摘要 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)力機組中最重要的部件, 倍受國內(nèi)外風(fēng)電相關(guān)行業(yè)和研究機構(gòu)的關(guān)注。介紹了國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展現(xiàn)狀, 對風(fēng)電齒輪箱的市場前景做了分析, 在技術(shù)上從齒輪箱的設(shè)計、軸承、潤滑系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測以及制造工藝等方面分析了國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱存在的問題并提出建議。
關(guān)鍵詞 風(fēng)電 風(fēng)電齒輪箱 齒輪箱 發(fā)展現(xiàn)狀
引言
環(huán)境污染, 能源短缺, 油價上漲, 當(dāng)今社會對清潔可再生能源的強烈訴求促使風(fēng)能產(chǎn)業(yè)遇到了前所未有的發(fā)展機遇。據(jù)估計, 世界風(fēng)能資源高達每年53 萬億kW·h, 是2020 年世界預(yù)期電力需求的兩倍[ 1] 。同時與之相關(guān)的風(fēng)電制造業(yè)也呈現(xiàn)出了蓬勃的發(fā)展前景。目前國際上采用的風(fēng)力發(fā)電機組的主流結(jié)構(gòu)型式是齒輪箱驅(qū)動, 風(fēng)電設(shè)備的龐大需求缺口更使得作為關(guān)鍵零部件的風(fēng)電齒輪箱的生產(chǎn)前景廣闊。
風(fēng)力發(fā)電機組一般安裝在荒郊、野外、山口、海邊等風(fēng)能較大且周圍無遮擋物之處, 發(fā)電機、齒輪箱等安裝在機組塔架之上狹小的機艙內(nèi), 距地面幾十米高。常年受酷暑嚴寒和極端溫差的影響, 工作環(huán)境惡劣。據(jù)世界風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)數(shù)據(jù), 風(fēng)電系統(tǒng)的失效率12%來自齒輪箱的失效。大約是工業(yè)齒輪箱平均失效機率的兩倍。齒輪箱的失效是導(dǎo)致故障時間、維修和產(chǎn)量減少的主要原因, 一般其損失要占風(fēng)電設(shè)備總價的15%~ 20%。
故障期一般出現(xiàn)在發(fā)電的高峰期, 因為環(huán)境惡劣,交通不便, 齒輪箱一旦出現(xiàn)故障, 修復(fù)十分困難, 將嚴重影響到風(fēng)場的經(jīng)濟效益, 因此, 對齒輪箱的可靠性和工作壽命提出了很高的要求, 風(fēng)電齒輪箱市場幾乎是得技術(shù)者得天下。然而國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的研究起步較晚, 盡管已經(jīng)做了一些工作, 其中還存在很多問題, 本文介紹了國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展現(xiàn)狀, 對風(fēng)電齒輪箱的市場前景做了分析, 在技術(shù)上從齒輪箱的設(shè)計、軸承、潤滑系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測、制造工藝5 個方面分析了國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱存在的問題并提出建議。
1 風(fēng)電齒輪箱發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景
1. 1 行業(yè)發(fā)展及研究現(xiàn)狀
2006 年南京高精齒輪有限公司牽手GE 開發(fā)風(fēng)電齒輪箱, 2008 年2 月27 日至2008 年2 月28 日, GE 1. 5MW 風(fēng)電齒輪箱聯(lián)合研發(fā)團隊配合GE 全球總工程師、風(fēng)能總工程師、中國傳動總工程師完成了最后一次設(shè)計( 試驗后) 評審, 與會者一致認為該型號齒輪箱設(shè)計水平達到世界一流, 試驗結(jié)果超過歐洲同類機型表現(xiàn),雙方共同宣布GE 1. 5MW 齒輪箱研發(fā)取得圓滿成功。在此項目基礎(chǔ)上, 組建研發(fā)小組進行XLE 1. 5MW 機型的研制, 將在2009 年一季度完成研發(fā)。另外, 公司目前正重點研發(fā)2. 5MW、3MW 的風(fēng)力發(fā)電傳動產(chǎn)品[ 3] 。
