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浅谈风电齿轮箱应用的关键技术与发展现状

2020-05-19 547 上传者：管理员

摘要：风能发电有着广阔的前景，如何确保风机齿轮箱的性能，是目前厂商所关注的问题。本文探讨了风机齿轮箱的发展情况，研究了当前的关键技术，旨在帮助厂商了解齿轮箱的发展方向，解决相关技术问题。

关键词：
优化
发展
技术分析
风电齿轮箱
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风电齿轮箱是风能发电机的关键部分，随着风电的发展，风电齿轮箱也获得了良好的发展前景。国内的企业还存在技术能力不足的问题，需要了解齿轮箱制造的关键技术，提升技术水平，满足市场需求。

1、风机齿轮箱发展现状

风力资源十分丰富，风能发电有着十分广阔的发展前景，因此，风机齿轮箱在未来有很广阔的发展空间。目前市场上的主要风力发电设备包括双反馈发电和直驱发电，其中双反馈发电是目前市场的主流发电技术，这种发电使用多重齿轮箱，承接风能推动叶片所带来的动力，之后齿轮箱提升转速进行发电。

风力发电机组中，齿轮箱是十分重要的零部件，由于风能发电的快速发展，所以齿轮箱市场存在供不应求的现象。但是与此同时，我国的齿轮箱制造水平相对较低，产能不足，满足不了市场需求。国外的风机齿轮箱规模已经很庞大，很多低功率风机都使用国产齿轮箱，但是在兆瓦级以上的齿轮箱，却十分依赖于国外厂商。国外齿轮箱制造商的零部件更新比较快，型号更新速度也很快。同时，国外厂商在售后服务上也领先于国内，是国内厂商的主要差距之一[1]。

2、风机齿轮箱关键技术

2.1 风机齿轮箱润滑

齿轮箱的润滑对于齿轮箱的运转十分重要，尤其是需要对轴承、齿轮啮合区、轴承等位置进行喷油润滑，保证齿轮箱运转过程中不会有过大的阻力，避免齿轮箱的失效[2]。使用润滑油时，需要考虑润滑油的温度，因为会影响齿轮箱部件的疲劳，甚至会造成系统寿命降低[3]。通常而言，要避免齿轮箱的油温超过80℃，一般情况下，运行过程中，如果油温超过了60℃，就必须要有冷却系统进行降温，如果油温过低，则需要停机然后加热再开机。

季节也是对温度有重要影响的因素，风电机在夏季通常都处于满发的状态，这就导致油温很容易升高，同时如果有阳光的影响，更容易造成油温的升高；而在一些严寒地区的冬天，过低的气温会导致齿轮机润滑油流动不通畅，所以齿轮箱的齿轮、轴承难以得到充分的润滑，很多齿轮机会出现齿面严重磨损的情况。低温也会导致齿轮箱的粘度增加，造成油泵启动的时候负载较重，于是就会导致电机出现过载的问题。所以对于齿轮箱的润滑方面，需要充分考虑对润滑油的温度控制，设计润滑油热管理系统，控制润滑油的温度。

2.2 轴承

轴承是齿轮箱中的关键零件，如果轴承存在问题，齿轮箱必然会出现故障。很多国外企业在齿轮箱轴承的技术水平比较高，轴承往往会有比较长的寿命。同时为了能够了解齿轮箱的情况，就需要了解轴承的寿命，及时对老化的轴承进行更换，避免轴承出现故障之后导致齿轮箱运转不畅。轴承损坏的原因有很多，在计算时需要针对不同的因素进行综合考虑，这就导致不同的企业和国家都有自己的寿命计算标准，并没有统一的理论基础。

国内的厂商也在研究轴承寿命计算的相关技术，对提高轴承的应用有很大的帮助。温度、润滑油的粘度都对轴承的寿命有一定的影响，而且如果周围环境不清洁，也会对轴承造成污染，导致轴承的运行情况变差。在对轴承的寿命进行计算时，这些方面的因素都要考虑进去，从而获得准确的结果。

2.3 风电齿轮箱运行监测

风电系统的性能一定程度上决定于风电齿轮箱的运行情况，所以目前通过对风电齿轮箱的运行监测，对当前齿轮箱的运转状态进行预测，及时维护齿轮箱，保证齿轮箱的稳定性。通过便携仪器、在线监测系统、传感器等等，就可以获得齿轮箱的数据，但是对齿轮箱的监测工作还需要根据数据进行分析，而对于一些特殊要求，也要有个性化的设计。比如需要对齿轮箱进行动态分析，结合动力学来了解齿轮箱系统的振动情况。其次，还需要了解齿轮箱的固有振动特性，从而利用完整的数据做出精准的分析。实际工作中，需要在齿轮箱运行异常的时候提供警报，保证监测工作的效果，及时对齿轮箱进行控制，避免出现损坏的问题[4]。

2.4 齿轮制造水平

齿轮箱的性能、稳定性来自于齿轮的设计和制造水平，对于齿轮的制造而言，不仅要做好设计工作，同时也要在工艺上有足够的保证。齿轮的制造需要在材料上满足要求，避免因为材料性能不足影响了齿轮箱运行的稳定性。其次在制造的过程中，需要根据载荷计算来修正齿轮的齿形齿向，并且使用渗碳淬火工艺，有效对齿轮进行热处理。

2.5 齿轮箱优化设计

通过设计来进行齿轮箱的优化可以提升齿轮箱的性能，以及延长齿轮箱的寿命。比如可以使用数学模型来对齿轮箱进行模拟，然后结合参数对齿轮箱进行优化设计。设计过程中需要考虑不同方面的优化条件，提升齿轮箱的性能和保证齿轮箱的稳定性。另一方面，也需要结合齿轮箱的经济性进行考虑，保证齿轮箱能够满足经济性要求。对于不同地区、齿轮箱的运行环境不同，所以优化过程中也需要深入研究一些极端情况对于齿轮箱的影响，或者围绕环境专门对齿轮箱重新设计。

3、结束语

风电齿轮箱技术水平对风能发电十分重要，厂商需要充分考虑不同情况的需求，对风电齿轮箱进行技术优化。结合当前技术上的关键问题进行创新，提高风电齿轮箱的技术水平。

参考文献：

[1]王晶晶,吴晓铃.风电齿轮箱的发展及技术分析[J].机械传动,2008,32(6):5-8.

[2]王辉,李晓龙,王罡,等.大型风电齿轮箱的失效问题及其设计制造技术的国内外现状分析[J].中国机械工程,2013,24(11):1542-1549.

[3]李国云,秦大同.风力发电机齿轮箱加速疲劳试验技术分析[J].重庆大学学报,2009,32(11):1252-1256.

[4]任爽.基于振动特征分析的风电齿轮箱故障诊断技术研究[D].天津:河北工业大学,2015.

王福亮.简析风电齿轮箱的发展及技术现状[J].南方农机,2020,51(09):125.