齿轮箱是风力发电机的重要组成部分,在风力发电机中应用着多个齿轮箱,主要有风力机增速齿轮箱,偏航驱动电机齿轮箱,变桨驱动电机齿轮箱三种。
由于风力机风轮转速较低,小型风力机转速每分钟最多几百转,大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转。而普通发电机转速高,二极三相交流发电机转速约每分钟3000转,四极三相交流发电机转速约每分钟1500转,六极三相交流发电机转速约每分钟1000转,这么大的转速差别,风轮只有通过齿轮箱增速才能使发电机以额定转速旋转,增速比一般为几十倍至一百多倍。目前大多数风力机采用齿轮箱增速,齿轮箱是风力发电机主轴传动中的主要部件,通常在风力发电机中指的齿轮箱就是主轴增速齿轮箱。
齿轮传动变速主要有两种形式,一种是圆柱齿轮传动,一种是行星齿轮传动,虽然行星齿轮也由圆柱齿轮组成,但它们是两种不同的传动形式。行星齿轮传动下节介绍,本节介绍圆柱齿轮传动变速与风力机增速齿轮箱的主要形式。
圆柱齿轮传动变速
圆柱齿轮的轮齿均匀分布在一个圆柱面上,圆柱的轴线就是齿轮的轴线。用两个相啮合的齿轮,一个齿轮转动带动另一个齿轮转动。两个齿轮齿数相同时,两齿轮转速相同,旋转方向相反,传动比为1比1。两个齿轮齿数不相同时,小齿轮带动大齿轮时,旋转方向相反,大齿轮转速比小齿轮慢,传动比为大齿轮齿数与小齿轮齿数之比,是减速传动;大齿轮带动小齿轮时,旋转方向相反,小齿轮转速比大齿轮快,传动比为小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,是增速传动。
图1是两个相啮合的齿数不同的齿轮。两个齿轮的轮齿与齿轮轴线平行、同在一个圆柱面上,称为直齿圆柱齿轮。两齿轮轴线平行,属外啮合齿轮传动。大齿轮齿数为36,小齿轮齿数为12,传动比是1/3或3。