國內外風電齒輪箱設計技術及主流技術路線綜述與展望

引言
　　風電產業的飛速發展促成了風電裝備制造業的繁榮，風電齒輪箱作為風電機組的核心部件，備受國內外風電相關企業和研究機構的關注。齒輪箱不僅是整個風電機組中成本較大的部件之一，大約占風電機組總成本的18% 左右，而且是風電機組中的薄弱環節之一。[1]
　　由于國內風電齒輪箱的研究起步較晚, 技術薄弱, 特別是兆瓦級風電齒輪箱，主要依靠引進國外技術，因此，急需對兆瓦級風電齒輪箱進行自主開發研究，真正掌握風電齒輪箱的設計和制造技術，以實現風電機組國產化的目標。
　　特別是近年來，為了提高風能利用率和發電效益，風力發電機組正向著增大單機容量、減輕單位千瓦質量、提高轉換效率及機組可靠性等方向發展。因此大兆瓦級的風電機組將逐漸成為未來研發的重點，而其中最重要的問題就是如何選取適合發展需求的齒輪箱技術路線。基于該問題，本文列舉了現階段國內外幾種主流的齒輪箱技術路線，重點從各種技術路線的特點出發，對各種路線的優缺點進行綜合的分析。
　　1 風電齒輪箱設計技術及其現狀
　　與其他工業齒輪箱相比， 由于風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米高的狹小機艙內，其自身的體積和重量對機艙、塔架、基礎、機組風載、安裝維護費用等都有重要影響。因此，減小外形尺寸和減輕重量顯得尤為重要。同時，由于維修不便、維修成本高，通常要求齒輪箱的設計壽命為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和的矛盾，因此風電齒輪箱的設計制造往往陷入兩難的境地。總體設計階段應在滿足可靠性和工作壽命要求的前提下，以最小體積、最小重量為目標進行傳動系統設計方案的比較和優化；結構設計應以滿足傳遞功率和空間限制為前提，盡量考慮結構簡單、運行可靠、維修方便等因素。[2]
　　箱體、行星架、輸入軸等結構件的加工精度對齒輪傳動的嚙合質量和軸承壽命等都有十分重要的影響，裝配質量的好壞也決定了風電齒輪箱壽命的長短和可靠性的高低。我國在結構件的加工和裝配精度等方面從重要性認識到裝備水平都與國外先進水平有一定的差距。高品質、高可靠性風電齒輪箱的獲得，除了先進的設計技術和必要的制造裝備外，離不開制造過程每一個環節的嚴格質量控制。
　　國外兆瓦級風電齒輪箱是隨著風電機組的開發而發展起來的，RENK，FLENDER 等風電齒輪箱制造公司采用將先進的設計技術與試驗測試相結合的方法，大大提高了產品的經濟性和可靠性。我國的風電齒輪箱行業自2007 開始進入快速發展的軌道，以南京高速齒輪箱有限公司為代表的齒輪箱廠或是增強自身的研發能力，或是擴大自身的產能。盡管如此，我國風電齒輪箱仍是風電設備國產化中的薄弱環節。雖然多數廠家通過各種渠道與國外先進的設計公司進行合作，但在設計的水平，經驗的積累和人才的儲備方面仍需不斷的努力。