風(fēng)力發(fā)電齒輪箱運(yùn)維現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢

于成龍

摘要：風(fēng)電齒輪箱的可靠運(yùn)行融合了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)的傳感技術(shù)、智能運(yùn)維、運(yùn)維人員的技術(shù)管理，實現(xiàn)提前預(yù)測、提前準(zhǔn)備、提前調(diào)整，最終保證齒輪箱可靠運(yùn)行達(dá)到的目標(biāo)。鑒于此，本文主要分析風(fēng)力發(fā)電齒輪箱運(yùn)維現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;齒輪箱;運(yùn)維

中圖分類號：TK83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1、引言

風(fēng)能是一種寶貴的可再生能源，對我國的環(huán)境保護(hù)和工業(yè)發(fā)展具有重要意義。雙饋風(fēng)扇發(fā)電機(jī)可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，但沒有齒輪箱來提高葉片的速度和效率，集風(fēng)速度會變慢。通過機(jī)械能和電力的轉(zhuǎn)換，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以在一定程度上有效地利用綠色能源，如有效補(bǔ)充現(xiàn)有電力，有助于解決電力短缺問題。風(fēng)電場往往建在人口密度低、風(fēng)力發(fā)電前景和利用價值廣闊的地區(qū)，從西北到東南、西南和東北，尤其是在韓國風(fēng)資源豐富的沿海地區(qū)。地理位置偏遠(yuǎn)，升級這些地區(qū)的風(fēng)電場將有助于解決傳輸問題。

2、風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的技術(shù)特點

在風(fēng)力發(fā)電的過程中，受風(fēng)轉(zhuǎn)速的影響和限制，主齒輪箱輸入的額定功率轉(zhuǎn)速通常被限制在20r/min，而發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速通常為1000～1800r/min，導(dǎo)致主齒輪箱的增速比通常約為50～100。

為了確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主齒輪箱結(jié)構(gòu)的緊湊性，經(jīng)常會采用行星齒輪傳動或者行星與平行軸承組合傳動的方式。在風(fēng)力發(fā)電過程中，為了進(jìn)一步優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計工藝，簡化其主齒輪箱的設(shè)計，達(dá)到降低傳動比的目的，通常會使用結(jié)構(gòu)較為緊湊且重量較輕的半直驅(qū)動式設(shè)計工藝。風(fēng)力發(fā)電主齒輪箱一般采用2個行星齒輪進(jìn)行傳動，在第一級傳動系統(tǒng)中利用5個行星齒輪進(jìn)行行星傳動，以增加功率的分流能力。

通常會在主齒輪箱的頂部設(shè)計一條管道注入潤滑油，增加軸承和齒輪轉(zhuǎn)動的潤滑性，實現(xiàn)對軸承和齒輪的噴淋潤滑。在主齒輪箱的底部會設(shè)置 2 根回油管，將頂部注入的潤滑油進(jìn)行回收，形成循環(huán)系統(tǒng)。這樣的主齒輪箱設(shè)計工藝結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對制造和裝配的設(shè)計精度要求較高，且發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量越高，則各部位結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，因此對生產(chǎn)、制造等各個方面提出了更高的要求。

3、風(fēng)力發(fā)電齒輪箱運(yùn)維現(xiàn)狀

3.1、運(yùn)維的規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)不健全

由于風(fēng)電行業(yè)的特殊性，市場上主要的齒輪箱規(guī)格很多，不同廠家的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力不同，齒輪箱運(yùn)行維護(hù)要求不匹配。市場上沒有工業(yè)或齒輪箱操作和維護(hù)。這是一個國家標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范不良意味著維修標(biāo)準(zhǔn)、檢驗標(biāo)準(zhǔn)和維修驗收標(biāo)準(zhǔn)不匹配，最終影響齒輪箱的運(yùn)行質(zhì)量。

3.2、運(yùn)維人員的技能水平較低

主要涉及兩個方面。一是風(fēng)電場運(yùn)維人員大多來自非機(jī)械行業(yè)，對齒輪箱等機(jī)械設(shè)備一竅不通，只能按照主機(jī)廠的說明進(jìn)行基本維護(hù)。其次，由于風(fēng)電行業(yè)的特殊性，夏季高溫，冬季寒冷，需要高空作業(yè)，相對于其他行業(yè)，人力流動性較大，發(fā)展尚需時日天賦。

