摘要：风力发电系统长时间运行，下部分机组容易出现故障，人工进行故障检测与诊断显然工作量巨大，且不易实现，为此，需要研发有效的风电机组故障诊断与预测系统。论文主要对风力发电齿轮箱机械设计存在的问题及对策进行研究，以供参考。
关键词：风力发电；车辆箱；设计问题；对策
引言
随着机械制造水平的不断提升，制造企业想要占据市场竞争优势就必须提高产品质量。而科学的机械设计是提高产品质量的前提。风力发电齿轮箱机械设计直接影响着风力发电齿轮箱的制造质量和效果。因此，相关企业必须不断优化风力发电齿轮箱机械设计。然而，现阶段，风力发电齿轮箱机械设计仍在设计流程、材料选择、润滑剂、设计人员素质等方面存在一定问题，严重影响风力发电齿轮箱机械设计质量。为解决这些问题相关企业应加强对风力发电齿轮箱机械设计的探索，积极寻找风力发电齿轮箱机械设计的科学途径。研究风力发电齿轮箱机械设计存在的问题与对策不仅能够提高风力发电齿轮箱机械设计质量，而且对风力发电齿轮箱产品的高效运用意义深刻。
1风力发电齿轮箱的设计过程
风电齿轮箱在设计之前首先要与客户进行技术方面的沟通，了解齿轮箱内部的齿轮、轴承、其它主要零件以及外部连接的主要件有没有特殊的要求，然后根据用户提供的外形尺寸图或者技术规范进行方案设计，确定具体的传动结构，风电齿轮箱一般采用行星级+平行级混合的型式，有的客户会直接指定传动方案，确定传动结构后就开始选取齿轮参数及轴承型式，齿轮参数的计算需要根据用户提供的疲劳载荷和极限载荷分别进行疲劳强度和静强度计算，轴承型式的选取主要根据结构的布置和寿命、应力的计算进行选择，选型时可以与轴承厂家商议进行；轴径粗选后要进行轴的结构设计和强度计算，计算过程中要保证齿轮、轴承、轴的20年使用寿命。在主要零件都确定后，就要对箱体进行结构设计，设计过程中需要注意箱体的结构强度，箱体的加工工艺性和铸造工艺性以及美观性，其中箱体的结构强度通过有限元分析确保它的疲劳强度和静强度，加工工艺性和铸造工艺性需要相关的冷加工和铸造工艺专业人员进行评审，确保在加工和铸造过程中不会出现依据现有水平难以完成的工序。整个齿轮箱设计完成后，为了确保其装配性，还要对齿轮箱进行装配工艺的评审，保证各个零件的可装配性。
2风电电气运行中的常见故障
2.1齿轮箱故障
齿轮箱是连接风电机组主轴和发电机的重要部件，主要作用是提高主轴运转速度，促使其满足发电机运行的基本需求。齿轮箱多包括行星齿轮与两级平行齿轮2个构造，工作环境较为恶劣，且工作情况较为复杂。齿轮箱内部行星齿轮与高速轴侧轴承等均较容易在长期运行下出现故障。在风电机组运行期间，较容易受到交变应力及冲击荷载等作用的影响，从而导致齿轮出现磨损、生锈、滑动等问题。虽然齿轮组故障的发生频率相对较小，但是，一旦齿轮组出现故障问题而不能继续工作，需要花费较长的时间进行维修，且维修费用较高，因此，齿轮组的故障诊断是近几年风电机组故障诊断技术研究的主要方向之一。
2.2风力发电中发电机的常见故障
发电机作为风力发电系统中的核心部件，是各项能量转化的枢纽，其运行的稳定性非常关键。在发电机中的常见故障主要有叶片故障、变流器故障以及保护故障等，通过发电机叶片的转动将风能转换为机械能，由于叶片长期处于高速旋转的状态，就会导致叶片磨损和老化，影响叶片运行的稳定性。交流器在运行过程中，经常会出现局部高温、电磁干扰以及灰尘淤积等现象，进而导致交流器出现过热、过电流以及过电压等现象，在超负荷运行的情况下还会出现击穿和烧毁等故障，直接影响到发电机运行的安全性。在发电机组长期处于超负荷运行的状态下，如果没有采取相应的保护措施，就会因为构件磨损严重而出现断裂现象，发电机无法正常运行。
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2.3材料选择问题
材料选择直接影响着风力发电齿轮箱机械设计的质量，因此，风力发电齿轮箱机械设计必须充分考虑风力发电齿轮箱的材料使用，选择能够确保风力发电齿轮箱使用寿命，满足风力发电齿轮箱功能需求的材料。同时，在风力发电齿轮箱机械设计过程中也应充分考虑机械的工艺性和机械性能。然而，当前风力发电齿轮箱机械设计缺乏对材料选择的充分考虑，忽视了材料与风力发电齿轮箱使用性能之间的关系，没有根据风力发电齿轮箱的使用性能合理选择材料。并且有些设计师在选择的过程中忽视了风力发电齿轮箱机械设计的工艺性，导致材料性质与风力发电齿轮箱零件的工艺性不相协调。
3风力发电齿轮箱机械设计的对策
3.1优化原料选择
风力发电齿轮箱机械设计必须优化原料的选择，在设计过程中充分考虑风力发电齿轮箱设计材料的使用性能、质量、生产性能等。同时，风力发电齿轮箱机械设计还必须考虑原材料的耐磨性、价格、强度，根据风力发电齿轮箱市场需求和性能要求选择最合适的设计原料，提高风力发电齿轮箱的综合性价比。
3.2提高设计标准
设计标准直接影响着风力发电齿轮箱机械设计，因此，相关企业应不断提高风力发电齿轮箱的设计标准，加强对风力发电齿轮箱机械设计的高要求。为此，设计者在制定风力发电齿轮箱设计标准的时候应充分考虑风力发电齿轮箱的竞争力和风力发电齿轮箱的质量，根据质量要求制定风力发电齿轮箱设计稿标准。同时，风力发电齿轮箱零件设计过程中应全面分析零件材料、零件结构性能、零件设计方式等，确定零件设计的统一参考标准，并简化零件设计流程，降低风力发电齿轮箱生产过程中的资源消耗，进而提高风力发电齿轮箱生产效益。
3.3合理选择机械工具
风力发电齿轮箱机械生产过程中需要合理选择机械制造工具。因此，在机械设计过程中，风力发电齿轮箱设计人员应对风力发电齿轮箱材料的机械性能参数等进行了解，并在此技术上选择合适的机械制造工具。同时，风力发电齿轮箱机械设计工具的选择还需要考虑切削用量的作用，合理选择切削的速度和深度，制定科学的切削参数。
3.4润滑剂的使用
使用冷却液是风力发电齿轮箱机械设计过程中的必要部分，既能够有效增加风力发电齿轮箱的加工精度，提高风力发电齿轮箱齿轮啮合表面的光滑度，进而延长风力发电齿轮箱的使用寿命。因此，技术人员在使用润滑剂的过程中，必须选择具有润滑、冷却、防腐等效果的润滑剂，避免不合格润滑剂对风力发电齿轮箱表面的侵蚀而影响风力发电齿轮箱机械加工精度。
结束语
一个完整的齿轮箱的研发过程需要经历产品设计、分析、工艺、加工、装配、检验、试车、售后各环节，由于齿轮箱的维修困难，所以对可靠性有高的要求，每一个环节都需要进行反复的验证，才能够确保每台出厂的产品都能够经得起风场的验证。
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论文作者:苏衍坤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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