重慶齒輪箱有限責(zé)任公司從1996 年就致力于風(fēng)電齒輪箱的研發(fā)、生產(chǎn), 公司已初步研發(fā)出了( 1 000- 2500) kW 的風(fēng)力發(fā)電機組增速齒輪箱產(chǎn)品, 并成功地實現(xiàn)了600kW、750kW、800kW、1 000kW、1 500kW、2000kW 風(fēng)力發(fā)電增速齒輪箱的批量生產(chǎn)。
2006 年6 月重慶齒輪箱有限責(zé)任公司研制成功國內(nèi)第一臺1. 5MW 風(fēng)電齒輪箱。2007 年6 月初, 該廠研制生產(chǎn)的國內(nèi)最大的兆瓦級風(fēng)電齒輪箱FL2000 順利通過了各項技術(shù)指標(biāo)測試和型式試驗, 成功交付用戶使用[ 4]
另外, 2008 年5 月, 由杭齒集團杭州前進風(fēng)電齒輪箱有限公司研制開發(fā)的首臺1. 5MW 風(fēng)電齒輪箱, 通過沈陽遠大機電裝備有限公司的驗收, 該臺風(fēng)電齒輪箱在轉(zhuǎn)速、扭矩、升溫、振動等各項技術(shù)指標(biāo)均達到了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 即將交付客戶使用[ 5] 。
鄭州機械研究所也在從事風(fēng)電齒輪箱的研究, 2005 年7 月到2007 年6 月, 進行了兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組高可靠性傳動裝置的研究。
2008 年初, 河南省發(fā)展和改革委員會、河南省科技廳和河南省財政廳共同舉辦了2008 年河南省扶持企業(yè)自主創(chuàng)新項目招投標(biāo)活動, 鄭州機械研究所申報的℃ 兆瓦以上風(fēng)電機組增速齒輪箱研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化℃項目一舉中標(biāo), 獲得省科研經(jīng)費200 萬元。該項目針對大型風(fēng)電齒輪箱的關(guān)鍵設(shè)計制造技術(shù)進行系統(tǒng)深入的研究, 擬開發(fā)3. 0MW 以下系列風(fēng)電增速箱, 并完成相應(yīng)的中試和產(chǎn)業(yè)化研究、生產(chǎn)基地建設(shè)等工作[ 6] 。
風(fēng)電齒輪箱的優(yōu)化設(shè)計是我國學(xué)者研究較多的問題。沈陽工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所的李樹吉, 陳雷等對三級平行軸的斜齒圓柱齒輪增速箱進行了研究, 以齒輪箱質(zhì)量最輕為目標(biāo)建立了風(fēng)電齒輪箱優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型, 用SUNMT 內(nèi)點法進行了優(yōu)化。福州大學(xué)的劉賢煥, 葉仲和等對兆瓦以上的風(fēng)電齒輪箱提出了由1 個ZK ℃ H( B) 型差動行星輪系與1 個ZK ℃ H(A) 型準(zhǔn)行星輪系組合而成的封閉式行星輪系傳動方案, 并以齒輪箱體積最小為目標(biāo)函數(shù)建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型, 利用MATLAB 優(yōu)化工具對模型進行了求解。
另外, 重慶大學(xué)設(shè)有機械傳動國家重點實驗室, 在研究齒輪箱傳動方面有優(yōu)勢, 招收風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及裝備方向研究生, 并與重慶齒輪箱有限責(zé)任公司合作緊密[ 7] 7- 8。
1. 2 風(fēng)電齒輪箱市場前景
風(fēng)電齒輪箱的市場可發(fā)展空間遼闊, 以發(fā)改委的可再生能源中長期規(guī)劃, 保守預(yù)估至2020 年止風(fēng)電齒輪箱商機逾200 億元。
( 1) 齒輪箱驅(qū)動式風(fēng)電機組仍是市場主流目前市場上有兩種類型的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 一種叫雙饋發(fā)電, 是通過多重齒輪箱, 將每分鐘轉(zhuǎn)速不過20多轉(zhuǎn)的葉片轉(zhuǎn)速提升到每分鐘1200 轉(zhuǎn)進行發(fā)電; 另一種叫直驅(qū)發(fā)電, 采用永磁體發(fā)電機, 葉片直接驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。目前, 前一種技術(shù)成熟, 是市場主流, 現(xiàn)時一些較新型2MW 至5MW 的機組中, 仍然使用多級齒輪箱傳動技術(shù), 并繼續(xù)成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)主流。
