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风力发电及风电齿轮箱概述_张立勇_图文

第 2卷
文章 编 号
:

第 期
侧”


风力发 电及 风 电齿轮箱概述
(
2X (

2

伪 月x刃





风 力 发 电及 风 电 齿轮 箱 概 述
郑 ( 州 机 械 研究 所
,

河 南 郑州
,

5 4

5 0

) 2

张立 勇
4 5巾 I 幻 )

王长 路

( 河 南理 工 大学 高 职 学 院

河南 焦 作

刘法 根


摘要

近 年 来 随 着 风 电 技 术 的逐 渐 成 熟和 风 电 成 本 的 下 降 世 界 风 电 装机 容 量 高 速增 长
, , 。

,

,

概述 了

国 内外 风 电 产 业 的 发 展 概 况 和 风 电 发 展 的 主 要 趋 势 介 绍 了风 电 齿轮 箱 的 技 术 现 状 指 出 了风 电 齿 轮 箱

设 计 制 造方 面 存 在 的 主 要 问题
关 键词
风 力发 电

齿轮箱

发展 现 状 风 电 装机 容量稳 定增 长 另 一 方 面 就 是 我 国 风 电 装 机
,

引言
随着 能 源 短 缺 和 生 态 环境 的 日益 恶 化 新 能 源 发
电技 术 在 世界 范 围 内 取 得 了 长足 的 进 步
, , 。 ,

容 量 快 速 增长
风 能是 一 种



印度
8

2 以) 7

年新 增装 机 容量
,

1 so M

w

,

累积装 机 容量 达 到 我国


0

Mw

图 累积 装 机容 量 仍 高 于

清 洁 的可 再生 能源 随着 风 力 发 电技 术 的 日 趋成 熟 和
风 电成 本 的 逐渐 降低 风 电 装 备产 业 高 速 发展 且 前 景

广阔
,



为 了 进 一 步改 善 风 电 机 组 的性能 提 高单 机 容




乏 勺 娜 圳 略 渗 彩 舅 仲

ō ó



1



23

0 0 4 2



量 世 界 各 国都 对 风 电 机 组 进 行 了 大 量 的研 究 和开 发 工 作 一些 国 家 的 技 术 已 经 相 当成熟
, ,

我 国 风 电 技术
, 。

研究起 步较 晚 近 年来取 得 了 显 著 的成效 但 总 体设 计 制造 水 平 与 国 际 先进 水 平还 有 很 大差 距
1
.

风 力 发 电产 业概况
全 球 风 力 发 电产 业 高 速 发 展 风 力 发 电长 期受 制 于 成 本 和 技术 等 问题 而 发 展 缓
,



1

! { 鲡
鑫 衫



:
1 4 2

聊 事 并

: . J 0

多 多



全 球 风 电累 积装 机容 量 及 增 长 率
,

1 1

我 国 风 电 产业 从零 起 步 但发 展 迅 速 特 别是 近

,

3

年的 装 机 容量 增 长 率世 界 第 一
风 电装 机容 量
2X ( )7
,






2

0 年来我 为近 1

慢 但是 技术 的 不 断进 步使 风 电 成本 大幅 度 下 降 加上 能源 环 境 问 题 的 日益 严 峻 使 各 国 纷纷 出 台鼓 励 政 策
和 税 收优 惠 因 此 出 现 了从 上 个 世 纪 末 延 续 至 今 的 风
,


,

国 风 电 累 积 装 机 容 量 及 增 长率 图
3 30 7 MW
,

2叨 7

年我国 新增


增 长率 达 到 了
5

12 7 %闯

截至

年底 我 国 ( 不 计 台湾 省 ) 风 电 累计 装 机 容 量 已 达
,

电 产业 大发展





1

0 年 全 球 风 电装 机 容 量 及 为近 1
,



5 9肠 M W

取 代 丹 麦 成 为 全球 第
.

名 占 2叨 7 年 底

,

增 长率 图



从 图 中可 以 看 出 从
.

