高效高可靠性及大功率方向发展。风力发电机组通常安装在高山荒野海滩海岛等野外风口处，经常承受无规律的变相变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，并且常年经受酷暑严寒和极端温差的作用，故对其可靠性和使用寿命都提出了比般机械产品高得多的要求。风电行业中发展最快，最有影响的国家主要有美国德国等欧美发达国家，在风电行业中处于统治地位。欧美发达国家早已开发出单机容量达兆瓦级的风力发电机，并且技术相对成熟，具有比较完善的设计理论和丰富的设计经验，而且商业化程度比较高，因此在国际风力发电领域中处于明显的优势和主导地位。国外兆瓦级风电齿轮箱是随发电机组的开发而发展起来的，等风电齿轮箱制造公司在产品开发过程中采用三维造型设计有限元分析动态设计等先进技术，并通过模拟和试验测试对设计方案进行验证。此外，国外通过理论分析及试验测试对风电齿轮箱的运行性能进行了系统的研究，为风电齿轮箱的设计提供了可靠的依据。国家标准和国际标准都对风电齿轮箱设计提出了具体的设计规范和要求。尽管国际上齿轮箱设计技术已经比较成熟，但统计数据表明，齿轮箱出现故障仍然是风机故障的最主要原因，如图所示，约占风机故障总数的左右。图风机故障类型由于我同商业化大型风力旋电产业起步较晚，技术上较欧美等风能技术发达国家存在报大差距。我同在九五期间丌始走引进生产技术的路子，通过引进和吸收国外成熟的技术，成功研发出了兆瓦级以下风力发电机。十五期间在国家计划中重点提出容量更大的兆瓦绒风力发电机组的研究和开发课题。但是最为世界上的风能人国，目前我团大型风力发电机组的开发主要是引进国外成熟的技术，关键就是因为我国的设计水平不高。目前我国主要有家公司制造风电齿轮箱南京高精齿轮有限公司，重庆齿轮箱有限责任公司，杭州前进齿轮箱集团。其中，前两家公司占据了将近市场份额。对于现行主流的兆瓦级以风力发电机组，国内的几十家生产厂商绝大多数采用的部是引进国外的成熟技术。由于传递的功率大，对兆瓦绒增速齿轮传动的可靠性和寿命要求非常高。田而增速齿轮的设计成为风力发电机组的瓶颈，是整个风力发电机组稳定运行的关键。从目前的情况束看，风电齿轮箱市场可发展空叫广阔，齿轮箱驱动式风电机组仍是市场主流。第二章齿轮箱结构风力发电机的整体结构图风力发电机整体结构图风力发电机组可分为无齿轮箱驱动的直联式和齿轮箱驱动式两种。目前，齿轮箱驱动型有定的成本优势，仍是固际上采用的主流结构型式。齿轮箱驱动式风力发电机组的具体结构如图所示齿轮箱布置在叶轮和发电机之间，它将叶轮受风力作用旋转而产生的动力传递给发电机发电，同时将叶轮输入的根低的转速转变为满足发电机所需的转速。齿轮箱的结构方案风机的结构形式主要有两种水平轴风机垂直轴风机。目前市场上普遍应用的均为水平轴风力机。本文也主要参考水平轴的结构形式。在风力发电机组中，齿轮箱是个重要的机械部件，其主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递到发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速较低，远达不到发电机发电要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴俗称大轴与齿轮箱合为体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节联接的结构，本文选用后种方案。为了增加机组的制动能力，在齿轮箱的输出端设置刹车装置，配合变桨距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。