风能发电设备偏航减速机和变桨减速机新结构简介

风能发电设备偏航减速机和变桨减速机新结构简介

杨天博

在能源危机和环境污染日益严重的今天，可再生清洁能源的开发利用已被世界各国提到日程上来了。其中主要的有风能、太阳能和潮汐能、波浪能等，目前比较成熟并开始投入商业运营的首推风力发电机。世界上风力发电机生产应用最先进，占能源比例最大的是德国，其次是美国、西班牙、日本和印度。我国政府对新能源的开发也非常重视，在风能和太阳能开发利用方面投入了大量资金，但由于我国起步较晚，在这方面还赶不上世界先进国家。现在国内已有四家规模较大的公司在这方面做了大量有益的工作，这就是重庆、南京、杭州和郑州的四家颇具规模的公司。他们都各有特点，各自做出了不同的贡献，对我国能源改革的推动起到了不容忽视的作用。

世界各国的风力发电机除了必须有一台将螺旋桨的低速转动变为适合发电的高速转动的增速机之外，还有4至6台“偏航减速机”，在风向发生变化时，及时将发电机转到对准风向；另外，还必须有3台“变桨减速机”，当风力强度发生变化时，及时改变螺旋桨的角度，使其适应风力大小。所有这些减速机，毫无例外地采用“带有太阳轮的行星减速机”，因为这种减速机设计、制造、安装都比较方便，传动效率也相当高，所以所有设计师和制造商都不约而同地习惯采用这种减速机。但是这种减速机的减速比很小，为了达到必须的速比，就必须采用4级到5级减速，因此其结构很复杂，一台4级减速的行星减速机，就有20到22个齿轮，如果是5级减速，就需要28个齿轮左右。另外，由于其结构决定，太阳轮和行星轮尺寸都相对比较小，这就限制了它们的强度和承受能力。参看下图（4级减速）：

上图是一台650千瓦风力发电机使用的偏航减速机，电机功率是0.55千瓦。目前国内已发展到主要开发1.5兆瓦以上的风力发电机了，偏航减速机就比这种更大了。

根据我们的设计，按这样的速比，我们只需4个齿轮就够了，如果我们的外型和他们的一样大，齿轮和轴的尺寸都比他们要大得多，由于我们的设计特点，齿轮的强度比带太阳轮的行星减速机大得多，特别是轴承，是减速机最主要的薄弱环节，带太阳轮的行星减速机由于其结构关系，无法采用强度高的大轴承，轴承寿命显然受到很大限制，而我们的减速机有充分空间安装尺寸较大的轴承，因此轴承寿命也可以得到保证。用户实践证明，我们的减速机比同规格的行星减速机承受负荷的能力大4倍左右。但是我们的减速机由于其结构的影响，在大速比情况下，传动效率会大幅度降低。本来对于兆瓦级的发电机来说，偏航减速机的功率不过1千瓦左右，这点效率损失不算什么，但成本却低多了。如果要提高效率，我们也有改进方案，这就需要8个齿轮，这样效率可以提高很多（具体数据需要试验后才能得出）。即使这样，总体结构比行星减速机仍然简单得多。（参看附图）该机减速比为1590，只用8个齿轮，可用于1兆瓦至1.5兆瓦风力发电机。

据了解，一台1.5兆瓦用的偏航减速机售价约为40000元左右，而按我们的设计，其制造成本估计不会超过1万元，如果销售价格为2万元，或者3万元，完全可以占领相当的市场份额，而制造厂的利润已经相当可观。

变桨减速机情况与此相同，不再重复。

2009/2/11