19 9 8

0 年 年以来 近 1
,

全 球风 电 累计 装机 容量 的
业 理 事会 (C

6 3%



中 国 可 再 生 能源 行
,

的 风 电装 机 容 量 年增 长 率 都 在 2 0
8 率 达到 了 2
,

% 以上

年 平 均增 长
( G W下 C )
以x 〕 Mw
,

E R

I )预 计 A


,

到2 0 巧
, 。

年 我 国风 电装 机 容 量 内蒙古 自治 区 的 风 电

6%



20 8


,

2

月 在 比利时 首都布鲁塞

将 达到 5 0
[ 进展 ’]
。 ,

(X MW x 〕

近 年来 我 国风 力发 电 取得 突 破 性
,

尔召 开 全 球 风 能 大 会 期 间 全球 风 能理 事 会 ’ 确认 〔 〕 2 0 7 年全 球 风 电 新 增 装 机 容 量 约 2 0
7 年增 长 2
.

风 电场 已 达 到 15 8 个
1 56 3 MW

装 机 容 量 达到
省份
2X ) 7 (

是 全 国 风 电装 机容 量 最 多 的
,

0%

;

截至


2叨 7

年底 全 球 风 电总 装 机 容 量
,

,



n 月 8 日 我 国第 一 个 海 上风 电场在 渤
,

达到 9 4
2X ) 7 (

12 3 MW

欧 洲 仍 然是 全球 风 电最 主 要 的 市 场
8

海 油 田 顺 利投 产 拉 开 了 我 国 有 效 利 用 海 上 风 能 的 序

年 新 增风 电 装机 容 量
5MW
,

6

2M W


,

累 计 装机 容 量 达





3 到5 7 1

1 % 约 占全球 的 6
20 ( 辫

但欧 洲 新增 装机 容 量

欧 洲 风 能协 会 ( E W E A ) 确 定 的 目标是 到 2 0 3 0 年风
3 力发 电要 能 满 足 欧 洲 电 力 需 求 的 2
,

所 占的 比率 从
, ,

5 年的 7

% 下

降 到 了 2X ) (

7

年的
。 ,

%



德 国是 风 力
3

3 % 这 主 要 是 由 于 美 洲 和 亚 洲 风 电业 的高 速 发 展 4

发 电 装机容 量 最 大 的国 家 其 电 力 的 6 % 来 自风 电 ; 西 班牙 电 力 的
lo M W
,

在美 洲 仅 美 国 风 电新 增 装机 容量 就达
6 装 机 容量 达 到 了 1
4 s

5 Zo M W

累计

8%

来 自风 电 ; 丹 麦 的风 电 装 机 容 量 为
, 。
,

o

M

W



2X ] 7 (

/ 年 之所 以有 超 过 l
,

可 以 满 足 其 电 力需 求 的 2 0 % 是世界 上风 电

的 全 球 风 电 新 增 装 机 容 量 来 自亚 洲 一 方 面 是 印 度

份 额 最 大 的 国家

预计 到 2 0 2 0 年 风 电 占全 球 总 电 量

机 械传 动


le

8

的 比 例将 达

.

11 9 %
,
.



(:; a n

s a

9 的份 额 最 大 占新增 装机 容量 的 3
,
.

,

.

9 % 〔2 口



o 年 间 煤 电 年增 长 过去 r

2 5%

,

天 然 气发 电 年 增
1 7%
.

国 际 上 兆 瓦 级 以 上 的 风 电机 组 已 经 成 为 主 流 机 型
.



2 5%

.

,

核 电 年增 长

1 8%
.

.

,

油 发 电 年增 长
。 ,

,





如美 国 主流 机 型
:


1 SM W
,

,

丹 麦 主 流机 型 ( 2
:

.

