風電齒輪技術推動風電企的技術進步

據了解，近幾年，我國風電行業得到快速發展，按照相關規劃，到2010年我國風電裝機容量達400萬kW,2020年達2000萬kW,在風能資源豐富的地區建成若干個百萬千瓦級風電基地。目前從76萬kW到400萬kW僅風電齒輪箱的產值約為25億，從400萬kW到2000萬kW風電齒輪箱的產值約為140億。 

1. 風電齒輪箱的技術特點 

風電齒輪箱在技術上有如下一些特點： 

（1）服役條件嚴酷 由于機組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風口處，受無規律的變向、變負荷的風力作用及強陣風的沖擊，常年經受酷暑嚴寒和極端溫差的影響，加之所處自然環境交通不便，齒輪箱在狹小的機艙不可能像在地面那樣具有牢固的機座基礎，整個傳動系的動力匹配和扭轉振動的因素總是集中反映在某個薄弱環節上。大量的實踐證明，這個環節常是機組中的齒輪箱。 

（2）功率大 主流風電機組已達到兆瓦級，丹麥的主流風機為2.0～3.0MW,美國主流風機為1.5MW,在2004年的漢諾威工博會上4.5MW的風電機組也已面世。 

（3）速差大 風力發電機組中的齒輪箱，其主要功用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機，并使其得到相應的轉速。通常風輪的輸入轉速很低，約20r/min,遠達不到發電機轉子所要求的1500～1800r/min的轉速，必須通過齒輪多級增速傳動來實現。 

（4）精度高 齒輪箱內用作主傳動的齒輪精度，外齒輪不低于5級（GB/T10095），內齒輪不低于6級。齒部的最終加工是采用磨齒工藝，尤其內齒輪磨齒難度甚高。 

（5）使用壽命要求長 由于自然環境條件惡劣，交通又不方便， 齒輪箱在數十米高塔頂部的狹小空間內，安裝和維修相當困難，所以要求使用壽命最少20年。 

（6）可靠性要求高 與使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。對構件材料，除了常規狀態下力學性能外，還應該具有低溫狀態下抗冷脆性等特性：對齒輪箱，工作要平穩，防止振動和沖擊等。 設計中要根據載荷譜進行疲勞分析，對齒輪箱整機及其零件的設計極限狀態和使用極限狀態進行動力學分析、極限強度分析、疲勞分析，以及穩定性和變形極限分析。 

2. 熱處理生產中的主要技術難度 

由于風電齒輪的服役條件苛刻，技術要求高，在美國ANSI/AGMA/AWEA6006-A03《風力發電機齒輪箱設計規范》的52項質量控制項目中，材料熱處理就占20項。 

強調材料熱處理的重要性就是要保證齒輪的疲勞強度和加工精度。一方面，由于風力發電機所受風載頻繁變化，而且帶沖擊，所以齒輪表面常產生微動點蝕而早期失效，這種失效與接觸精度和硬化表層物理冶金因素有關。另一方面，由于齒輪箱變速比大，所以采用平行傳動+行星傳動方式，而在行星齒輪中，為了提高齒輪強度、傳動平穩性及可靠性，同時減小尺寸和重量，內齒圈也要求采用滲碳淬火磨齒工藝。 

從目前我國風力發電齒輪的生產來看，要保證20年使用壽命，這一關道路漫長，尚待考驗，而對于內齒圈的滲碳淬火變形，由于直接影響生產已經成為熱處理中的一大難題。 

3. 風電齒輪的熱處理質量標準 

為了提高風機齒輪的疲勞強度，保證20年的可靠壽命，齒輪生產廠應當按ISO 6336-5（GB/T3480-5）《齒輪強度和材料質量》滲碳齒輪最高級別ME的要求來控制材料的熱處理質量。 

齒輪生產廠只有通過這種綜合嚴格的質量控制，才能保證齒輪的疲勞極限，同時也為齒輪的熱處理變形控制奠定良好的基礎。 

對于熱處理設備及工藝材料生產廠，建議拓寬思路，不只限于提高自己產品的質量水平，還應去了解風機齒輪熱處理生產中有何特殊要求，由此開發新產品，既推動齒輪熱處理工藝水平的提高，又可開拓新的產品市場。近年來齒輪加工設備制造廠，如重慶機床廠、秦川機床廠瞄準風電齒輪開發大型、高精的滾齒機和磨齒機，從而開拓出新的市場局面。 

4. 影響齒輪的熱處理變形的因素 

齒輪熱處理變形，特別是滲碳淬火變形是齒輪生產中的最大技術難題之一。 

齒輪熱處理變形之所以難于控制，主要是因為影響變形的因素太多，而且，這些控制因素還具有以下特點： 

（1） 從技術的角度，涉及多學科。 

（2） 從生產的角度，涉及各道工序。 

（3） 從管理的角度，涉及多部門、多環節。 

（4） 從措施的角度，涉及生產成本。 

正因如此，在2001年德國組織的一項大型變形研究課題便名謂“畸變工程”,可見，熱處理變形不是單純的一項技術，而是一項“系統工程”。 

除了以上的討論內容外，我想還應對熱處理變形這一項“系統工程”的內涵和理念進行討論和理解。 

另外，根據我國的生產實踐，討論提出若干項帶行業性的關鍵控制技術，比如，近年來我國在齒輪毛坯預處理中采用等溫正火工藝，這對減小齒輪變形很有實效，已被齒輪行業認可。