( 2) 風(fēng)電機組零部件供不應(yīng)求
風(fēng)力發(fā)電機組的主要零部件包括葉片、齒輪箱、電機、導(dǎo)航系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。目前以及以后的相當(dāng)長一段時間內(nèi), 市場上對于整機的需求保持旺盛姿態(tài), 然而總體上來說, 相對于我國整機制造, 零部件制造比較落后, 不能滿足整機制造的巨大需求, 因此, 零部件制造發(fā)展?jié)摿薮蟆?/font>
目前國內(nèi)的風(fēng)電齒輪箱供應(yīng)已初具規(guī)模, 但兆瓦級以上風(fēng)電齒輪箱則多仰賴國外廠商供應(yīng)。國外主流風(fēng)電機組已達到兆瓦級, 丹麥為( 2. 0~ 3)MW, 美國為1. 5MW, 已有最高5MW 機組于2006 年初投入試運行。
兆瓦級風(fēng)電機組已成為國際市場的主流, 發(fā)達國家為了保持技術(shù)優(yōu)勢而形成技術(shù)壁壘, 我國雖已有兆瓦級以上機組樣機開始試運行, 但設(shè)計制造技術(shù)仍不成熟[ 7] 6。所以風(fēng)電齒輪箱市場發(fā)展?jié)摿薮蟆?/font>
另外, 由國外購進的風(fēng)電設(shè)備設(shè)計壽命為15~ 20年, 保修期一般為2 年。目前, 這些機組的部件在保修期內(nèi)就有被更換的, 包括風(fēng)輪葉片、發(fā)電機、增速齒輪以及控制系統(tǒng)等都有。可以預(yù)見, 過了保修期再要更換這些部件, 從國外購買就需要花費外匯。而且, 國外的風(fēng)電機組的容量、規(guī)格更新很快, 有的型號、規(guī)格的產(chǎn)品到時候可能已不再生產(chǎn)了, 無法購進、維修。因此, 對上述容量、規(guī)格機組的重要部件生產(chǎn)制造是國內(nèi)生產(chǎn)廠商的巨大商機。
另外, 由國外購進的風(fēng)電設(shè)備設(shè)計壽命為15~ 20年, 保修期一般為2 年。目前, 這些機組的部件在保修期內(nèi)就有被更換的, 包括風(fēng)輪葉片、發(fā)電機、增速齒輪以及控制系統(tǒng)等都有。可以預(yù)見, 過了保修期再要更換這些部件, 從國外購買就需要花費外匯。而且, 國外的風(fēng)電機組的容量、規(guī)格更新很快, 有的型號、規(guī)格的產(chǎn)品到時候可能已不再生產(chǎn)了, 無法購進、維修。因此, 對上述容量、規(guī)格機組的重要部件生產(chǎn)制造是國內(nèi)生產(chǎn)廠商的巨大商機。
( 3) 政策的鼓勵
2008 年8 月19 日, 財政部公布了℃風(fēng)力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)化專項資金管理暫行辦法℃, 規(guī)定對符合支持條件企業(yè)的首50 臺兆瓦級風(fēng)電機組, 按600 元/ 千瓦的標(biāo)準(zhǔn)予以補助。辦法規(guī)定, 600 元/ 千瓦的補助標(biāo)準(zhǔn)中,整機制造和關(guān)鍵零部件制造企業(yè)各占50%, 并重點向關(guān)鍵零部件中的薄弱環(huán)節(jié)傾斜, 補助資金主要用于新產(chǎn)品研發(fā)。
℃辦法℃明確, 產(chǎn)業(yè)化資金支持對象為中國境內(nèi)從事風(fēng)力發(fā)電設(shè)備( 包括整機和葉片、齒輪箱、發(fā)電機、變流器及軸承等零部件) 生產(chǎn)制造的中資及中資控股企業(yè)。資金主要是對企業(yè)新開發(fā)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的首50臺兆瓦級風(fēng)電機組整機及配套零部件給予補助。℃辦法℃的出臺無疑是國內(nèi)風(fēng)電零部件制造業(yè)的利好消息, 而風(fēng)電齒輪箱作為最重要的零部件無疑要在℃辦法℃上分一杯羹。
2 風(fēng)電齒輪箱的關(guān)鍵技術(shù)
2. 1 風(fēng)電齒輪箱的優(yōu)化設(shè)計
目前國內(nèi)兆瓦級以上風(fēng)電齒輪箱多依賴國外廠商供應(yīng), 國內(nèi)研制出的風(fēng)電齒輪箱多是對國外產(chǎn)品的單一仿制, 由于國內(nèi)外的風(fēng)況、氣候不同, 風(fēng)電場使用保養(yǎng)水平、原材料以及制造和安裝水平都不一樣, 大部分進口或國產(chǎn)齒輪箱都運行不足3 年而停機大修, 原因有很多, 其中設(shè)計落后是最重要的一方面。
