國內(nèi)外風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)技術(shù)及主流技術(shù)路線綜述與展望

引言
　　風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展促成了風(fēng)電裝備制造業(yè)的繁榮，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件，備受國內(nèi)外風(fēng)電相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。齒輪箱不僅是整個(gè)風(fēng)電機(jī)組中成本較大的部件之一，大約占風(fēng)電機(jī)組總成本的18% 左右，而且是風(fēng)電機(jī)組中的薄弱環(huán)節(jié)之一。[1]
　　由于國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的研究起步較晚, 技術(shù)薄弱, 特別是兆瓦級風(fēng)電齒輪箱，主要依靠引進(jìn)國外技術(shù)，因此，急需對兆瓦級風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行自主開發(fā)研究，真正掌握風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組國產(chǎn)化的目標(biāo)。
　　特別是近年來，為了提高風(fēng)能利用率和發(fā)電效益，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正向著增大單機(jī)容量、減輕單位千瓦質(zhì)量、提高轉(zhuǎn)換效率及機(jī)組可靠性等方向發(fā)展。因此大兆瓦級的風(fēng)電機(jī)組將逐漸成為未來研發(fā)的重點(diǎn)，而其中最重要的問題就是如何選取適合發(fā)展需求的齒輪箱技術(shù)路線。基于該問題，本文列舉了現(xiàn)階段國內(nèi)外幾種主流的齒輪箱技術(shù)路線，重點(diǎn)從各種技術(shù)路線的特點(diǎn)出發(fā)，對各種路線的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合的分析。
　　1 風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)技術(shù)及其現(xiàn)狀
　　與其他工業(yè)齒輪箱相比， 由于風(fēng)電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米高的狹小機(jī)艙內(nèi)，其自身的體積和重量對機(jī)艙、塔架、基礎(chǔ)、機(jī)組風(fēng)載、安裝維護(hù)費(fèi)用等都有重要影響。因此，減小外形尺寸和減輕重量顯得尤為重要。同時(shí)，由于維修不便、維修成本高，通常要求齒輪箱的設(shè)計(jì)壽命為20 年，對可靠性的要求也極其苛刻。由于尺寸和重量與可靠性往往是一對不可調(diào)和的矛盾，因此風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)制造往往陷入兩難的境地。總體設(shè)計(jì)階段應(yīng)在滿足可靠性和工作壽命要求的前提下，以最小體積、最小重量為目標(biāo)進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較和優(yōu)化；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以滿足傳遞功率和空間限制為前提，盡量考慮結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維修方便等因素。[2]
　　箱體、行星架、輸入軸等結(jié)構(gòu)件的加工精度對齒輪傳動(dòng)的嚙合質(zhì)量和軸承壽命等都有十分重要的影響，裝配質(zhì)量的好壞也決定了風(fēng)電齒輪箱壽命的長短和可靠性的高低。我國在結(jié)構(gòu)件的加工和裝配精度等方面從重要性認(rèn)識到裝備水平都與國外先進(jìn)水平有一定的差距。高品質(zhì)、高可靠性風(fēng)電齒輪箱的獲得，除了先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)和必要的制造裝備外，離不開制造過程每一個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格質(zhì)量控制。
　　國外兆瓦級風(fēng)電齒輪箱是隨著風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)而發(fā)展起來的，RENK，F(xiàn)LENDER 等風(fēng)電齒輪箱制造公司采用將先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)與試驗(yàn)測試相結(jié)合的方法，大大提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。我國的風(fēng)電齒輪箱行業(yè)自2007 開始進(jìn)入快速發(fā)展的軌道，以南京高速齒輪箱有限公司為代表的齒輪箱廠或是增強(qiáng)自身的研發(fā)能力，或是擴(kuò)大自身的產(chǎn)能。盡管如此，我國風(fēng)電齒輪箱仍是風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化中的薄弱環(huán)節(jié)。雖然多數(shù)廠家通過各種渠道與國外先進(jìn)的設(shè)計(jì)公司進(jìn)行合作，但在設(shè)計(jì)的水平，經(jīng)驗(yàn)的積累和人才的儲備方面仍需不斷的努力。