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風力發電機齒輪箱之多體動態模擬及可靠度分析

為了解決focus變速箱維修的問題，作者陳雋承 這樣論述：

風能發電在追求永續經營的現代產電佔有一席之地，台灣豐沛的風力資源也使政府近年越來越重視風力發電的發展。除了直驅式風力發電機，大多數風力發電機都具有齒輪變速箱，而齒輪箱有高失效率、單次維修停機時間長的問題。近年因齒輪箱失效耗費的維修成本位居整體風機系統之冠，因此齒輪箱之可靠度分析有其必要性。本研究使用台灣彰濱地區實際風速資料作為輸入數據，利用文獻提供之風力發電機齒輪箱參數建立多體動態系統模型，針對齒輪扭轉振動進行動態模擬。經換算出齒根所受應力後，以數據擬合法獲得風機啟動時所受應力之機率密度函數，再應用應力-強度干涉法，計算齒輪箱因扭轉振動產生應力過載之失效機率與可靠度。而如考慮台灣每年風力發電

機因颱風、例行維修停機後之再啟動次數，可將前述所獲單次的失效機率換算成風力發電機齒輪箱的年失效率。本研究案例分析結果顯示，所探討特定風力發電機每次啟動所造成齒輪箱之系統失效機率為0.0051，可靠度為0.9949，而所換算之年失效率則為0.9773。本研究也探討不同風況啟動對齒輪根部最大應力的影響，發覺在高風速下，當輸入風速逐漸增大至超過風機額定風速後，最大應力並不會一直增長；而在低風速下，風機啟動所造成齒根應力則極小於前述高風速下之應力，且可能低於穩定運行時之應力，幾乎不會造成齒輪應力過載失效。