0

-

8 风 电平 均 年 增 长 高 达 2

6%

世 界 风 电 将 在 相 当长

3

) M场 0

截 至 2仪巧 年 我 国风 电机 组
,

IM W

以 下 的机

的一 段 时 期 内保 持 高 速 发 展 风 力 发 电 仍 然 有 非 常广 阔的 发展 空 间


组 占总 装机 容 量 的 7 0 %
只 占 26%
, ,

IM双

7



ZM W


之 间 的风 电机 型
.

ZM W

以上 机 型 占 4 %

根 据 国 家 发改 委 规
1 SM W



划 我 国 未来 的风 电 新 增 装 机 将 以 为主
.

ZMw

机型

,

IM

w 以 下 机 型 所 占 比 重 将 逐 渐 降低
5


1 3

风 力 发 电发展 的 主 要趋 势 〔
() l





机 组 单 机 容 量增 大
, ,

风 电 机 组 单 机 容 量 的增 大 有 利 于 提 高 风 能 利 用

率 降 低风 场 的 占地 面 积 降 低 风 电 场 运 行 维护 成 本
从 而 提 高 风 电 的 市 场 竞争 力
电机 组 已 达到 ( 2

.

,



目前 国 际 上 主 流 的风
RP e
,

,



) 3
,

MW

,

由德 国
MW

2

我 国风 电累 积 装 机 容量 及 增 长 率

最大 的
12 6

SM W

风 电 机组 已 投 人 运 行 其 旋 翼 区 直 径达 到

~

:

公 司研 制 的

1 2

国 内 外 风 电 设备 制 造 业 概 况





可 以 预见 ( 3 一 5 )


的 风 电 机 组 在市 场 中 的

风 力 发 电 的快 速 增 长 带动 了风 电 设备 制造 业 的发 展
,

比例将 日 益 提 高

2X ) 8 (
,



2

月 在 布 鲁 塞 尔 举 行 的风


2X ) 7 (

年度 全 球 风 电 设 备 市 场 总 价 值 达 到 30 6 亿美
,
,
、 、

能会 议 和 风 能 展 上 有与会 者 甚 至 提 出 了 2 0 2 0 年 前开 发出 2 0
(2 )
MW





目前 世界 上 先 进 的 风 电 设 备 制 造 企业 主 要 集 中
,

风 电 机组 的 概念
,

在 少数 几个 国家 如 丹麦 德 国 西 班 牙 和 美 国 等 著 名
的公 司 有 牙)


海上 风 电迅 速兴 起
, 。

V

e s

ta s

(丹麦 )




E G
n


W in d

( 美 国 ) 汉孔


u n e sa

(西班

海 上 风能 资 源 丰富 且 受 环 境影 响小 海 上风 电场 将成为 一 个 迅 速 发 展 的 市 场
(EWEA ) 预测 到
7 0 仪幻 M W
,

E n e 二o n

(德国 )

Su f z o

( 印度 ) 等
2( X )7
, ,



3



2 《X斤

年 公

目前 丹 麦 德 国 英 国








世 界 风 电机 组 市 场 份额 图
司 占全 球 市 场 份 额 的 2
.

年 丹麦 的
3

Ve s ta s

瑞 典 和 荷 兰 等 国 家海 上 风 电 发 展 较快
20 2 0
,

欧 洲 风 能协 会
,

8%


,

位 公 司 占有 了 市场
4 2%
.

年 欧 洲 海 上 风 电 总 装机 容 量 将 达


份额 的 一 半多





值 得 一 提 的 是 我 国 的金 风 科 技 股份
7

虽 然海上 风 电 前景 广 阔 但 目前 还 有技

有 限 公 司 也 占据 了 2 ( X )

