風力發電齒輪箱機械設計存在的問題及應對策略探究

摘   要:

我國具有人口眾多的特點，用電量需求量大，為了踐行落實我國的環保戰略，我國逐漸將風力發電等作為重要的發電途徑之一。在風力發電過程中齒輪箱發揮著關鍵性作用，因此應重視對齒輪箱的優化設計，以降低其故障發生率，這是保證風力發電質量的關鍵。下文主要從風力發電齒輪箱機械設計存在的問題進行分析，并提出相應的應對策略。

關鍵詞:風力發電;齒輪箱機械設計;問題及策略;探究

風力發電是開發新能源，改善環境的重要組成部分，充分利用風能發電能夠減少我國常規能源的消耗，因為我國較為重視風力發電的正常運作。齒輪箱是風力發電機組中一個重要的機械部件，然而由于風力發電機組一般安裝在風口處，氣候環境相對惡劣在長期風力作用下會對齒輪箱產生一定的影響，基于此，需要重視對齒輪箱的優化設計，以提升齒輪箱的性能，

為風力發電提供保障。

一、風力發電齒輪箱機械設計中存在的問題

(一)軸承易損壞

軸承是齒輪箱的的重要部件，對于風力發電設備的正常運轉具有重要影響作用。根據研究發現，齒輪箱構件內部的軸承損壞率較高，而且其一旦損壞，修復極為復雜且難度高，這也是影響風力發電設備正常運轉的因素之一，當前在風力發電系統中應用較多的為增速齒輪箱，這種齒輪箱軸承較容易發生故障，如果軸承無法正常運轉，則會導致風力發電系統無法正常進行發電。因此，在齒輪箱的設計過程中，應將軸承作為重點去考慮，為保證發電設備穩定工作，在設計齒輪箱時應依據科學原理結合實際情況，合理設計軸承的結構，同時選擇合適的材料，延長使用期限。

(二)載荷數據處理不完善

載荷是衡量風力發電齒輪箱的工作效率的重要指標，就風力發電設備而言，其荷載受發電設備安裝地區環境的影響。由于風力發電齒輪箱一般安裝在風力較大的位置，且地區環境復雜多樣，因此容易造成齒輪箱超負荷;另外，我國當前收集和處理荷載數據的技術還不成熟，對于部分載荷多憑借個人主觀判斷進行估測，這在一定程度上缺乏科學性，因而容易導致齒輪箱所承受的荷載超限，影響其正常使用。

(三)設計計算方法不夠成熟

齒輪箱機械的設計過程中，科學的計算方法較為關鍵。在我國的風力發電裝置中，關于齒輪承載能力的計算還缺乏完善的算法體系，因而不能根據實際需要精確的對齒輪的承載力進行調整，影響風力發電齒輪箱的正常使用;就當前來看，美國在風力發電機齒輪箱的設計上以AGMA2101-C95為計算標準，而我國的計算標準為GB3480，相較而言，發達國家的設計計算方法更加成熟，更加規范，而我國設計計算方法還不夠成熟，因而使得齒輪箱設計質量和性能大打折扣。

二、優化風力發電齒輪箱機械設計的有效策略

(一)重視合理的對齒輪箱潤滑

風力發電機齒輪箱運轉過程中，軸承和齒輪會一定摩擦，長此以往會導致發電機內部組件磨損、降低轉速影響發電效果，因此應重視合理的使用潤滑劑，使齒輪箱內部各組件協調運轉，形成一個良好的工作環境，潤滑劑的選擇要能夠起到防銹以及防腐蝕的效果，從而延長齒輪箱的使用壽命，避免頻繁更換和修復。我國方面風力發電齒輪箱多為閉式齒輪，在使用潤滑油時要求具有一定的油膜厚度，還應有一定的邊界膜強度，以防止齒輪出現膠合或者點蝕[2]。另外，由于風力發電機組一般在溫差較大的環境下運行，因此要注意保持較高的粘度指數，增強齒輪承載力，以及抗沖擊能力。

(二)建立專業的機械設計團隊，重視技術研發

風力發電在我國電能供應方面具有深遠意義，要提升風力發電的整體性能，應重視齒輪箱設計，基于此，應重視組建專業的設計團隊，這是提升齒輪箱質量和性能的關鍵。首先，企業應重視對專業設計人才的選拔，面向社會公開招聘，選拔對于齒輪箱設計有深入研究的專業人員，同時可以加強與國外先進企業的合作，引進先進的齒輪箱設計技術，從而提升我國的齒輪箱生產和制造水平;其次，重視定期做好維護工作，盡量降低外界因素對齒輪箱的腐蝕及損壞，通過維護可以延長齒輪箱的使用年限，同時可以及時發現齒輪箱運行過程中的問題，以便及時提出解決方案，避免出現故障，影響正常發電。

(三)重視設計材料的選擇

由于發電設備的使用環境較為特殊，因此在設計過程中要綜合考慮多種因素，對材料的性能進行嚴格的分析，由于齒輪箱修復難度較大，因此在設計過程中，應注意考慮材料的耐磨性、耐腐蝕性以及強度，確保齒輪箱在一定時間內能夠正常運轉，避免由于內部件損壞無法正常運轉。風力發電齒輪箱構造主要有塔架、主驅動鏈、底盤、偏航系統、制動器、控制箱發動機、安全離合器、齒輪箱、機艙、風輪等組成，在設計過程中應保證各部件材料的使用年限不少于20年，可以對其使用壽命進行預測，同時注重研發新的性能良好的材料，以提升齒輪箱的使用性能。

(四)規范設計標準，制定科學的設計流程

為了保證風力發電齒輪箱機械的穩定性和安全性，應重視對設計標準進行規范，執行統一的設計標準，以保證當齒輪箱的某一部件發生損壞，可以及時更換，且工作性能不受影響，同時制定嚴格的設計生產流程，避免其他因素影響齒輪箱的設計和生產。作為設計人員，在設計過程中應綜合考慮齒輪箱需要承受的風力的大小以及工作時長、適用環境、氣候情況等，以此作為設計的依據，根據齒輪箱適用條件，靈活的對設計過程進行優化和改進，以提升齒輪箱的質量和性能，進而保證風力發電穩健進行。

三、結語

綜上所述，風力發電在未來將成為趨勢，其具有無污染、環保、可持續利用的優勢，能夠緩解資源緊張的問題，重視風力發電的應用，需要重視風力發電齒輪箱機械設計，在當代社會的生產生產中，電能已經成為不可或缺的資源，運用風力發電也成為時代趨勢，在風力發電過程中齒輪箱的設計較為重要，設計人員應重視對齒輪箱的研發設計，不斷提升設備的使用效果和性能，以使其能夠適應惡劣的環境，提升發電效率，保障發電的穩定性和持續性。同時，還需要重視對齒輪箱設計過程的優化，對使用環境進行評估，選擇最佳材料，從而制造出高標準，適應環境能力強的風力發電齒輪箱，通過提升齒輪箱使用壽命和穩定性，進一步提升我國風力發電水平。

參考文獻:

[1]申凱.風力發電齒輪箱機械設計存在的問題及對策研究

[2]郭峰.風力發電齒輪箱機械設計存在的問題及應對策略

作者：武靜、史偉{國電聯合動力技術(連云港)有限公司}

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