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摘要：随着科学技术的发展对中国的社会进步和技术，除了传统的火电和水电发电行业，风力发电已逐渐引起人们的重视，但由于风电齿轮箱故障频繁出现，导致中国的风力发电一直没有取得很大的成就。和风电齿轮箱的设计制造是其正常运行的主要保障，从而决定了中国风力发电的发展。对大型风力发电齿轮箱的关键设计技术进行了分析和探讨。
关健词：风电齿轮箱；载荷；齿轮强度；优化
在2006年之前，在中国主要集中在研究风力发电技术的发展，模仿和吸收国外先进技术。2007年后，在中国风电企业迅速发展，而风电发展进入黄金期。2008年风电总装机容量达到12000mw在中国，居世界第四。2009年，对25800mw总装机容量超过德国，成为世界第二，但仍有缺口近10000mw与美国排名。2010年，中国的风电发展势头迅猛，和装机总容量增加了约62%，比上年。美国的新生产能力只有约5000mw。中国是世界第一，首次。2012年，中国（包括台湾地区）新安装的风力发电机组7872台，装机容量12960mw，下降26.5%；累计安装53764台风力发电机组的装机容量75324.2mw，同比增长20.8%。
在中国风电快速发展的过程中，一些工业发展的弊端也开始显现。风机制造技术得到了飞速的发展，但是单位维修技术发展太慢；一些风力发电场关注利润，但管理和施工技术是不够的；风机维修人员的培训跟不上需求的增长。近两年来，风电的发展逐渐由狂热转向冷静思考，稳步发展，质量和效益不断提高。
自从世界上第一个风力发电厂的人出生后，利用风力发电已进入系统的开发利用阶段，随着石油危机和环境危机的出现，如核电，风能的开发和利用已成为世界未来的发展趋势，对风力发电的使用是一个很好的展示，但风力发电和运行中还存在很多问题，主要原因是风电齿轮箱的设计制造质量问题，这是制约中国风电产业快速发展的主要原因。
一、大型风电齿轮箱主要存在的问题
1.轴承易损坏
在风力发电装置中，由于其设备过于庞大，维修不便等原因，因此其装置必须具备较长的工作寿命，通常是不能少于20年，而现今的风力发电装置中出现故障问题最多的就是增速齿轮箱，而轴承就是齿轮箱中最容易出现故障的部件，因此合理地选择轴承对整个齿轮箱的运转非常重要，同时还要准确地预测其使用寿命。
2.载荷数据处理不完善
在我国由于各地气候不一，有些地方的风力发电机所处的环境相当恶劣，导致风力发电机所承受的载荷也异常复杂，然而目前我国对复杂荷载的数据收集也才刚刚起步，同时对于复杂载荷的处理方法也不够完善，对于瞬间载荷，制动载荷以及极限载荷等的处理也全凭过往的经验进行估算，另外对于变载荷的处理时，运用的线性积累损伤理论也不够成熟，最后导致其基础计算不合理。
3.设计计算方法不够成熟
在我国的风力发电机装置中，对于齿轮承载能力的计算方法也不够成熟，这主要是国外发达国家相比较，比如美国在风力发电机齿轮箱的设计上按AGMA 2101-C95或ISO6336：1996规范来计算，而我国一般都按照GB3480来进行计算，这两种计算方法虽然各自都有自己的特点，但比较起来还是发达国家的较为成熟，而我国的设计计算方法则要落后许多。
二、大型风电齿轮箱齿轮疲劳强度计算
（1）轴承的寿命计算。我国大型风力发电机经常发生故障的地方主要集中在府部门应当制定相关的规章制度，增加这方面的经济扶持和政策引导，正确利用复合材料风电叶片进行风力齿轮箱上，而齿轮箱的故障主要由轴承引起的，因此在计算齿轮箱疲劳强度之前，必须先计算出轴承的使用寿命。而轴承的运转过程中，由于套圈与滚动体的接触，使其表面经过交变负荷的反复作用后而形成疲劳剥落，若这种疲劳剥落发生在轴承的使用寿命期限以外就是正常的轴承损坏，因此经常所说的轴承寿命主要指的是轴承的疲劳寿命。在风力发电机中所用的轴承主要是滚动轴承，这种轴承摩擦力都很小，而相对于整个风力发电机组来说，轴承的寿命不能低于13万小时。
（2）齿轮疲劳强度的计算模型在确定出风电齿轮箱轴承的疲劳寿命之后，就要对齿轮的疲劳强度进行计算，一般情况下齿轮的疲劳强度计算主要有两种方法，即ISO齿轮强度计算标准和AGMA齿轮强度计算标准。首先计算的是齿轮之间的接触强度，公式如下所示：
2.优化方法
在本次大型风电齿轮箱的优化中，所采用的优化方法主要就是复合形法。复合形法主要指的是在N维设计空间的可行域内，由多个顶点所构成的多面体，这种优化方法必须取最后一个复合形中的目标函数值最小的点作为优化的最优点。
3.优化结果
通过计算机程序设计出相应的优化软件，在程序界面的手动输入初始基本参数按钮是为了方便构造复合形而设置的，通过这个按钮可以进行优化计算，比如输入相应的条件参数，通过该软件可以得出优化结果，具体包括最优点和最优解。另外还要设计变量，也就是齿数，模数等变量进行圆整，而圆整必须符合相应参数的规范标准，比如齿数必须为整数，要满足装配的限制条件，齿轮的模数要符合国家相关标准，同时为了保证弯曲强度，模数圆整时应取较大的标准值等。
结语
综上所述，在风力发电机中，风电齿轮箱的载荷非常复杂，而且这一部分又是整个设计制造的关键和基础，因此为了保证风力发电机的持续运行，保证风力发电不中断，机组不出现故障，对齿轮箱进行结构优化，轴承等部件进行重点设计非常有必要。本文首先概括分析了风力发电机齿轮箱主要存在的故障问题，然后根据对齿轮箱的疲劳强度计算和齿轮箱的几何参数优化对齿轮箱的关键设计技术进行了探讨分析，设计出优化设计数学模型，可以对风电齿轮箱的内部结构和关键设计进行重点分析，实现了各级接触强度的优化设计目标，最后也希望本文的分析探讨对我国风力发电机的齿轮箱等核心部件的设计与制造能起到一定的参考作用。
参考文献
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论文作者:勾俊杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/10
标签：齿轮箱论文; 风电论文; 轴承论文; 中国论文; 载荷论文; 风力发电论文; 齿轮论文; 《基层建设》2017年第22期论文;