年 世界 风 电 市 场 的



术等方 面 的 因 素 制 约 着 它 的 发 展

一方面 海上风 电
,

,

机组 均为 陆 上 风 电 机组 改 造 而 成 而 复杂 的海 上 自然

,

条件使 得风 电机组 的 故 障 率 居 高 不 下 如 世 界最 大 的
海 上 风 电场 丹麦 V e
t s

s a


霍恩 礁 风 电 场 8 0 台海 上 风 电
另 一 方 面 电 网 将 难 以 承 受大
。 ,

,

机 组 故 障率 超过 7 0 %

规 模海 上 风 电场 所 提 供 的 巨 大 电 能

因 此 海 上风 电

,

的 大 发 展 仍 需要解 决 机 组及 上 网配 套设 施 等方 面 的 问


风 电 的 快 速 增 长 同样 刺 激 了 我 国 风 电 设备 制 造 业



( 3 ) 变 速 恒频技 术快 速 推 广
目前 市场 上 恒 速运 行 的风 电机 组 一 般 采 用 双 绕 组

的发 展 并迅 速 崛 起 了 像金 风 科 技 股份有 限 公 司 华 锐
风 电科 技有 限 公 司 湖 南 湘 电风 能 有 限公 司 浙 江运 达 风 力 发 电 工 程有 限 公 司 等 风 电 设 备 制造 企 业
, 、


,



结 构 的异 步发 电机 双速 运 行


,

,



在 高风速 段 发 电机 运

,

行 在 较 高转速 上 ; 在 低风 速段 发 电 机运 行 在 较 低转 速

,



这些 企

其优 点是 控 制 简单 可 靠性 高 ; 缺 点是 由 于 转速 基
,

业 通过 对 国 外风 电 技 术 的 吸 收 再 创 新 形 成 了 较 大 的
生 产规 模
, 。

本 恒定 而风 速 经 常变 化 因 此 机组 经 常处 于 风 能利 用
系数 较 低 的 状 态 风 能无 法 得 到 充 分 利 用
, , , 。

,

目前 国 内从 事 风 电 设 备 制 造 的 企业 达 5 0


,

随着 风 电

余 家 而 且 配 件制 造 企 业 队 伍也 在 迅 速 扩 大
我 国 新 增装 机 容 量 中 内 资企 业 产 品 占 5
,
,
.

20 7
,


,

技 术 的 进 步 风 电 机组 开 发 制造 厂 商 开 始使 用 变 速 恒 频技 术 并结合 变 桨距 技 术 的 应 用 开 发 出 了 变 桨 变 速
风 电 机组


9%

其中
.

5 金风 科 技 的 份 额 最 大 占新 增 总 装 机 容量 的 2

1%



与恒 速 运 行 的 风 电 机组 相 比 变 速 运 行 的
、 、

,

占内资 企业 产 品 的 4 容量 的
1 6%
.

.

9%

;

合 资企 业 产 品 占新增 装 机
.

风 电机 组 具 有 发 电 量 大 对 风 速 变 化 的适 应性 好 生 产

;

外资企业产 品 占 4 2

5%

,

其 中西 班牙

成本 低 效 率 高等 优 点



因 此 变速 运 行 的 风 电 机组 也

,










2 轮箱概 述 3 风力 发 电 及 风 电 齿

是 未 来发 展 的 趋势 之 一
(4

德国

E


c r

o e 公 司 是 目前 全


0 2



兆 瓦 级 以 上 风 电 机 组 的 额定 输人 转 速一 般 不 超 过
,

球 生 产变 速 风 电 机 组 最 多 的公 司 全功 率 变 流 技 术兴 起
,

/ mn r i

发 电 机 的额 定 转 速 一 般为
n
,

15 0

i / mn r


-

)
,

18 0 r / 10



因此 大 型 风 电齿 轮 箱 的 增 速 比一 般 在 7 5


近 年 来 欧洲 的 E n e

r c

o n



W iw d 等公 司 都 开 发 和 i n n
,

范围内
1( XX〕 kw
1

风 电齿 轮 箱 的 结 构 形 式 多 种 多 样
,



小容
s o kw
+

应 用 了 全 功 率变 流 的 并 网 技 术 使 风 轮 和 发 电机 的 调
速 范 围达 到 了 0
,

量风 电齿 轮箱 多 采 用 平 行 轴 斜 齿 轮 传 动 结 构




巧 0 % 的额 定 转 速 提 高 了 风 能 的 利


风 电 齿 轮箱 常见 结 构 有 级 平行 轴


2

级平 行 轴

1
,



用范 围 改 善 了 风 场上 网 电 能 的 质 量
,
,

En e 二n o

公 司还

行星 和

+

2

级 行 星 传 动两 种 结 构 形 式 兆
,

将原 来 对 每 个 风 电 机 组 功 率 因 数 的 分 散 控 制 加 以 集
中 由并 网 变 电站 来 统 一调 控 实 现 了 电 网 的 有 源 功 率
因 素 校正 和 谐 波补偿
(5 )