增速箱的设计应在已有工程实际的基础上，对其薄弱环节进行改进。通过工程实际分析总结，风电齿轮箱主要故障表现有齿轮箱油温过高齿面点蚀破坏。齿轮箱油液温度过高般是因为风电机组长时间处于满发状态，润滑油因齿轮箱发热而温度上升超过设定值。解决这问题需要考虑机舱以及齿轮箱的结构以及相关的风冷与油冷装置。涉及的问题比较复杂，因素比较多，本文暂不做这方面的研究。齿面点蚀是齿轮的操作条件超过金属材料所能承受的极限，带来金属表面疲劳而产生的。点蚀的损耗取决于表面接触应力以及应力循环次数。因此，需要对齿轮啮合过程中的齿面接触应力强度做出分析。具体到齿轮箱其它部位诸如轴承轴等，因为很难用试验台来验证齿轮箱各部分的可靠性，综合考虑，本章主要计算出各级传动的齿轮参数以进行齿面的接触研究，不展开对齿轮箱各个方面进行详细的设计。中国南车株洲电力机车研究所有限公司通过技术引进，生产风力发电机，为了设计与此型风机相配套的增速齿轮箱，提供以下技术指标发电机额定功率齿轮箱额定功率使用系数齿轮箱传动比额定功率时输入转速转分额定功率时输出转速转分并明确规定依据进行齿轮计算，按倍额定功率计算静强度,外齿轮制造精度不低于级，齿面硬度，外齿轮采用。对于兆瓦级风电齿轮箱，传动比多在左右，般有两种传动形式级行星两级平行轴圆柱齿轮传动，两级行星级平行轴圆柱齿轮传动。相对于平行轴圆柱齿轮传动，行星传动的以下优点传动效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递功率范围大，使功率分流合理使用了内啮合共轴线式的传动装置，使轴向尺寸大大缩小而运动平稳抗冲击和振动能力较强。在具有上述特点和优越性的同时，行星齿轮传动也存在些缺点结构形式比定轴齿轮传动复杂对制造质量要求高由于体积小散热面积小导致油温升高，故要求严格的润滑与冷却装置。这两种行星传动与平行轴传动相混合的传动形式，综合了两者的优点。依据提供的技术数据，经过方案比较，总传动比，采用两级传动效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递功率范围大，使功率分流合理使用了内啮合共轴线式的传动装置，使轴向尺寸大大缩小而运动平稳抗冲击和振动能力较强。在具有上述特点和优越性的同时，行星齿轮传动也存在些缺点结构形式比定轴齿轮传动复杂对制造质量要求高由于体积小散热面积小导致油温升高，故要求严格的润滑与冷却装置。这两种行星传动与平行轴传动相混合的传动形式，综合了两者的优点。依据提供的技术数据，经过方案比较，总传动比，采用两级行星派生型传动，即两级行星传动高速轴定轴传动。为补偿不可避免的制造误差，行星传动般采用均载机构，均衡各行星轮传递的载荷，提高齿轮的承载能力啮合平稳性和可靠性，同时可降低对齿轮的精度要求，从而降低制造成本。对于具有三个行星轮的行星传动，常用的均载机构为基本构件浮动。由于太阳轮重量轻，惯性小，作为均载浮动件时浮动灵敏，结构简单，被广泛应用于中低速工况下的浮动均载，尤其是具有三个行星轮时，效果最为显著。因此在本文的风电增速箱中，两级行星传动中，均采用中心均载的机构。图齿轮箱结构简图第三章风力发电机组齿轮箱故障类型齿轮箱的主要故障类型从实际情况来看，齿轮箱的故障主要可以分为以下几类齿轮故障点蚀疲劳剥落断齿磨损锈蚀齿轮不对中齿轮偏心等轴承故障点蚀疲劳剥落断裂磨损锈蚀塑性变形胶合保持架损坏风力发电机组齿轮箱振动故障分析风力发电机组齿轮箱的自身振动特性，齿轮箱的振动与其发生故障密不可分，振动对运行状态有很大影响，研究齿轮箱的振动特性，主要是了解其固有振动频率振型形变等，要避不同部件固有频率相同发生共振，另外，避免齿轮工作在故障频率。