风力发电齿轮箱机械设计存在的问题及应对策略探究

武静 史伟

摘 要：我国具有人口众多的特点，用电量需求量大，为了践行落实我国的环保战略，我国逐渐将风力发电等作为重要的发电途径之一。在风力发电过程中齿轮箱发挥着关键性作用，因此应重视对齿轮箱的优化设计，以降低其故障发生率，这是保证风力发电质量的关键。下文主要从风力发电齿轮箱机械设计存在的问题进行分析，并提出相应的应对策略。

关键词：风力发电;齿轮箱机械设计;问题及策略;探究

风力发电是开发新能源，改善环境的重要组成部分，充分利用风能发电能够减少我国常规能源的消耗，因为我国较为重视风力发电的正常运作。齿轮箱是风力发电机组中一个重要的机械部件，然而由于风力发电机组一般安装在风口处，气候环境相对恶劣在长期风力作用下会对齿轮箱产生一定的影响，基于此，需要重视对齿轮箱的优化设计，以提升齿轮箱的性能，为风力发电提供保障。

一、风力发电齿轮箱机械设计中存在的问题

（一）轴承易损坏

轴承是齿轮箱的的重要部件，对于风力发电设备的正常运转具有重要影响作用。根据研究发现，齿轮箱构件内部的轴承损坏率较高，而且其一旦损坏，修复极为复杂且难度高，这也是影响风力发电设备正常运转的因素之一，当前在风力发电系统中应用较多的为增速齿轮箱，这种齿轮箱轴承较容易发生故障，如果轴承无法正常运转，则会导致风力发电系统无法正常进行发电。因此，在齿轮箱的设计过程中，应将轴承作为重点去考虑，为保证发电设备稳定工作，在设计齿轮箱时应依据科学原理结合实际情况，合理设计轴承的结构，同时选择合适的材料，延长使用期限。

（二）载荷数据处理不完善

载荷是衡量风力发电齿轮箱的工作效率的重要指标，就风力发电设备而言，其荷载受发电设备安装地区环境的影响。由于风力发电齿轮箱一般安装在风力较大的位置，且地区环境复杂多样，因此容易造成齿轮箱超负荷;另外，我国当前收集和处理荷载数据的技术还不成熟，对于部分载荷多凭借个人主观判断进行估测，这在一定程度上缺乏科学性，因而容易导致齿轮箱所承受的荷载超限，影响其正常使用。

（三）设计计算方法不够成熟

齿轮箱机械的设计过程中，科学的计算方法较为关键。在我国的风力发电装置中，关于齿轮承载能力的计算还缺乏完善的算法體系，因而不能根据实际需要精确的对齿轮的承载力进行调整，影响风力发电齿轮箱的正常使用;就当前来看，美国在风力发电机齿轮箱的设计上以AGMA2101-C95为计算标准，而我国的计算标准为GB3480，相较而言，发达国家的设计计算方法更加成熟，更加规范，而我国设计计算方法还不够成熟，因而使得齿轮箱设计质量和性能大打折扣。

二、优化风力发电齿轮箱机械设计的有效策略

（一）重视合理的对齿轮箱润滑

风力发电机齿轮箱运转过程中，轴承和齿轮会一定摩擦，长此以往会导致发导致内部组件磨损、降低转速影响发电效果，因此应重视合理的使用润滑剂，使齿轮箱内部各组件协调运转，形成一个良好的工作环境，润滑剂的选择要能够起到防锈以及防腐蚀的效果，从而延长齿轮箱的使用寿命，避免频繁更换和修复。我国方面风力发电齿轮箱多为闭式齿轮，在使用润滑油时要求具有一定的油膜厚度，还应有一定的边界膜强度，以防止齿轮出现胶合或者点蚀[2]。另外，由于风力发电机组一般在温差较大的环境下运行，因此要注意保持较高的粘度指数，增强齿轮承载力，以及抗冲击能力。

（二）建立专业的机械设计团队，重视技术研发

风力发电在我国电能供应方面具有深远意义，要提升风力发电的整体性能，应重视齿轮箱设计，基于此，应重视组建专业的设计团队，这是提升齿轮箱质量和性能的关键。首先，企业应重视对专业设计人才的选拔，面向社会公开招聘，选拔对于齿轮箱设计有深入研究的专业人员，同时可以加强与国外先进企业的合作，引进先进的齿轮箱设计技术，从而提升我国的齿轮箱生产和制造水平;其次，重视定期做好维护工作，尽量降低外界因素对齿轮箱的腐蚀及损坏，通过维护可以延长齿轮箱的使用年限，同时可以及时发现齿轮箱运行过程中的问题，以便及时提出解决方案，避免出现故障，影响正常发电。

（三）重视设计材料的选择

由于发电设备的使用环境较为特殊，因此在设计过程中要综合考虑多种因素，对材料的性能进行严格的分析，由于齿轮箱修复难度较大，因此在设计过程中，应注意考虑材料的耐磨性、耐腐蚀性以及强度，确保齿轮箱在一定时间内能够正常运转，避免由于内部件损坏无法正常运转。风力发电齿轮箱构造主要有塔架、主驱动链、底盘、偏航系统、制动器、控制箱发动机、安全离合器、齿轮箱、机舱、风轮等组成，在设计过程中应保证各部件材料的使用年限不少于20年，可以对其使用寿命进行预测，同时注重研发新的性能良好的材料，以提升齿轮箱的使用性能。

（四）规范设计标准，制定科学的设计流程

为了保证风力发电齿轮箱机械的稳定性和安全性，应重视对设计标准进行规范，执行统一的设计标准，以保证当齿轮箱的某一部件发生损坏，可以及时更换，且工作性能不受影响，同时制定严格的设计生产流程，避免其他因素影响齿轮箱的设计和生产。作为设计人员，在设计过程中应综合考虑齿轮箱需要承受的风力的大小一级工作时长、适用环境、气候情况等，以此作为设计的依据，根据齿轮箱适用条件，灵活的对设计过程进行优化和改进，以提升齿轮箱的质量和性能，进而保证风力发电稳健进行。

三、结语

综上所述，风力发电在未来将成为趋势，其具有无污染、环保、可持续利用的优势，能够缓解资源紧张的问题，重视风力发电的应用，需要重视风力发电齿轮箱机械设计，在当代社会的生产生产中，电能已经成为不可或缺的资源，运用风力发电也成为时代趋势，在风力发电过程中齿轮箱的设计较为重要，设计人员应重视对齿轮箱的研发设计，不断提升设备的使用效果和性能，以使其能够适应恶劣的环境，提升发电效率，保障发电的稳定性和持续性。同时，还需要重视对齿轮箱设计过程的优化，对使用环境进行评估，选择最佳材料，从而制造出高标准，适应环境能力强的风力发电齿轮箱，通过提升齿轮箱使寿命和稳定性，进一步提升我国风力发电水平。

参考文献：

[1]申凯.风力发电齿轮箱机械设计存在的问题及对策研究[J].科技风，2018，358（26）：215.

[2]郭峰.风力发电齿轮箱机械设计存在的问题及应对策略[J].计算机产品与流通，2018（06）：246.