3.3、監(jiān)測設(shè)備缺乏

目前變速箱的監(jiān)測設(shè)備主要是監(jiān)測潤滑油溫度、軸承溫度和進(jìn)油壓力的傳感器。有些車型配備了監(jiān)測變速箱振動的傳感器和監(jiān)測變速箱潤滑油性能的傳感器，但其普及范圍相對較窄。由于風(fēng)扇的特殊性，無法隨時隨地檢查齒輪箱的狀況，只有在齒輪箱發(fā)生重大故障后才能發(fā)現(xiàn)問題。

3.4、早期齒輪箱技術(shù)、質(zhì)量可靠性低

在支持綠色清潔能源的國家大環(huán)境下，風(fēng)電發(fā)展迅速，但風(fēng)力發(fā)電機(jī)和齒輪箱的技術(shù)和制造質(zhì)量并不能完全跟上行業(yè)發(fā)展的步伐，存在一定的脫節(jié)。齒輪箱甚至沒有經(jīng)過嚴(yán)格的樣機(jī)測試，就已經(jīng)開始量產(chǎn)，存在諸多隱患，導(dǎo)致部分廠家的齒輪箱在運(yùn)行多年后出現(xiàn)故障，給風(fēng)電廠造成巨大損失。

4、發(fā)展趨勢

4.1、傳動形式更加多樣

當(dāng)前，直接驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)引起了人們的關(guān)注，并且已經(jīng)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域得到發(fā)展，單機(jī)容量已達(dá)到 2 兆瓦，為未來的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)展留有空間。但是，從長遠(yuǎn)來看，通過對技術(shù)成熟度、成本、運(yùn)輸和易擴(kuò)展性等方面進(jìn)行考量，風(fēng)力發(fā)電齒輪箱式設(shè)備仍然占主導(dǎo)地位。直接驅(qū)動單元和雙絲杠驅(qū)動進(jìn)給單元也處于研發(fā)階段。大型風(fēng)電增速齒輪箱的速比約為 100，一般情況下，需要三級齒輪對其進(jìn)行傳動?，F(xiàn)有的成熟結(jié)構(gòu)主要包括一級 NGW行星齒輪 + 二級平行軸齒輪箱，NW行星齒輪 + 一級平行軸齒輪箱等，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的傳動形式也會更加多樣化。

4.2、更多新技術(shù)的產(chǎn)生

風(fēng)力齒輪傳動裝置主要包括主齒輪箱、偏航齒輪傳動裝置和變槳齒輪傳動裝置。通常情況下，風(fēng)力發(fā)電裝置主要安裝在山區(qū)、荒野、海灘、島嶼等通風(fēng)的區(qū)域，環(huán)境條件較為惡劣，風(fēng)力方向不規(guī)則變化、負(fù)載波動大、高溫、極寒等條件都對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但是隨著問題的不斷暴露，技術(shù)人員也在通過各種技術(shù)手段進(jìn)行干預(yù)，這也促進(jìn)了新技術(shù)的不斷產(chǎn)生。在信息時代的大背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)也都應(yīng)用到了風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的設(shè)計和制造中，尤其是計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)模擬仿真技術(shù)對推動齒輪箱的發(fā)展和進(jìn)步起到了積極的作用。

5、結(jié)束語

根據(jù)能源發(fā)展要求，我國二氧化碳排放力爭 2030 年前達(dá)到峰值，2060 年前實現(xiàn)碳中和。為了實現(xiàn)這一要求就必須尋找新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，風(fēng)能作為一種新型的清潔無污染能源，風(fēng)能以其可再生、儲量豐富等特點被廣泛的應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域。中國風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)占全球新增的 75%。因此，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高效安全運(yùn)行是風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)關(guān)鍵，對齒輪箱進(jìn)行故障預(yù)警及診斷是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的重中之重。由此可見，本文的研究也就顯得十分的有意義。

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