在国家大力倡导下，风电事业蓬勃发展，风电场装机容量日益增多，风力发电规模也在扩大，风力发电将成为可再生能源发电不可缺少的部分。风力发电机组齿轮箱的振动不可避免，剧烈的振动将引发齿轮偏心断裂等故障，则应采取必要的减振降噪措施，使噪声声压级符合要求，最常用的解决方法鱿是安装减振支撑。目前大部分采用三点支撑系统单轴承结构，见图所示的风力发电机组，其齿轮箱减振系统主要采用的是轴瓦式弹性支撑，见图所示。轴瓦式齿轮箱减振支撑由上下两瓣弹性体组成，根据橡胶层数的不同，结构有所差异。弹性体采用偏心式结构设计，在定的温度和压力下硫化成型。安装时利用产品的偏心量，通过预压缩的方式将其固定于齿轮箱支撑座中。这种结构的齿轮箱减振支撑的承载能力强，能够承受来自径向和轴向的冲击载荷，有着良好的阻尼及减振性能。般要求弹性支撑的减振效率大于，阻尼不小于。图三点支撑系统图瓦式齿轮箱减振支撑级以下的风力发电机中，减振支撑的弹性体般通过芯轴压装于齿轮箱扭力臂中，见图所示。这种结构的减振支撑，其上下弹性体安装困难，且在端部无挡板，在轴向删无约束，呈自由状态，在长期的交变载荷作用下可能出现轴向窜出，从而影响了产品的减振性能。在级以上的风机中，其减振支撑采用另外种结构形式，如图所示。减振支撑的弹性体安装在齿轮箱两侧的支撑座内，每台对，在弹性体的两端设置有挡块，可以防止弹性体发生轴向窜出，并且弹性体安装简单，拆卸方便，所以在级以上的风机中普遍采用这种结构。图弹性体安装图图振支撑系统结构图风力发电机组传动齿轮油温故障分析油温高故障的主要原因风力发电机组中，齿面的小裂纹逐步扩展，最后发生断齿，这是种很严重的故障。油温高会造成传动齿轮发生如下故障油温变化引起润滑油性能下降，使得摩擦增大磨损严重以及发生齿面胶合故障过度磨损所引起的点蚀，导致齿轮齿面剥落甚至断裂。油温升高，油性能发生如下变化首先粘度下降加速其老化变质，也缩短了换油周期。风力发电机组中齿轮箱油温变化热传递的热源啮合齿轮之间热量传递风载荷变化齿轮转速气温变化等齿轮箱输入功率的部分在齿轮箱传动中会损失，主要转变为齿轮转动摩擦生成的热量，引起油温升高。风力发电机组长时间处于满发状态，齿轮箱发热量增大，油温也会上升。风电场风速的变化进而导致齿轮箱的转速摆动不定，这是形成齿面微磨损的主要原因，微磨损严重影响了齿轮使用寿命，摩擦生成的热量会随转速增大而增多，齿轮箱温度场将随之改变，油温升高。周围气温对油温也有影响，齿轮箱常年经受高温严寒的影响，齿轮箱安装环境空间小，散热较差，这都是导致油温升高的重要因素。处理风力发电机齿轮箱升温过高主要重在预防,通过建立风力发电机组齿轮箱中的传动齿轮模型，进行油温高故障机理分析，利用的油膜模型的建立方法，对于三维模型，采用进行热分析，从而获得温度场热变形，分析计算结果准确。根据对传动齿轮进行的分析，得到了温度场与热应力分布齿轮温度分布规律，找出了易出故障的位置。在实际维护工作中，应避免风力发电机齿轮箱升温过高，注意气温变化，检查易处故障部位，做好故障预防，及时采取措施，避免故障发生。第四章风力发电的发展存在问题和主要趋势我国风电齿轮箱设计生产存在问题尽管我国风电齿轮箱国产化工作近年来取得了长足的进步，基本掌握了兆瓦级以下机组的设计制造技术，并形成了至风电增速箱的批量生产能力，但目前仍存在以下问题国内缺乏基础性的研究工作和基础性的数据，对国外技术尚未完全消化，自主创新能力不足。严重缺乏既掌握低速重载齿轮箱设计制造技术又了解风电技术的人才，缺乏高水平的系统设计人员。未完全掌握大型风电增速箱的设计制造技术，产品以仿制为主，可靠性不高，质量稳定性较差。掌握设计制造技术的企业数量较少，无论是产品数量还是产品质量都难以满足市场需要。缺乏大型试验装置及测试手段。缺乏行业资源共享信息互通共同发展的平台和机制。与进口齿