瓦 级 以 上 的风 电 齿轮 箱 多 采 用 2 级 平 行 轴 + 1 级 行 星 8 传动 的 结 构 [ 〕 由 于 行 星 传 动结 构 相 对 复杂 而 且 大 型 内齿 圈 加 工 难 度较 大 成 本 较 高 即使 采 用 2 级 行 星
, ,

全 功 率变 流技 术 将在 今 后 大 型


风 电 场 建设 时得 到推 广 应 用

传动 的结 构 也 以
.

,

NW

”〕 型 传动最 为 常 见 仁



直驱 和 半直 驱 风 电 机 组
, ,

2 2

风 电齿轮 箱 技 术现 状
国外 兆 瓦 级 风 电齿 轮 箱 是 随 风 电机 组 的 开 发 而 发
,


直 驱 式 风 电机组 采 用 多 极 电 机 与 叶轮直 接 连 接 进 行 驱 动 的 方式 免 去 故 障率较 高 的 齿 轮 箱 在 低 风速 时

展 起来 的 R e k n
,

R e n d e

:

等 风 电齿 轮 箱 制 造 公 司 在 产


效率 高 且 具有 低 噪 声 高 寿 命 运 行 维 护成 本 低 等 优

,





品 开 发过程 中采 用 三 维 造 型 设 计 有 限 元 分析 动 态 设







近 年来 直驱 式 风 电 机组 的 装 机 份 额 增 长 较块 但
,

,

计 等 先进技 术 并 通 过 模 拟 和 试 验 测 试对 设 计 方 案进
行验 证


由于 技 术 和 成本 等方 面 的原 因 在 未 来 较 长 时 间 内带 增速齿 轮 箱 的风 电 机组 仍 将 在 市场 中 占 主导 地 位
, ,
,

此 外 国 外通 过 理论 分 析 及 试验 测 试 对 风 电
,

,





齿轮箱 的运 行 性能 进 行 了 系统 的 研 究 为 风 电 齿 轮 箱
的设 计 提供 了 可 靠 的 依 据


直 驱 是 介 于 齿 轮 箱 驱 动 和 直 接 驱 动之 间 的 一 种 驱 动方

美 国 风 能协 会 ( A 场下A ) 和
a t in o

式 它 采用 一 级 齿 轮 箱 增 速 结 构 紧 凑 具 有 相 对 较 高
的转速 和 较小 的 转 矩


齿 轮协 会 轮 箱标 准
准 即
,

(AGM A


)于
o f
,

20 3
r

0 月 制 定 了 新 的 风 电齿 年 1
c if n n g a d 印e c i
o f

与传 统 的 齿 轮 箱 驱 动相 比 半
,

,

t S

直驱 增 加 了 系 统 的 可 靠性 ; 而 与大直 径 的 直 驱 相 比 半
直驱 通 过 更 高效 和 紧 凑 的机舱 排 列 减 小 了 系 统 的 体积
和 重量
2