風(fēng)電齒輪箱的優(yōu)化設(shè)計在國內(nèi)研究的還是比較多的, 沈陽工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所以齒輪箱質(zhì)量最輕為目標(biāo)建立了風(fēng)電齒輪箱優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型, 福州大學(xué)以齒輪箱體積最小為目標(biāo)函數(shù)建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型[ 7] 7- 8。重慶大學(xué)秦大同教授等也針對風(fēng)力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)以齒輪箱體積最小為目標(biāo)函數(shù)進行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[ 8] 。
然而以上研究單一追求質(zhì)量或體積的最小化就會忽視風(fēng)電齒輪箱各級強度不平衡, 同時他們都將簡化的疲勞強度計算作為約束條件, 對實際結(jié)構(gòu)、熱處理等問題考慮也不夠充分, 難以達到整體最優(yōu)。另外, 在設(shè)計的過程中還要考慮安全、經(jīng)濟因素。所以, 可以可靠性、經(jīng)濟性以及齒輪箱各級齒輪疲勞強度接近相等為優(yōu)化目標(biāo), 建立多目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計, 并同時考慮實際結(jié)構(gòu), 熱處理等其他相關(guān)問題。
另外, 國內(nèi)齒輪箱失效的主要形式是早期點蝕。由于風(fēng)力作用于齒輪箱是變工況的, 在齒輪頻繁受到風(fēng)速變化沖擊時, 齒輪的微動磨損超過了一般設(shè)計的預(yù)期( 某些廠家設(shè)計時根本沒有考慮齒輪微動磨損) ,往往造成使用2~ 3 年就出現(xiàn)齒輪早期點蝕, 這是國風(fēng)電齒輪箱的最大毛病。因此, 設(shè)計過程中一定要考慮齒輪的早期微動點蝕。
再者, 不同地區(qū)氣候不同, 風(fēng)電齒輪箱的工況也不同, 不可照搬一種模式, 在實際的設(shè)計過程中應(yīng)該具體問題具體分析, 根據(jù)齒輪箱的工作環(huán)境進行設(shè)計。
目前國內(nèi)尚沒有針對風(fēng)電齒輪箱的專用設(shè)計軟件, 因此, 針對我國風(fēng)電設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀, 綜合考慮以上因素, 編制適合各種風(fēng)電齒輪箱的專用軟件, 是進一步指導(dǎo)生產(chǎn)實踐, 促進我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要務(wù)。
2. 2 風(fēng)電齒輪箱的潤滑
齒輪箱的潤滑系統(tǒng)對齒輪箱的正常工作具有十分重要的意義, 大型風(fēng)力發(fā)電齒輪箱必須配備可靠的強制潤滑系統(tǒng), 對齒輪嚙合區(qū)、軸承等進行噴油潤滑。在齒輪箱失效的原因中, 潤滑不足占去了一大半。潤滑油溫度關(guān)系到部件疲勞和整個系統(tǒng)的壽命。一般來說齒輪箱正常工作時的最高油溫不應(yīng)超過80 ℃ , 不同軸承間的溫差不應(yīng)超過15 ℃ 。當(dāng)油溫高于65 ℃ 時, 冷卻系統(tǒng)開始工作; 當(dāng)油溫低于10 ℃ 啟動時,應(yīng)首先將潤滑油加熱到預(yù)定溫度后再開機[ 9] 。
在夏季, 由于風(fēng)電機組長時間處于滿發(fā)狀態(tài), 加上高空陽光直射等, 油品的運行溫度上升超過設(shè)定值; 而在東北嚴寒地區(qū)冬季使用時, 最低溫度經(jīng)常達到-30 ℃ 以下, 潤滑管路中潤滑油流動不暢, 齒輪、軸承潤滑不充分, 造成齒輪箱高溫停機, 齒面、軸承磨損, 另外溫度低也會使齒輪箱油粘度增加, 油泵啟動時負載較重, 油泵電機過載[ 10] 9。
齒輪箱潤滑油都有工作的最佳溫度范圍, 建議給齒輪箱潤滑系統(tǒng)上設(shè)計一個潤滑油熱管理系統(tǒng): 當(dāng)溫度超過一定值時冷卻系統(tǒng)開始工作, 當(dāng)溫度低于一定值時加熱系統(tǒng)開始工作, 始終把溫度控制在最佳范圍內(nèi)。
