风力发电机用齿轮箱技术难在哪里

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因为安装的机架太高，维修费用太大，风力发电齿轮箱的使用寿命要求比较长，一般都要求20年连续使用无故障。但是由于风力作用与齿轮箱是变工况的，在齿轮频繁受到风速变化冲击的情况下，齿轮的微动磨损超过了一般设计的预期（某些厂家设计时根本没有考虑齿轮微动磨损），往往造成使用2-3年就出现齿轮早期点蚀，这是国产风力齿轮增速箱的最大毛病。密封是国产风力齿轮增速箱的另一大毛病，特别是输入端，目前还没有经济实用的解决办法。
以上两点用来抛砖引玉,希望大家踊跃讨论!

goldwinddqh

一台风机具有17米长的风叶和一米的毂，他的半径是17.5米，他具有的风力面为17.5×17.5×3.14＝961米2 为了得到更大能量，制造商改变了发电机，并为叶片增加1米，这时所得到风力面积为18.5×18.5×3.14＝1075米2（即增大12％）。如果再加1米，那么风力面积为19.5×19.5×3.14＝1194米2（即增大24％）。我们仅仅为风叶加长2米（长度的11％）而得到24％的能量！在风机制造商的设计计算中，取安全系数1，2，左右。这意味如果增加20％负载齿轮是可以承受运行的。如上所述，我们为叶片增加2米而并没有改变齿轮箱，将会发生怎样呢？仅仅超载4％（不是很多）！但足以使齿轮很快地磨损。对制造商来说，这恰恰是再三发生的问题。值得重视！
     如果为了图省，仅仅加长风叶而不去进行全面重新设计，毫无疑问，你会遇到麻烦（风塔，偏航，毂亦必须重新标尺。它们对风叶来说也是较大负载，同样比齿轮有更高的安全系数）。
5 h8 g0 K+ u! s8 W9 w" ?( f目前我们自己尚在运行的525KW发电机的风机，在连续运行13年后从不会发生任何问题，即使有人不得不加长风叶的话，他遇到的问题将不会是齿轮，或许是其它风机问题。因为我们表明的安全系数为1.8
( ~- W% {. m7 L' c# C% q许多事情的设计都有其特定的负载目标，超越了负载就会有麻烦。在许多领域中人们都会明白这点。但类似情况发生在风机齿轮中时，却往往不会想到。希望我的解释对你有帮助。
9 _9 q( f4 M, A    一个规模化企业在市场上努力争夺订单。为此目的，他们不懈廉价相争市场。100万欧元的一台风机却要以95万欧元来出售。那么企业就必须设法来降低生产成本，最容易做到的就是降低产品安全系数成本。如果你产品安全系数为2。你应该使用双份数量材料。系数为1.5，为了省钱你使用较少材料。如果降至1.0系数，那就处在“一般”工况了（甚至包括抵御台风要求）。一个细小的改变就会招来失败结果。一味降低成本所建立的产品往往不能维持长久。

