國內風電齒輪箱產業現況和發展建議

　　摘 要：面對風電產業產能過剩、市場競爭激烈的困境，齒輪箱企業應抓住機遇，做好轉型調整，與整機企業一同強化科技支撐體系，打好基礎，促進產業健康發展。
　　關鍵詞：風電機組齒輪箱；產品研發；可靠性

　　0 前言
　　我國風電業經歷過井噴式發展和高速投資擴張后，產業形勢并不樂觀，產能過剩、設備利用率低下、債務纏身使某些企業陷入虧損漩渦。不管是整機廠還是零部件廠，均面臨這一尷尬的局面。但是，面對資源短缺和環境保護的巨大壓力，國家加快發展可再生能源的政策不會改變，政府將出臺多項措施，幫助企業逐步走出困境。機遇和挑戰并存，這給行業帶來希望。風電整機和零部件產業都必須嚴控產能非理性擴張，進行必要的整合，做好轉型升級，練好內功，為今后長期健康發展創造條件[1]。
　　1 齒輪箱是風電機組關鍵部件的薄弱環節
　　機組傳動系統是一個復雜的應力多變的系統，不單只是系統中的傳動機械，包括機座支架、機艙布置、風輪結構、電氣系統和控制方式等，相互關聯，相互影響。任何一個環節有問題都可能使機組無法正常運轉。齒輪箱在傳統風電機組中用于風輪與發電機之間傳遞動力和增速，是風電機組的關鍵部件，承受著來自風輪變化多端的載荷和發電機電網一方的沖擊，也是機組中的薄弱環節。
　　 風力發電設備多安裝在荒郊野外，并支撐在近百米的塔架上。惡劣的工作環境和高昂的安裝維護成本為一般工業設備無法比擬。如果風電齒輪箱發生內部故障，在機艙內基本上無法處理，需出動數百噸級的吊車，進行產品調換，維護成本也隨之大幅度提高。企業會因此耗掉很多成本。因此，對機組零部件的質量要求近乎苛刻，任何細小問題都不能掉以輕心。企業為此加大了資金的投入，動輒上億或數億的技改設備購置讓企業不堪重負，再加上需要大量高級技術人才和工業化的基礎，非一般企業所能承受。這使得前些年爭相進入風電領域的一些企業壓力巨大。
　　零部件企業不斷擴大產能為整機企業需求配套；另一方面，又要不斷開發新的機型，滿足機組常年更新的要求。產品的更新和成型須要經歷一定的程序，得到用戶的認可周期更長。因此，風電設備零部件市場始終存在著發展不平衡的狀況。
　　目前我國大多數風電機組是以引進歐洲技術或是以產品生產許可證方式進行的，從國外引進的只是風力發電機組的集成技術，并不包括像齒輪箱、電機等具體部件的設計制造技術。風電齒輪箱設計則是參照引進技術中的齒輪箱采購規范并參照國外樣機進行的，齒輪箱的結構和聯接尺寸多數按國外機組要求進行類比設計。由于機組的形式多種多樣，企業即使引進了某一項技術，也無法滿足眾多整機用戶的需要。
　　2 各種機型并存發展
　　以市場商用機組的份額來看，未來若干年，具有齒輪傳動的雙饋機組仍然是主流。這種傳統的機型注重高功率密度設計，具有多年運轉經驗，穩定性較好。另一方面，直驅型機組和混合傳動機組將按一定比例逐年遞增，市場份額逐漸增長。直驅型機組取消齒輪箱后，縮短了傳動鏈，簡化了機艙結構，降低了精密機械傳動的故障風險。但直驅型機組的低功率密度設計造成發電機體積龐大，運輸吊裝困難，難以適應特殊條件的需要。發電機的尺寸加大，對零部件供應商的制造能力也是一個挑戰，近年來稀土金屬不斷漲價也給永磁電機制造增加了障礙[2]。
　　為了減小機組尺寸，采取的一種折衷方法是仍然采用增加齒輪傳動的方式，即所謂的半直驅、混合驅動或緊湊型的機組等。盡量采用緊湊發電機結構，齒輪箱速比的減小對延長機組壽命也有利。
　　將齒輪箱與機架底座做成一體，或省去主軸，將齒輪箱掛在巨大的軸承上。這些措施也能夠節省機艙體積，縮短傳動鏈。但這種情況下，昂貴的軸承既要承受軸向力、徑向力，又要承受風輪的顛覆力矩，會帶來新的故障風險。