另外, 提高潤滑油的質(zhì)量也是潤滑系統(tǒng)必須考慮的重要方面, 潤滑劑產(chǎn)品必須具有極好的低溫流動性和高溫穩(wěn)定性, 要加強對高性能潤滑油的研究。
2. 3 軸承壽命計算
統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明, 風(fēng)電齒輪箱故障仍約有50%的故障與軸承的選型、制造、潤滑或使用有關(guān)[ 7] 23。目前,由于技術(shù)條件落后等原因, 國內(nèi)兆瓦級以上機組的核心部件如電機、齒輪箱、葉片、電控設(shè)備和偏航系統(tǒng)等,很多都依靠進口, 而應(yīng)用于這些大型風(fēng)電機組中的齒輪箱軸承、偏航軸承、變槳軸承及主軸軸承更是完全依靠進口。因此, 較為精確的軸承壽命計算方法對風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計顯得尤為重要。
由于對軸承要求的高可靠性, 通常軸承的使用壽命應(yīng)不小于13 萬小時。而由于影響軸承疲勞壽命的因素太多, 軸承疲勞壽命理論還仍需不斷完善, 國內(nèi)外軸承壽命理論并沒有一個統(tǒng)一的, 為所有行業(yè)所接受的計算方法。目前, 國外各大軸承生產(chǎn)廠商己紛紛根據(jù)自己的經(jīng)驗和研究成果提出各自新的軸承修正壽命計算方法。我國軸承壽命的試驗研究工作起步較晚,規(guī)模較小, 必須迎頭趕上。
軸承的運行溫度、潤滑油的黏度和清潔度及轉(zhuǎn)速等因素對軸承壽命有很大影響, 運行狀態(tài)變差( 溫度上升、轉(zhuǎn)速降低、污染物增多) 時, 軸承壽命可能大幅度降低。
對影響風(fēng)電齒輪箱軸承壽命的各種因素進行深入分析, 研究出較為精確的軸承壽命計算方法是國內(nèi)軸承行業(yè)乃至風(fēng)電行業(yè)的重中之重。
2. 4 風(fēng)電齒輪箱的監(jiān)測
風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電系統(tǒng)的重要組成部分, 其振動狀態(tài)直接影響風(fēng)力機的運行性能。因而研究風(fēng)電齒輪箱的振動狀態(tài), 優(yōu)化測點布置并對其進行狀態(tài)監(jiān)測,對保證機組的穩(wěn)定運行具有重要意義。
齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測的研究最早始于20 世紀60 年代[ 11] 2, 而關(guān)于風(fēng)電齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測, SKF 公司的狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品做得很好, 產(chǎn)品種類有便攜式儀器、在線系統(tǒng)、傳感器等, 并且公司還可以根據(jù)客戶的需要為客戶量身定做狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品。
目前國內(nèi)齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測但在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段。大連理工大學(xué)柴俊卿、王德倫以大連重工起重集團生產(chǎn)的兆瓦級風(fēng)電增速器為研究對象, 通過對系統(tǒng)進行動力學(xué)分析以及現(xiàn)場振動試驗來確定測點布置[ 11] 。
但是他們只對箱體進行了模態(tài)分析, 不能完全準(zhǔn)確的反映整個齒輪箱系統(tǒng)得固有特性以及振動特性,需要完整整個齒輪系統(tǒng)來分析其固有特性。另外, 風(fēng)電增速器特別是兆瓦級的風(fēng)電增速器狀態(tài)監(jiān)測目前在國內(nèi)還處于空白, 我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)相對落后, 還沒有相關(guān)的振動標(biāo)準(zhǔn), 因此需要進行大量的實驗數(shù)據(jù), 根據(jù)實際的振動情況來制定振動警報值, 才能實現(xiàn)真正意義上的在線振動監(jiān)測。
2. 5 風(fēng)電齒輪箱的制造工藝
