弗兰德卢永要：挑战扭距密度—威能极高密度齿轮箱

　　2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

　　

　　在15日下午召开的关键部件技术创新分论坛上，弗兰德传动系统有限公司 (威能极)销售总监卢永要发表《挑战扭距密度—威能极高密度齿轮箱》主题演讲。

　　以下为发言实录：卢永要：今天我讲的内容大致分为四个部分。第一是威能极的简单介绍，第二是跟大家着重分析一下威能极的高密度齿轮箱，第三分享一下产品实例，最后做一些简单的小结。

　　

　　威能极是全球风机传动链技术的领导者，我们代表着行业近40年的行业经验，我们的产品代表着高质量和高可靠性，产品范围主要包括风机齿轮箱传动链发电机缓和驱动以及数字齿轮箱，我们的产能全球有20GW，我们量身定制综合服务组合，我们的市场地位在全球供货超过10万台齿轮箱总装机容量超过180GW，全球供货超过5万台发电机三万五千多台制驱定子块，总装机总量超过100GW，全球布局是这样，我们在德国、美国、中国、印度、塞尔维亚、土耳其、澳大利亚和日本，都有我们装备工厂和车间，然后我们的总部和研发中心给德国，我们在全球有10个服务网点，威能极的历史实际上是一部风电齿轮箱和发电机的发展史，1981年我们就开始交付了第一台，专门为风机设计的齿轮箱，然后1983年，交付了第一台，功率范围为22到100千瓦的风机发电机，1991年是海上风电的元年，我们交付了世界上第一个海上风电场威能极450千瓦的齿轮箱，1996年，威能极引进双配发电机技术，1998成功开发第一台两级行星大兆瓦齿轮箱，2003年成功开发第一台5兆瓦海上风机齿轮箱样机，2006年成功开发第一台5兆瓦海上风机发电机样机，到2007年成功调试成世界最大的14兆瓦试验台，2008年引入泳池发电机技术，2009年成功交付第一台直驱发电机定子块。2012年成功完成3兆瓦混合驱动样机测试并投放市场，2013年成功完成第一台带滑动轴承的齿轮箱样机装机，2016年成功交付全球最大的海上8兆瓦齿轮箱，2017年成功调试世界上最大的17.6兆瓦测试台，到今年2020年我们全球供货齿轮箱装机容量已经超过180个GW，我们去看威能极高密度齿轮箱。风机额定功率和扫风面积成正比，所以这个平方根三次方之间导致大兆瓦齿轮箱额定扭矩不和风机额定功率成正比例增加，简单放大齿轮箱提升扭矩，齿轮箱重量将激增，减轻齿轮箱重量，则需大幅提高齿轮箱扭矩密度，必须达到200Nm/kg。

　　

　　根据我们的研究成果提高齿轮箱的密度主要有以下一些技术，运用滑动轴承，运用多级行星，多级行星，多级星轮，还有齿轮自己本身的喷丸技术，应用淬火。我们前面提到200Nm/kg扭矩密度它是个什么样的概念，我们今天大家在市场上看到的，普通的是一级行性两级平行轴，或者两级行星一级平行轴的齿轮箱，高速齿轮箱，扭矩密度是在这儿，130左右，那威能极实际上是三级行星，能达到150以上，假如说三级行性是中速方案，我们可以调整到200Nm/kg。

　　

　　具体跟大家分享一下威能极的新技术应用，第一跟大家一起分享滑动轴承技术，我们在成功的完成场内测试后希望获得所有轴承风场实际数据，批量生产获得更多的实际经验。我们在样机做了一个样机实验在天上，这是我们两兆瓦的样机，其他全部都滑动轴承，刚才前面咱们也分享了滑动轴承，我们在滑动轴承有这样的应用，那最终样机表现出来的性能是什么样呢？风机上表现非常优异，轴承温度非常稳定，发现没有任何磨损颗粒物，滑动轴承无需额外大量的润滑油，齿轮箱的噪音表现也非常好，我们风机例行检查的时候没有任何异常。滑动轴承我们做了哪些试验，这是测试台的台架实验，对滑动轴承本身做一个台架实验，齿轮箱做加载加速过载实验，齿轮箱放到零下40度低温实验室，样机运行一年以后我们开始小批量，2015年到现在我们已经进入了批量的一个应用。

　　

　　接下来是说多行星轮及多级行星技术，上面是两级行星的行星轮，下面是三级行星，最大的技术特点，有什么区别，上面两级行星，大齿轮，大轴承，选用的材料利用率比较低，两级行星的总数比，被限制在155到160左右，下面三级行星有更多的行星，齿轮更小，轴承更小，选用的材料利用率更高，齿轮箱总数比可以达到200级以上，得出的结论，相同功率等级下可降低25%齿轮箱重量。

　　

　　这是我们在我们的测试台做的实验，太阳轮应变片测试，内齿圈应变片测试。讲完了多星行轮，下一步骤是什么？威能极我们的传动量混合驱动，这里是一个半直驱从高速到最终半直驱的演化过程，它的结果让传动力更加紧凑更加轻，混合驱动测试的台价实验，大家可以看到我们对整个齿轮箱做了振动噪音测试，所有的测试结果表现非常优秀，而且是远远优于我们一开始预期，优于我们的想象。

　　

　　第三部分跟大家分享一下产品实力，这是目前威能极批量生产的5兆瓦以上，三级行星高速的齿轮箱，基本技术参数，大于5兆瓦，约等于150左右，额定扭矩，齿轮箱能达到160牛米，样机今年年底到明年年初。速比43，额定扭矩，6000knm，样机时间，2020，批量时间2021。

　　

　　这是5.5兆瓦混合驱动，这实际上特别著名，这是三级行性，额定功率大于5.5恩MW，速比60，额定扭矩，5900knm。

　　

　　最后做一下小结。我们都知道风电市场需要大功率风机，那单纯在现有的产品上，几何的放大会影响风机的最终竞争力，前面跟大家一起分析分享了提高传动链的扭矩密度，滑动轴承可以让齿轮箱更加紧凑，并提高其可靠性，又分享了多行星级和更多的行星轮可以让齿轮箱更轻、更紧凑，结果就是我们把滑动轴承多行星轮、多级行星，这样的技术一起应用到我们的HybridDrive混合驱动中速方案我们认为这个方案潜力巨大。通过测试验证。威能极高密度齿轮箱能全力助我们的主机厂挑战扭矩密度，挑战功率密度，谢谢大家。

　　

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