goldwinddqh

我国风电场中安装的风电机组多数为进口机组。近几年来，一批齿轮箱发生故障，有些由厂家更换，也有的由国内齿轮箱专业厂进行了修理。有的风场齿轮箱损坏率高达40~50%，极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎接近100%。虽然齿轮箱发生损坏不仅仅在我国出现，全世界很多地方同样出现过问题，但在我国目前风电机组运行出现的故障中已占了很大比重，应认真分析研究。
( g! d3 r& A5 \- i- F% g$ Q1) 过去小容量风电机组齿轮箱多采用平行轴斜齿轮增速结构，后来为避免齿轮箱造价过高、重量体积过大，500kW以上的风电机组齿轮箱多为平行轴与行星轮的混合结构。由于风电机组容量不断增大，轮毂高度增加，齿轮箱受力变得复杂化，这样就造成有些齿轮箱可能在设计上就存在缺陷。
2) 由于我国有些地区地形地貌、气候特征与欧洲相比有特殊性，可能对标准设计的齿轮箱正常运行有一定影响。我国风电场多数处于山区或丘陵地带，尤其是东南沿海及岛屿，地形复杂造成气流受地形影响发生崎变，由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。我国相当一部分地区气流的阵风因子影响较大，对于风电机组机械传动力系来说，经常出现超过其设计极限条件的情况。作为传递动力的装置-齿轮箱，由于气流的不稳定性，导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作。由于设备安装在几十米高空，不可能容易地送到工厂检修，因此经常进行状态监视可以及时发现问题，及时处理，还可以分析从出现故障征兆到彻底失效的时间，以便及时安排检修。
( F% Y. Y8 `2 X+ c( F, j3) 在我国北方地区，冬季气温很低，一些风场极端(短时)最低气温达到-40℃以下，而风力发电机组的设计最低运行气温在-20℃以上，个别低温型风力发电机组最低可达到-30℃。如果长时间在低温下运行，将损坏风力发电机组中的部件，如齿轮箱。因此必须对齿轮箱加温。齿轮箱加温是因为当风速较长时间较低或停风时，齿轮油会因气温太低而变得很稠，尤其是采取飞溅润滑部位，无法得到充分的润滑，导致齿轮或轴承短时缺乏润滑而损坏。如果机舱温度也很低，那么管路中润滑油也会发生流动不畅的问题，这样当齿轮箱油不能通过管路到达散热器，齿轮油温会不断上升直至停机。
归纳起来，我们可以分析在我国风电场经常发生齿轮箱故障可能主要有以下原因：
1．齿轮箱润滑不良造成齿面、轴承过早磨损
& [8 ]7 M0 M4 v0 Q+ @5 T. B——大气温度过低，润滑剂凝固，造成润滑剂无法到达需润滑部位而造成磨损
- K% g" e' F/ P8 f+ Y——润滑剂散热不好，经常过热，造成润滑剂提前失效而损坏机械啮合表面
——滤芯堵塞、油位传感器污染，润滑剂“中毒”而失效
2．设计上存在缺陷
齿轮的承载能力计算一般按照ISO6336(德国标准DIN3990)进行。当无法从实际运行得到经验数据时，厂家可能选用的应用系数KA为1.3，但实际上由于风载荷的不稳定性，使得设计与实际具有偏差，造成齿轮表面咬伤甚至表面载荷过大而疲劳破坏。说明当选择应用系数KA为1.3时，齿轮传动链中载荷远超出按假设设计值。如果轴承选择不合适，由于轴向载荷相当大，而造成轴承损坏。
' _1 E; y9 S( W  ?" E$ X+ p3．失速调节型风电机组安装角如果设置过大时，冬季就会出现过功率现象，过高载荷影响齿轮箱的寿命。

tengyb

学到了很多知识.看来设计阶段应认真分析研究齿轮箱发生故障的各种
原因,找出解决的办法,才能使齿轮箱寿命的比较长。

xfj000339

楼上的楼上,说的真好，学习了

triton

我最近就要自己设计个齿轮箱  楼主的文章让我学到很多

larrychen

还有,齿轮的齿面的硬化和表面粗糙度对齿轮的寿命影响很大,

tuv

因为曾经在国外齿轮箱公司工作过：个人看法：
8 A: {+ H( I8 b# I, e6 _
+ p* O  M- G; E$ w' T, |; C1）原材料不过关，中国是钢铁大国不是钢铁强国，齿轮不仅需要高精度，而且还有有适合的材质提供，而国内的钢材强度，材质很难适合高强度，长寿命的设计要求
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2）加工精度不能满足设计要求，曾经尝试国产化，但是软件、硬件。。。。。。。。哎

3）设计思路，落后的生产过程制约设计的视野；不能清楚地了解减速箱事故原因，阻碍了设计的稳定发展

4）管理渐渐中国化，从体制管理慢慢转变为“人治”

DDN

楼上的第2条通过努力是可以在短期内达到的，其他的就很难说了。

tiger5008

材料,加工,和制造,和国外都有一定差距

tps

真的很受用,这个论坛真好

jasonliao

工艺技术和设计理念都可以慢慢提高，但管理思路和方式却是根深蒂固的。

kingdyy

材料和人热处理

zmorphis

因为安装的机架太高，维修费用太大，风力发电齿轮箱的使用寿命要求比较长，一般都要求20年连续使用无故障。但是由于风力作用与齿轮箱是变工况的，在齿轮频繁受到风速变化冲击的情况下，齿轮的微动磨损超过了一般设计的预期（某些厂家设计时根本没有考虑齿轮微动磨损），往往造成使用2-3年就出现齿轮早期点蚀，这是国产风力齿轮增速箱的最大毛病。
, v" d/ R" m8 H5 Y. k0 g6 H" Q密封是国产风力齿轮增速箱的另一大毛病，目前还没有经济实用的解决办法;

XIAOQIAO128

我觉得齿轮的疲劳强度决定了齿轮箱的寿命，而齿轮的材质又决定了疲劳强度，所以是材质决定了寿命。