a 翻 d n


e D

i s

G e

a r 〕o x

l

i n e ’s d T u b r w f o i n r




2《X风



l

月 上 升 为 美 国 国家标


A N S F A 〔; M A / A W E A 6 仪巧

A 0

3



该 标 准对 风 电

,

’“ 齿 轮 箱 的 设计 制造 使用 等作 了 详尽 规定 〔 〕

风 电齿 轮 箱 发 展 概况
齿轮 箱 是 风 电机 组 中技 术 含 量 最 高 的 部 件 之 一



我 国风 电发 展 经 历 了 约 2 0 年时 间 开 展 研 究 的 单

位 主 要有南 京 高 精齿 轮 集 团 有 限 公 司 重 庆齿 轮 箱 有
限责 任 公 司 郑 州 机 械 研 究 所 等单 位






目前 国 内 已 基
,

,

国际上生 产 风 电 齿 轮 箱 的公 司 主 要 有 R k e n
H

F l n e d e

r



本掌 握 了 兆 瓦 以 下 风 电 齿 轮箱 的 设计 制 造 技 术 但 只 有 极 少 数单 位掌 握 了具 有 自主 知 识 产权 的兆 瓦 以上 大
型 风 电 齿轮 箱设 计 制 造 技 术 还 有 一 些 厂 家 是 引 进 国
,

s a n

e T r a n s 而s i o n n 等 ; 我 国批 量 生 产 风 电齿 轮 箱 的 企

、 、

业 主 要有 南 京 高 精齿 轮 集 团 有 限 公 司 重 庆齿 轮 箱 有 限责任 公 司 华 锐 风 电 科 技 有 限 公 司 中 国 二 重 集 团 ( 德 阳 ) 重 型 装 备 股 份有 限 公 司 等


外技术 和 许 可 证 生 产
,



总体 来 看 在 运行 可 靠 性 等 方
,

,

目前 我 国风 电 场 中
,

面 国 产 风 电齿 轮 箱 与 国 外 一 流产 品相 比还 有 较 大 差

安装 的风 电机组 多 数 为 进 口 机 组 齿 轮 箱是 近 年 来 国





因此 要 全 面 掌握 大 型 风 电齿 轮 箱 设 计制 造技术


,

内外 风 力 发 电 机 组 故 障率 最 高 的 部 件 之 一 [
%


7

}

,

有的风

还 需 要在 消 化 吸 收 国 外 先 进 设 计 制 造 技 术 的基 础 上

4 0 5 场齿 轮 箱损 坏率 高 达 0 1 % 近 虽 0 然齿 轮 箱 故 障是 世界 性 的 问 箱更 换 率接
%


,

个别品牌 机 组 齿轮


进行 系 统 深 人 的 研究 和 创新
.



2 3

风 电 齿轮 箱 设 计 制 造 方面 存 在 的 主 要 问 题
( )l 基 础 载荷 数据 及 载荷 处 理方 法 方 面 的问 题

题 但 我 国风 电齿 轮箱 的 故 障率更 高
,

,

我 国地 形 地 貌

,



气候 特征 与 欧 洲 地 区 不 同 这 使 得 一 些 风 电发 达 国 家
现 有 的 设 计 经 验 并 不 完 全 适应 我 国 的情 况
,

风 电齿 轮箱工 作 环 境 恶 劣 所 承 受 的载 荷 情 况 非

,

因此 对

常复杂 因此 符合 实 际 的 载 荷 数 据 及 其处 理 方 法 是 风
电 齿轮 箱设 计计 算 的基 础
, 、

,

风 电齿 轮 箱技 术进 行 深入 研 究 开 发适 合 我 国 具 体 情
况 的风 电齿 轮 箱 并 实 现 产 业 化 对提 高 风 电 装备 的 可 靠



我 国 不 但 缺 少 复杂 载荷数
,

据 而 且 处 理 方 法 也不 够成 熟 对 风 电机 组 在工 作 过程
中 经 常 出现 的 制动 载荷 极 限 载 荷 等 载荷 情 况 的处 理 还 是根 据 经 验 进 行 估 算


性 降低 风 电 成本 有着 重要 的 意 义
.





