风电产业及风电齿轮箱研究进展

摘要：随着风电技术的逐渐成熟，世界风电装机容量快速发展。本文在此基础上概述了国内外风电产业的发展趋势。并详细的叙述了国内外风电齿轮箱传动系统动力学的研究进展。最后，根据风电齿轮箱传动系统研究的发展现状，提出了几个需要进一步研究的问题。

关键词：风力发电；齿轮箱；齿轮传动系统；发展现状

一、风电产业概况

（一）国外风电发展现状

（二）国内风电发展现状

根据中国风能协会报告，图1为近年来我国的风电发展状况。2006年，我国风电装机容量增速超过100%，装机容量全球排名第二，新增装机容量全球排名第一，新增装机容量和风机产量均占到全球总数的1/3，我国已成为全球风力发电的大市场。

（三）风电发展前景

二、风力发电机齿轮箱发展现状

（一）风力发电机齿轮箱主要结构形式现状

（二）风力发电机齿轮箱国外发展动态

国外兆瓦级风力发电机齿轮箱是随着风力发电技术的开发而发展起来的，renk、flender 等风电齿轮箱制造公司早期产品开发中主要采用三维造型设计、有限元分析、动态设计的先进的技术，并通过模拟和仿真实验对设计的方案进行验证，然后在进行校正。除此之外，国外还通过理论分析和实验测试对风电齿轮箱的运行性能进行系统的研究，为风电齿轮箱的设计提供了可靠的依据和保障。schlecht等利用多体动力学的递推组建模方法建立了风力发电机齿轮箱的树状结构动力学模型，并对其进行了分析。kiracofe将单级行星传动系统的建模方法推广到多级复合齿轮传动系统，在全局固定坐标系下建立了系统的平移-扭转耦合动力学模型，并对其固有特性进行了详细分析研究。

（三）风力发电机齿轮箱国内发展动态

我国的风力发电大约经历了几十年，开展研究的单位主要有郑州机械研究所、南京高精齿轮集团有限公司、重庆齿轮箱有限责任公司等单位。到目前为止，我国国内已经基本掌握了兆瓦级以上的风电齿轮箱的研发、设计、制造等技术，还有极少数单位已经掌握了具有自主知识产权的兆瓦级以上的大型风电齿轮箱的设计制造技术。但是，要想全面的掌握大型风力发电机齿轮箱的设计制造等技术，还需要不断地消化、吸收国外的先进制造技术，吸取精华，进而来提高我国的风电齿轮箱传动系统的深入研究和创新。

（四）风电齿轮箱常见故障及目前存在的问题

我国的大型风电装置制造行业起步较晚，技术力量相对薄弱。图2和图3，由图可看出在风电机组各系统的失效比例中，齿轮箱的失效比例为9.8%，而齿轮箱失效造成的停机时间占总停机时间的19.4%。

目前，风电齿轮箱的主要故障为轮齿的疲劳损伤、轮齿的折断、齿面疲劳、轴承损伤等。风力发电机在工作时，其齿轮传动系统承受一系列内部及外部因素造成的动态载荷。从而加速了齿轮箱的破坏。齿轮箱传动系统作为风电机组的关键机械部件，在设计阶段就应该考虑其动态特性。

三、小结

风电齿轮箱作为风力发电机的重要组成部分，有必要对其进行详细的建模和分析，才能够有效的掌握风电齿轮箱的动态特性，进而增加其寿命。

研究与风电齿轮箱传动系动力学相关的问题，基于系统动力学的仿真结果，研究非线性振动控制、故障诊断，低振动、低噪声等优化方法。