大型風力發電機組齒輪傳動技術的進展

　　大型風力發電機組主要由風輪、機械傳動系統、發電設備和控制系統組成，其中機械傳動系統是將風輪吸收的風能以機械的方式傳送到發電機的中間裝置，包括傳動軸系、聯軸器、齒輪箱、離合器和制動器等，為了便于捕獲風能和適應機組性能控制需要，機組還必須配置偏航傳動、變槳距傳動以及阻尼、制動等輔助裝置。圖1 所示是一個典型的大型風電機組，左側的風輪通過主軸將動力經齒輪箱傳遞給右側的發電機，機艙內的設備安裝在底座上，通過偏航軸承支撐在塔架上。
　　大型風電機組的特殊環境和使用工況條件，對傳動裝置提出了不同尋常的要求，而大量的不確定因素，如圖2 所示
的外部動載荷和變化多端的風輪、電網異常載荷的作用、機艙剛性不足引起的強烈振動、只能通過估算和模擬的載荷譜
和極限載荷分布等，都是傳動裝置必須考慮的重大問題。
　　大型風力發電機組主傳動齒輪箱位于風輪和發電機之間，是一種在無規律變向載荷和瞬間強沖擊載荷作用下工作的重載齒輪增速傳動裝置。齒輪箱是風電機組傳動軸系中一個最重要而又是最脆弱的部件。
　　齒輪箱在機艙內不可能像在地面那樣具有牢固的機座基礎，整個傳動系的動力匹配和扭轉振動的因素總是集中反映在某個薄弱環節上，這個環節常常是機組中的齒輪箱。當然，最理想的情況是讓齒輪箱完成傳遞扭矩和增速的任務而不承受其他附加載荷。實際上這不僅不能實現，而且還會由于風況的多變和機組的復雜變形避免不了許多附加負荷的作用，給齒輪箱的設計增添了不少不確定的因素。
　　很顯然，在狹小的機艙空間內減小部件的外形尺寸和減輕重量十分重要，因此齒輪箱設計必須保證在滿足可靠性和預期壽命的前提下，使結構簡化并且重量最輕，同時也要考慮便于維護的要求。根據機組提供的參數，采用CAD 優化設計，按照排定的最佳傳動方案，選擇穩定可靠的結構和具有良好力學特性以及在環境極端溫差下仍然保持穩定的材料，配備完善的潤滑、冷卻和監控系統，是設計齒輪箱的必要前提條件。