2 1

风 电 齿轮箱 主 要 结 构 形 式
由 于 风 电 机 组 叶 片 叶尖 线速 度 不 能 过 高 因此 齿
,

此 外 在 变载 荷 处 理 过程 中
,

,

,

运 用 的线 性 积累损 伤 理论 也并 不 能真 实 反 映 实 际 破坏

轮箱 的 额 定 输 人 转 速 随 着 单 机 容 量 的 增 大 而 逐 渐 降

情况



因 此 设 计计算 的基 础有 问 题 也 就无 法得 到 合

,

机械传 动

】 ( X



8

理 的设 计结 果 [
(





l

的 年 增长 率飞 速发 展 且 有 着 广 阔 的发 展 前 景 )
,

,



我国 年

齿 伦早 期点蚀 问 题
,

大陆 2风 电 装 机 容 量 增 长 率 连 续
总 装 机 容量 达 到 5 喇万 (2 )
2X ) 7 (
,

3

年世 界 第 一
5
,

,

2X ) 7 (

在频 繁受 到 风 载 变化 冲击 的 情 况 下 齿 轮 的 微 动

MW

,

排 全球第
.





磨损 超 过 一 般 设 计 的 预 期 从 而 造 成 齿 轮 早 期 点 蚀
防止 齿 轮早 期 点蚀 的 关键 在 于 轮齿 修 形
,
,



年 我 国 新增 装机 容 量 中 内资 企 业 产 品
1 6%
,



在 确定 修形
, ,

占 55
.

.

9%


合 资 企业 产 品 占

外资企业产 品 占
,

参数 时 需 要获 得准 确 的 载荷来 计 算齿 轮 偏 载 再 根 据 偏载 情况 进 行 修形 而 且 需 要 考 虑 载荷 波 动 要 尽 可 能 保证 齿 轮 在各 种 工 况载 荷 及 其组 合 的 作用 下 都具 有 良
好 的 接触 区


42 5%

在新 增 装 机 容 量 逐 年 快 速 增 长 的 情 况 下 内
, , 。

资企业 产 品所 占 比例 不 断增 大 外 资企 业 产 品所 占 比

例不 断缩小 说 明 国产 机组 的年 装 机量 增 速 更 快
、 ,

( 3 ) 风力 发 电的 主要 发展 趋 势 是 机 组 单 机 容 量 逐

(3 ) 轴 承 早 期损 坏
目前 国 内 风 电齿 轮箱 几 乎 全 部 采 用 进 口 轴 承 主
,

步增 大 海 上 风力 发 电 将兴起 变速 恒频技 术 和 全功 率 变 流 技 术推广 应 用 以及 直 驱 和 半直 驱 风 电 机组 的 市 场


要 的 国外 厂 商 有 瑞典 S K F
,

德 国 FG A 等公司
, 。



国 内兆


占有 率 将逐 步提 高
,



瓦 以 上 设 备所 用 的 轴承 仍 处 于研 发 阶段 以 洛轴 瓦 轴

(4 ) 国 外 风 电 齿 轮 箱 设 计 制 造 技 术 已 经 比 较 成 熟 国 内仍处 于 消化 吸 收 和 研 发 阶 段


,

等为 代表 的一 些 企业 纷纷 加大 研发力 度


其 中 洛轴
,

,



是 国 内最 早 研 制 生 产风 电 轴 承的企业 在 国 内首 家 成 功开 发 出
1 SM
.

,

W 风 电 轴承






E
n e r

统计 数据 表 明 早 期 风 电


齿轮 箱故 障大 多 是 由 轴 承 引 起 的
,

随 着技 术 的 成熟

,

tl〕

(〕 。 B

L A

矾顶 N I〕 刀 叹 打 R E峨 〕R T t R 〕 C 卜 无己 W in d
·
.

留 。


.

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,

,

:

.

目前 轴 承引 起 的故 障 明 显 降低 但 仍 有约 5 0 % 的故 障

2 」 阿 瑟 劳 斯 泽 尔 沃斯 全 球 风 电 发 展 现 状 及 展 望 「 J 〕 中国 能源 「 2X ) 8(4 (
: ) 2
,



.

由 轴承 损坏造 成 大
。 ,



轴承 损 坏 的 主 要 原 因 是 系统 的 受 力
,

28
.

