机组制造与部件制造如何开展研究、如何分工衔接是必然会碰到的难题,必须认真对待。风电齿轮箱研发涉及众多领域,特别是一些基础层面,需要从机组传动系统设计、传动原理、结构布置、材料、设备、工艺、润滑、监控等方面做大量的细致工作。目前国内还没有哪个单位能够全面承担这样艰苦繁杂的任务。原部属研究院所为了生存,大部分精力都放在开发产品和获取经济效益上。大型企业虽然拥有较强的研发实力,但着眼点还是为企业开发产品以求生存。
研发所需的仪器设备以及试验装置昂贵。单台设备动辄几千万,投资额度相当大。开发人员,特别是有资历、经验丰富的专家配备也相当困难。国家也不可能为之作大的投入。有鉴如此,建有国家级技术中心的大企业(包括整机和部件企业)应与专业院所合作,共同组成研发团队,按照既定计划,分步实施公关项目,各自承担子课题,定期聚合讨论研究。国家则重点投资建设国家级风电机组模拟试验和开发平台,为企业解决难题,同时完成基础研究任务。
3.3 注重高可靠性,提高产品使用寿命
风电齿轮箱的关键技术应注重高可靠性和长寿命,加强大型风电齿轮箱及配套轴承设计制造技术方面的系统研究,积累现场运行经验和基础数据。由于运转中齿轮箱是变工况的,频繁受风速变化冲击,机舱底座的变形使齿轮和轴承磨损加剧,超过齿轮箱结构设计中预期的边界条件。如何解决轻量化和机构刚性、质量成本之间的矛盾,将精细设计贯彻始终,攻克早期失效、密封、漏油、噪声等老大难问题,都是不可忽视的重要环节。
根据风电增速箱的特点,应组织力量进行可靠性分析,包括精心选取可靠性高的结构和对重要零部件及整机进行可靠性分析试验。根据机组载荷谱对齿轮箱整机及其零部件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等。除了采用传统的设计计算方法外,还要采用模拟整机运行条件下进行零部件建模并结合试验验证方法。另外,对行星齿轮传动均载、最佳传动组合与齿轮加工精度、工况和效率之间的关系进行分析研究。分析噪声产生成因,采取适当措施降低噪声;研制出新的密封结构或装置,合理设计布置轴系和轮系传动机构,提高体系的刚度,避免发生共振。
目前国内尚没有完善的风电齿轮箱专用设计软件,国外介绍的软件大多又是从汽车传动或通用机械传动转化而来的,须经实践验证。软件是设计制造的工具,工欲善其事,必先利其器。因此,针对我国风电产业的特点,综合考虑自身因素,编制适合自己企业的专用软件,是进一步指导生产实践、促进风电产业发展的重要任务之一。
4 结语
要实现风电产业可持续发展的关键在于自主创新。目前我国风电产业统一的自主创新平台还没有形成,促进风电产业链的整合和协调发展是整个产业链各个环节共同努力的目标。无论是上游单位或下游单位,都应服从这一战略目标,为我国风电产业的健康发展承担起自己的责任。
风电齿轮箱行业在整合的同时要与整机厂、科研机构、风电场等利益链紧密配合,强化科技支撑体系,促进自主创新,完善技术标准;加强人才培养和后续服务;加快统一、协调的设计试验平台建设,做到同步建设、科学发展,为我国风电产业的健康发展做出应有贡献。
参考文献
[1] 杨校生. 风力发电技术与风电场工程[M]. 北京:化学工业出版社,2011(10).
[2] 宣安光. 对风力发电机组机械传动技术的探讨[J]. 电气制造,2010(3).
[3] 孔建勤, 宣安光. 我国风电齿轮箱行业自主创新发展中的问题与对策[J]. 风能,2011(7):40-43.
收稿日期:2013-03-01。
作者简介:
宣安光(1944-),男,教授级高级工程师,主要研究方向为风力发电机组齿轮传动装置设计与制造。