[发明专利]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

说明书

发明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。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

为实现本发明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：

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。

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。

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。

F＝V＝∑V₁+∑V₂   (2)