变形 导 致轴 承 内外 圈 不 再 平 行 滚 子 局 部接 触 应 力 过
因此 精确 的轴 承 寿 命 计 算 方 法 对 风 电 齿 轮 箱 轴


〔3 〕

李 俊峰 高 虎 施 鹏 飞 等
, ,

20 7

: 中国 风 电发 展 报 告 [ M 〕 北 京 中

.

国环 境科 学 出 版 社
4 」 施鹏 飞 【
. .

.

2田 7

年 中 国 风 电场 装 机 容 量 统 计 〔J 」 中 国 风 能

.

,

2X ) 8 (

承 的设 计 选 择非 常 重 要
,



( )
l

(4 ) 大 型 斜齿 内齿 圈 制 造 目前 国 外 风 电 齿 轮 箱 大 多 采 用 渗碳 淬 火 磨 齿 的

5 ] 仁

王 超 张 怀 宇 王 辛慧 等 风 力 发 电 技 术 及 其 发 展 方 向 「 J 」 电站
, , ,
. .

系统工程

,

2仪 巧 ( 2 )

:

11



.

3 1
.

斜齿 内齿 圈 以 提 高 齿 轮 的 强 度 传 动 平 稳 性 和 可 靠 性 减小 尺 寸 和 重 量
,
,

,



[6 」

张 方 军 风 力 发 电技 术 及 其 发 展 方 向 [ J ]

.

.

电气 时代

,

20 5 (11)

:

2

5 2
.



国 内因 制 造 技 术 和 制 造 设 备 方
+

〔7 」 张 文 忠

卜T K 3
,

0 乃 1 风 电机 齿 轮 箱 的故 障 分 析 与 预 防 〔J 」 内 蒙古
:

.

面 的 限 制 内齿 圈 通 常 采用 直 齿

氮 化工 艺 或 直 齿


+

电力 技 术
,

2X ) 1( 5 ( )
,

6 4
,


.

7 4

.

渗碳淬 火

+

磨 齿 工 艺 致 使齿 轮 箱 的 传 动 平稳性 可 靠


,

8 〕 刘 忠 明 段 守 敏 王 长 路 风 力 发 电齿 轮 箱设 计 制 造 技 术 的 发 展 与 仁

性 等指 标均 低于 国外产 品 的相应指标
(5 ) 密 封 问题

展 望 〔J ]

.

机 械传 动
.

2 仪巧

(3) :

l



.

6

[9 ]

刘贤焕 叶 仲 和 大 型 风 力 发 电 机 组 用 齿 轮 箱 优 化 设计 及 方 案分
,

析【 J ] 机 械设计 与研 究
.

.

,

2以拓


( 1 ) : 29 3 2
3 S t田 l d阴 l o f
,
. .

风 电 齿 轮 箱 密封 不 良会导 致漏 油 甚 至 外部 灰尘 等 进 人 箱体 内 污 染 润 滑 油 从 而影 响风 电 齿 轮箱 的正 常
工 作 和可 靠 性 一 个 难点
3

。 ,

0 〕 A 〔1 N sF

A G M A / AW 冤 A 叹 ) 拓
x

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,

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,

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,

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X ] [S〕 2 (

3

10

~

解决 密 封 问题 仍是 国产 风 电齿 轮 箱 的

11 〕 张和 平 张 志 宏 刘 忠 明 大 型 风 力 发 电 齿 轮 箱设 计 技 术 及 软件 【
.

] 开发 仁 J 」 2 `X
.

5
:

年中 国 机 械 工 程 学会年会论 文 集 北 京 机械 工 业
:
·

,

出版 社

,

20 5

2 4

小结
收 稿 日期
:

2 0 8的 2 0
7


r 年 来 全球 风 力发 电 装 机 容 量 以 2 () l 近 o 8

,

.

6%

: 7 作者简介 张立 勇 ( 1 9

) 男 天 津武 清 人 博 士 研 究 生
, , ,


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