国内外风电齿轮箱设计技术及主流技术路线综述与展望

引言
　　风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，备受国内外风电相关企业和研究机构的关注。齿轮箱不仅是整个风电机组中成本较大的部件之一，大约占风电机组总成本的18% 左右，而且是风电机组中的薄弱环节之一。[1]
　　由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚, 技术薄弱, 特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术，因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱的设计和制造技术，以实现风电机组国产化的目标。
　　特别是近年来，为了提高风能利用率和发电效益，风力发电机组正向着增大单机容量、减轻单位千瓦质量、提高转换效率及机组可靠性等方向发展。因此大兆瓦级的风电机组将逐渐成为未来研发的重点，而其中最重要的问题就是如何选取适合发展需求的齿轮箱技术路线。基于该问题，本文列举了现阶段国内外几种主流的齿轮箱技术路线，重点从各种技术路线的特点出发，对各种路线的优缺点进行综合的分析。
　　1 风电齿轮箱设计技术及其现状
　　与其他工业齿轮箱相比， 由于风电齿轮箱安装在距地面几十米甚至一百多米高的狭小机舱内，其自身的体积和重量对机舱、塔架、基础、机组风载、安装维护费用等都有重要影响。因此，减小外形尺寸和减轻重量显得尤为重要。同时，由于维修不便、维修成本高，通常要求齿轮箱的设计寿命为20 年，对可靠性的要求也极其苛刻。由于尺寸和重量与可靠性往往是一对不可调和的矛盾，因此风电齿轮箱的设计制造往往陷入两难的境地。总体设计阶段应在满足可靠性和工作寿命要求的前提下，以最小体积、最小重量为目标进行传动系统设计方案的比较和优化；结构设计应以满足传递功率和空间限制为前提，尽量考虑结构简单、运行可靠、维修方便等因素。[2]
　　箱体、行星架、输入轴等结构件的加工精度对齿轮传动的啮合质量和轴承寿命等都有十分重要的影响，装配质量的好坏也决定了风电齿轮箱寿命的长短和可靠性的高低。我国在结构件的加工和装配精度等方面从重要性认识到装备水平都与国外先进水平有一定的差距。高品质、高可靠性风电齿轮箱的获得，除了先进的设计技术和必要的制造装备外，离不开制造过程每一个环节的严格质量控制。
　　国外兆瓦级风电齿轮箱是随着风电机组的开发而发展起来的，RENK，FLENDER 等风电齿轮箱制造公司采用将先进的设计技术与试验测试相结合的方法，大大提高了产品的经济性和可靠性。我国的风电齿轮箱行业自2007 开始进入快速发展的轨道，以南京高速齿轮箱有限公司为代表的齿轮箱厂或是增强自身的研发能力，或是扩大自身的产能。尽管如此，我国风电齿轮箱仍是风电设备国产化中的薄弱环节。虽然多数厂家通过各种渠道与国外先进的设计公司进行合作，但在设计的水平，经验的积累和人才的储备方面仍需不断的努力。