风电齿轮箱的产品研发过程

刘晓庆

（太原重工齿轮传动分公司，山西 太原 030024）

引言

随着能源与环境压力的日益增加，风能源的发展在各个国家都受到重视。但风能不能直接利用，需要将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能。风力发电机组可以将风能转化为电能，它主要是由叶轮、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、控制柜、偏航装置、变桨装置、塔架等组成，其中齿轮箱是整个风电机组的关键部件，主要实现提速的功能。风电机组一般建立在海上或高山上。由于风能是随机的，所以风电机组受到的载荷也是随机载荷，再加上运行环境的变化，造成风电齿轮箱运行环境恶劣，故障频发，严重影响了风电机组齿轮箱的稳定可靠运行。齿轮箱是否可靠影响整个系统的正常工作，所以设计可靠的齿轮箱就显得尤为重要。

1 风力发电齿轮箱的设计过程

风电齿轮箱在设计之前首先要与客户进行技术方面的沟通，了解齿轮箱内部的齿轮、轴承、其它主要零件以及外部连接的主要件有没有特殊的要求，然后根据用户提供的外形尺寸图或者技术规范进行方案设计，确定具体的传动结构，风电齿轮箱一般采用行星级+平行级混合的型式，有的客户会直接指定传动方案，确定传动结构后就开始选取齿轮参数及轴承型式，齿轮参数的计算需要根据用户提供的疲劳载荷和极限载荷分别进行疲劳强度和静强度计算，轴承型式的选取主要根据结构的布置和寿命、应力的计算进行选择，选型时可以与轴承厂家商议进行；轴径粗选后要进行轴的结构设计和强度计算，计算过程中要保证齿轮、轴承、轴的20年使用寿命。在主要零件都确定后，就要对箱体进行结构设计，设计过程中需要注意箱体的结构强度，箱体的加工工艺性和铸造工艺性以及美观性，其中箱体的结构强度通过有限元分析确保它的疲劳强度和静强度，加工工艺性和铸造工艺性需要相关的冷加工和铸造工艺专业人员进行评审，确保在加工和铸造过程中不会出现依据现有水平难以完成的工序。整个齿轮箱设计完成后，为了确保其装配性，还要对齿轮箱进行装配工艺的评审，保证各个零件的可装配性。

2 齿轮箱的加工、装配、试验

施工图纸设计完成后，工艺人员要根据图纸要求制定齿轮箱每个零件的加工工艺路线，并绘制工序图，机床根据绘制的工序图对每个工序进行加工，并进行检验。

零件加工检验完成后要进行装配，工艺人员根据图纸制定装配工艺，分部件装配和总装配，为保证装配的正确性，可制定装配工艺看板，装配工人根据看板上的内容一步步进行安装，保证产品装配过程的正确性、完整性和清洁程度。

在产品安装完成后，工艺人员要根据试车大纲编制试车工艺，进行空载、负载和超载试验，试验过程中要对轴承温度、油温、油压、液位、振动、噪音、齿面接触斑点、渗漏油、转速、扭矩进行全程监测，试车时间要根据齿轮箱达到热平衡时间进行确定。试车过程中出现的任何问题都要及时解决。

在试车完成后，如果是样机试验，需要进行拆箱检查所有的零件，确保每个零件的完好性。如果出现缺陷，要及时改进，改进之后要进行进一步的验证。

3 风机现场安装和后期维护

在齿轮箱交付给用户后，用户需要安装到整机上，调试成功后在风场吊装安装，完成后要进行试运行，并网发电，在这期间齿轮箱厂家要及时跟踪产品的运行状况，一经发现问题应及时与主机厂商联系并进行整改，避免后期因此而产生的重大事故。

4 结语

一个完整的齿轮箱的研发过程需要经历产品设计、分析、工艺、加工、装配、检验、试车、售后各环节，由于齿轮箱的维修困难，所以对可靠性有高的要求，每一个环节都需要进行反复的验证，才能够确保每台出厂的产品都能够经得起风场的验证。