在一定的設(shè)計和使用條件下, 齒輪的壽命是由原材料和工藝過程決定的。目前, 國內(nèi)兆瓦級風(fēng)電齒輪箱主要依賴進口, 我國雖已有兆瓦級以上機組樣機開始試運行, 但在設(shè)計制造方面主要是對國外的仿制。而我國的風(fēng)電齒輪箱的使用工況與國外不盡相同, 國內(nèi)齒輪原材料的質(zhì)量水平和加工制造水平也不如國外, 造成仿制進口的國產(chǎn)齒輪箱在結(jié)構(gòu)、原材料和加工工藝上不適應(yīng)中國的實際情況, 所以光靠測繪和模仿不能解決可靠性問題, 應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計的完善和制造工藝水平的提高上著手。
從德國ZF 公司、意大利FLAT 公司引進產(chǎn)品的齒輪原材料與工藝標(biāo)準(zhǔn)比較, 國內(nèi)外齒輪材料的主要區(qū)別在于原材料純凈度和和淬透性帶寬的控制, 國外不認可國內(nèi)主打用鋼CrMnTi 系鋼種。
在齒輪制造工藝上主要的區(qū)別在于: ( 1) 國外強力拋丸工藝的普遍應(yīng)用( 2) 對硬化深度的不同認識, 如國內(nèi)用隨爐試樣表面至HV500 處距離表征, 而ZF 公司用試樣或?qū)嵨锉砻嬷?span>HV610 處距離表征[ 10] 25。
用材料科學(xué)的觀點分析這些問題, 齒輪的承載能力是由外部條件如加載方式( 風(fēng)力特點) 和內(nèi)部條件如齒輪的材料處理和工藝過程( 制造水平) 決定的, 因此,國產(chǎn)化齒輪箱必須適應(yīng)我國的實際使用條件, 齒輪的設(shè)計、計算過程中要依據(jù)我國的實際制造、管理水平進行, 要對國標(biāo)或其他計算方法進行修正, 其中包括齒輪箱的結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計, 冷熱工藝過程[ 10] 22。
另外, 風(fēng)電齒輪應(yīng)充分注意增速傳動與減速傳動的區(qū)別, 變位系數(shù)的選擇應(yīng)有利于降低滑差, 應(yīng)根據(jù)載荷情況作必要的齒形和齒向修正, 內(nèi)齒圈輪緣厚度應(yīng)不小于3 倍的模數(shù), 外齒輪均采用滲碳淬火+ 磨齒工藝, 材料熱處理等級不低于MQ, 齒輪精度不低于5 級;與傳統(tǒng)行星傳動不同, 內(nèi)齒圈的強度往往成為風(fēng)電齒輪箱的薄弱環(huán)節(jié)。國外一般采用斜齒內(nèi)齒輪+ 滲碳淬火+ 磨齒工藝。但由于國內(nèi)大型內(nèi)斜齒制齒加工困難, 內(nèi)齒磨齒成本較高, 國內(nèi)通常采用直齒+ 氮化工藝, 與國外產(chǎn)品在設(shè)備可靠性、重量等方面存在一定差距。國內(nèi)在不具備斜齒加工的條件下, 也應(yīng)盡量采用滲碳磨齒工藝。即使在保證內(nèi)齒圈強度的條件下, 采用氮化工藝時內(nèi)齒圈的精度也不應(yīng)低于7 級[ 12] 。
3 結(jié)論
( 1) 國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展前景廣闊, 但起步晚,技術(shù)落后, 機遇與挑戰(zhàn)并存。對于企業(yè)來說, 龍頭企業(yè)要在技術(shù)和質(zhì)量上加大力度, 不可一味追求高產(chǎn)能、低成本, 讓國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱行業(yè)陷入低端惡性競爭。
(2) 風(fēng)電齒輪箱的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)注重高可靠性和長壽命, 加強兆瓦級大型風(fēng)電齒輪箱及其配套軸承的設(shè)計和制造技術(shù)的系統(tǒng)深入研究, 豐富現(xiàn)場運行經(jīng)驗和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。制造工藝方面應(yīng)加強材料、熱處理及加工的研究。潤滑系統(tǒng)上可考慮設(shè)計一個潤滑油溫?zé)峁芾硐到y(tǒng), 將潤滑油溫度控制在最佳溫度范圍內(nèi), 另外, 要進一步開發(fā)出優(yōu)質(zhì)潤滑油品。
( 3) 一臺風(fēng)電齒輪箱動輒上百萬, 如此昂貴的設(shè)備如果按照面向再制造的設(shè)計理念進行設(shè)計, 把可拆卸性、可運輸性、易于修復(fù)和升級性、易于裝配性以及環(huán)境指標(biāo)都考慮在內(nèi), 在使用壽命結(jié)束以后對其進行再制造, 將會節(jié)省大量的成本, 不但符合可持續(xù)發(fā)展要求, 更降低了風(fēng)電場建設(shè)的入門門檻, 推動風(fēng)電事業(yè)的飛速發(fā)展。
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