一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法技术方案

发明专利技术提供一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法。该方法包括对设计变量进行寻优设计等步骤。该方法基于常规的功率、转速、传动比等边界条件，额外考虑了重心位置以及重量因素，使双风轮风电机组齿轮传动系统重心平衡，同时满足结构强度要求。对具体齿轮传动形式没有要求。轮传动形式没有要求。轮传动形式没有要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，特别涉及一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法。

技术介绍

[0002]提高风能利用系数和机组可靠性是实现风电机组降本增效的重要措施，传统单风轮风电机组风能利用系数提升困难，机组齿轮传动系统设计忽略了的重心位置以及重量因素影响，导致机组在运行过程中有失稳风险。双风轮风电机组风能利用系数较传统单风轮风电机组可提升15.22％～19.57％，可实现高效率、低成本风能捕获，然而其特有的双传动链结构设计增加了机组的失稳风险。
[0003]因此，亟需开发一种综合考虑功率、转速、传动比、重心位置及重心等因素的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0005]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法，包括以下步骤：
[0006]1)根据力矩平衡方程，得到上风向齿轮传动系统的重心位置和重量，以及下风向齿轮传动系统的重心位置和重量。其中，双风轮风电机组包括布置在O
‑
XYZ空间直角坐标系中的上风向轮毂、上风向风轮、上风向主轴支撑、上风向齿轮传动系统、发电机、下风向齿轮传动系统、下风向主轴支撑、下风向风轮和下风向轮毂。所述O
‑
XYZ空间直角坐标系的X轴方向表示结构的纵向，Y轴方向表示竖直方向，Z轴方向表示结构的横向。X轴、Y轴和Z轴的交点作为全局坐标的原点O。力矩平衡方程如式(1)所示。
[0007][0008]式中，M1为上风向轮毂在Z轴方向上的弯矩，M2为下风向轮毂在Z轴方向上的弯矩，F1为上风向齿轮传动系统的重力，L1为上风向齿轮传动系统的重心位置O1与发电机的重心位置O
′
之间的距离在X轴方向上的投影。F2为下风向齿轮传动系统的重力，L2为下风向齿轮传动系统的重心位置O2与发电机的重心位置O
′
之间的距离在X轴方向上的投影。F3为上风向主轴支撑的重力，L3为上风向主轴支撑的重心位置O3与发电机的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F4为下风向主轴支撑的重力，L4为下风向主轴支撑的重心位置O4与发电机的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F5为上风向风轮的重力，L5为上风向风轮的重心位置O5与发电机的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F6为下风向风轮的重力，L6为下风向风轮的重心位置O6与发电机的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。
[0009]2)以上风向齿轮传动系统和下风向齿轮传动系统体积之和最小作为优化目标函数，采用非线性规划函数fmincon对设计变量进行寻优设计直至达到收敛条件。所述优化目
为上风向主轴支撑3的重力，L3为上风向主轴支撑3的重心位置O3与发电机5的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F4为下风向主轴支撑7的重力，L4为下风向主轴支撑7的重心位置O4与发电机5的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F5为上风向风轮2的重力，L5为上风向风轮2的重心位置O5与发电机5的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F6为下风向风轮8的重力，L6为下风向风轮8的重心位置O6与发电机5的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。
[0025]2)以上风向齿轮传动系统4和下风向齿轮传动系统6体积之和最小作为优化目标函数，采用MATLAB软件中的非线性规划函数fmincon对设计变量进行寻优设计直至达到收敛条件。所述优化目标函数如式(2)所示。其中，所述设计变量包括齿数、齿宽、变位系数、模数和螺旋角。
