大型风电齿轮箱关键设计技术探讨程健平

大型风电齿轮箱关键设计技术探讨程健平

程健平

（南京高速齿轮制造有限公司江苏南京210000）

摘要：本文主要以大型风电齿轮箱关键设计技术为重点进行阐述，以风电齿轮箱存在的问题为主要依据，从计算轴承使用寿命、计算齿轮疲劳强度几个方面进行研究分析，其目的在于及时发现风电齿轮箱当中存在的不足，制定科学有效的解决措施，使得风电齿轮箱结构得到合理优化，进一步推动我国风力发电领域的可持续发展。

关键词：大型风电齿轮箱；齿轮箱；风力发电；关键设计技术

引言

现阶段，第一台风力发电装置产生之后，人们对于风能的认识也逐渐加深，而且对于其风能的开发也不断开展。但是随着石油能源的枯竭以及核电环保危机的出现，各个国家逐渐提高了风能的重视，不断开发研究风能如何更好的进行利用。但是当前风力发现系统当中仍然存在一定的问题与不足，主要就是由于风电齿轮箱设计质量并没有充分满足相关规定要求，一定程度上阻碍着我国发电行业的发展进步。

1.风电齿轮箱存在的问题

1.1轴承问题

在风力发电装置当中，部分发电设备体积相对较大，在对其进行维修的过程中，通常会存在较大的难度。因此，此种装置设备就需要具备较长的工作寿命，从而避免对风能发电产生不利的影响。从当前风力发电装置当中产生故障的情况来看，其中出现故障最多的就是增速齿轮箱，尤其是齿轮箱当中的轴承（如图1）。基于此，在对齿轮箱进行设计的过程中，就需要合理选择轴承，充分保障齿轮箱能够稳定运行。

图1：齿轮箱轴承

1.2缺乏完善的载荷数据处理

我国地域辽阔，不同地区之间气候具有一定差异，部分地方的风力发电机可能所处的环境也相对较为恶劣，因此就会导致风力发电机所承受的载荷数据相对较为复杂。但是，从我国现阶段载荷数据发展情况来看，也仅仅刚步入载荷数据收集的起步阶段，面对复杂的载荷数据，并具备完善的处理方法[1]。而针对部分瞬间载荷、制动载荷以及极限载荷等数据，处理的方法也仅仅是依靠传统的经验对其进行估算，并没有科学合理的估算方法。另外，在对变载荷进行处理的过程中，所采用的线性积累损伤理论也并不是很成熟，从而使得其计算结果并不具有科学性以及合理性。

1.3缺乏合理的计算方法

从当前我国风力发电机的设计情况来看，其中的齿轮承载能力计算方法缺乏一定的合理性，并不是很成熟，并不能够充分满足风力发电发展的需求。同国外发达国家的风电齿轮箱设计情况进行对比，如：美国在设计大型风电齿轮箱的过程中，主要采用的就是按照AGMA2101-C95的规范来进行计算，而我国在设计大型风电齿轮箱的过程中，则主要按照GB3480规范进行计算，虽然这两种计算方法各有各自的优缺点，但是对这两种方法进行对比，还是美国使用的计算方法更加的成熟，我国采用的计算方法相对较为落后[2]。

2.大型风电齿轮箱关键技术设计

2.1计算轴承使用寿命

我国大型风力发电机最为容易发生故障的位置就是齿轮箱的轴承，所以，在对齿轮箱疲劳强度进行计算之前，需要对轴承的使用寿命进行提前计算。主要就是由于轴承在运行的过程中，套圈会同滚动体之间发生一定的接触，从而使得轴承表面出现疲劳剥落的现象。如果当此现象发生在轴承的寿命期限以外，那么则属于正常的损坏情况，但是如果在寿命使用期限以内，出现了轴承疲劳脱落的情况，那么就会对齿轮箱产生极为不利的影响。在风里发电机当中，最为常用的轴承主要就是滚动轴承，此种轴承产生的摩擦力行对较小，而且对于风力发电机组而言，寿命需要保持在13万小时以上[3]。

图2：风电齿轮箱结构图

2.2计算齿轮疲劳强度

当齿轮箱的轴承疲劳寿命得到准确明确之后，就需要对齿轮的疲劳强度也进行相应的计算。通常而言，在对齿轮疲劳强度进行计算的过程中，主要采用的有两种方法，分别为：ISO齿轮响度计算以及AGMA计算标准。

2.3发电机参数优化

齿轮箱是大型风力发电机中重要的构成之一，主要就是将风能所产生的动力传递给发电机，使得发电机能够快速的转动，进而产生电能。但是受到环境因素的影响，风电齿轮箱会受到较为复杂的载荷，长时间运转之后，难免会产生一定故障，因此，就需要采用相应的方法，对齿轮箱结构进行优化，如：一级行星加两极平行轴的传动结构方式。

结束语：

一般而言，风电齿轮箱是风力发电机中最为重要的构成，而且风电齿轮箱的设计在整体风力发电机中占据汇重要地位。基于此，为了能够充分保障风力发电机的稳定运行，避免风力发电机出现中断现象，防止风力发电机组出现故障，就需要注重对齿轮箱进行优化设计，使得齿轮箱结构更加具有规范性以及合理性，尤其是对齿轮箱的轴承进行重点设计。所以，就需要加强对风力发电机齿轮箱中存在的故障问题进行研究分析，然后结合齿轮箱实际的运用情况，对齿轮箱的关键设计技术进行探讨，充分保障风电齿轮箱内部结构得到有效优化，进一步推动我国风力发电领域更加稳定持续的发展进步。

参考文献：

[1]胡志红，张秀丽，张向军，白恺，林丽，王素焕.风电机组齿轮箱故障评价方法研究现状[J].设备管理与维修，2018（02）：31-35.

[2]马晓光，于天龙，鲍艳秋，李诤.基于整机传动链的风电齿轮箱动力学分析[J].机械传动，2017，41（04）：120-124.