周 學習三維軟件，繪制部件3D視圖 第十一周 針對定制大綱，有針對組織和整理材料，完成機組設計，修改及審查論文，進行畢業(yè)設計答辯 五、參考文獻 【1】 能源研究會.能源領域，科技發(fā)展“十五規(guī)劃”和2015年研究前景，1999. 【2】 姚興佳，宋俊，等.風力發(fā)電機組原理與應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009 【3】 風力發(fā)電齒輪箱設計制造技術的發(fā)展與展望_劉忠明 【4】 風力渦輪機--第4部分：風力渦輪機變速箱的設計要求. 【5】 專業(yè)的機械傳動零部件設計、優(yōu)化、分析及系統(tǒng)的仿真軟件. 六、指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日