[0026]F＝V＝∑V1+∑V2ꢀꢀꢀ
(2)
[0027]式中，V1为上风向齿轮传动系统各部件体积,V2为下风向齿轮传动系统各部件体积,V为双风轮风电机组齿轮传动系统总体积。设计变量x＝[z，b，x
n
，m
n
，β]T
。其中，T表示矩阵转置。z为齿数，b为齿宽，x
n
为变位系数，m
n
为模数，β为螺旋角。
[0028]3)输出满足双风轮风电机组齿轮传动系统重心平衡的设计变量。
[0029]实施例2：
[0030]参见图1，本实施例提供一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法，包括以下步骤：
[0031]1)根据力矩平衡方程，得到上风向齿轮传动系统的重心位置、重量以及下风向齿轮传动系统的重心位置、重量。力矩平衡方程如下所示。
[0032][0033]式中，M1为上风向轮毂在Z轴方向上的弯矩，M2为下风向轮毂在Z轴方向上的弯矩，F1为上风向齿轮传动系统的重力，L1为上风向齿轮传动系统的重心位置O1与发电机的重心位置O
′
之间的距离在X轴方向上的投影。F2为下风向齿轮传动系统的重力，L2为下风向齿轮传动系统的重心位置O2与发电机的重心位置O
′
之间的距离在X轴方向上的投影。F3为上风向主轴支撑的重力，L3为上风向主轴支撑的重心位置O3与发电机的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F4为下风向主轴支撑的重力，L4为下风向主轴支撑的重心位置O4与发电机的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F5为上风向风轮的重力，L5为上风向风轮的重心位置O5与发电机的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F6为下风向风轮的重力，L6为下风向风轮的重心位置O6与发电机的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。
[0034]2)根据常规设计中考虑的功率P、转速n、传动比i等边界条件，并结合步骤1)求解得到的双风轮风电机组齿轮传动系统的重心位置以及重量，以双风轮风电机组齿轮传动系统各部件体积之和最小作为优化目标函数，通过相关约束条件，采用非线性规划函数fmincon对设计变量进行寻优设计直至达到收敛条件。其中，所述设计变量包括齿数、齿宽、变位系数、模数和螺旋角。
[0035]所述优化目标函数如式(1)所示。
[0036]∑V1+∑V2＝V
ꢀꢀꢀ
(1)
[0037]式中，V1为上风向齿轮传动系统各部件体积,V2为下风向齿轮传动系统各部件体积,V为双风轮风电机组齿轮传动系统总体积。设计变量x＝[z，b，x
n
，m
n
，β]T
。其中，T表示矩阵转置。z为齿数，b为齿宽，x
n
为变位系数，m
n
为模数，β为螺旋角。
[0038]值得说明的是，定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据力矩平衡方程，得到上风向齿轮传动系统(4)的重心位置和重量，以及下风向齿轮传动系统(6)的重心位置和重量；其中，双风轮风电机组包括布置在O
‑
XYZ空间直角坐标系中的上风向轮毂(1)、上风向风轮(2)、上风向主轴支撑(3)、上风向齿轮传动系统(4)、发电机(5)、下风向齿轮传动系统(6)、下风向主轴支撑(7)、下风向风轮(8)和下风向轮毂(9)；所述O
‑
XYZ空间直角坐标系的X轴方向表示结构的纵向，Y轴方向表示竖直方向，Z轴方向表示结构的横向；X轴、Y轴和Z轴的交点作为全局坐标的原点O；力矩平衡方程如式(1)所示；式中，M1为上风向轮毂(1)在Z轴方向上的弯矩，M2为下风向轮毂(9)在Z轴方向上的弯矩，F1为上风向齿轮传动系统(4)的重力，L1为上风向齿轮传动系统(4)的重心位置O1与发电机(5)的重心位置O
′
之间的距离在X轴方向上的投影。F2为下风向齿轮传动系统(6)的重力，L2为下风向齿轮传动系统(6)的重心位置O2与发电机(5)的重心位置O
′
之间的距离在X轴方向上的投影。F3为上风向主轴支撑(3)的重力，L3为上风向主轴支撑(3)的重心位置O3与发电机(5)的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F4为下风向主轴支撑(7)的重力，L4为下风向主轴支撑(7)的重心位置O4与发电机(5)的重心位置O
′
之间的距离沿X轴方向上的投影。F5为上风向风轮(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱才朝，武雅如，谭建军，帅权，宋朝省，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：